如何運用Specman Elite實(shí)現汽車(chē)CAN總線(xiàn)的全面驗證
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當今采用HDL原始程序代碼的先進(jìn)驗證工具廣泛采納了系統工程知識，并與代替專(zhuān)門(mén)測試裝置的可再使用驗證組件整合在一起，為設計師提供了豐富的支持能力。Cadence公司的Specman Elite驗證工具就是這樣一款驗證技術(shù)工具，它能提供可配置、可再使用和可擴展的驗證組件，這些組件被稱(chēng)為eVC。這些組件采用高級驗證語(yǔ)言e編寫(xiě)，能夠產(chǎn)生足夠多的測試激勵訊號，并能對設計行為與預期結果進(jìn)行檢查確認。eVC可以極大地縮短驗證時(shí)間和提高產(chǎn)品品質(zhì)。具有互通性的eVC套件可以透過(guò)第三方程式或取得授權，可用來(lái)測試算法模塊或總線(xiàn)接口等常見(jiàn)的電路功能。這種方法的突出優(yōu)點(diǎn)是eVC的成熟性、可移植性和可再使用性，使eVC具有與被測IP模塊設計同等的價(jià)值。
CAN是一種汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中得到廣泛使用的數據與控制通信網(wǎng)絡(luò )，是一種極具強韌性的電氣規范和協(xié)議，專(zhuān)門(mén)設計用于轎車(chē)或卡車(chē)中危險、常常無(wú)法預料的惡劣環(huán)境，而這種環(huán)境中有許多應用需要極高的可靠性和容錯能力。CAN總線(xiàn)最初是由Robert Bosch GmbH建構的?，F在的汽車(chē)設計通常包含50個(gè)以上的微處理器，每個(gè)處理器都各自負責相應的應用，如引擎管理、牽引或？車(chē)控制、安全氣囊等乘客安全裝置、氣溫控制、燈光等。這些處理器透過(guò)多級CAN總線(xiàn)互連和通信，接收驅動(dòng)器發(fā)出的命令，并將數據發(fā)送給儀器設備?？煽啃缘脑鰪?、成本的降低、重量和空間的節省都源自對每個(gè)組件的簡(jiǎn)單饋電和差分CAN線(xiàn)對代替復雜布線(xiàn)機制的結果。
總線(xiàn)上的每個(gè)CAN組件都分配有一個(gè)軟件賦值的ID?？偩€(xiàn)在邏輯上等效于線(xiàn)與功能，可以被任意一個(gè)試圖發(fā)送數據的組件拉低。發(fā)送時(shí)脈是由發(fā)送組件產(chǎn)生的，因此所有接收組件必須重建時(shí)脈和數據位。組件之間傳送的數據遵循標準的CAN訊框格式，其中包括目的組件ID、控制和數據訊息負荷以及CRC。最終指定的接收器將把總線(xiàn)拉低以確認收到一個(gè)完整的、CRC正確的訊框，然后釋放總線(xiàn)使之回到空閑狀態(tài)。每個(gè)試圖發(fā)送的組件在發(fā)送之前首先要檢查總線(xiàn)是否處于空閑狀態(tài)。如果出現多個(gè)組件試圖同時(shí)發(fā)送的情況，并且總線(xiàn)上數據出錯時(shí)它們必須相互偵聽(tīng)，先后退一段時(shí)間然后再?lài)L試發(fā)送。CAN的執行速度可達1Mbps，該總線(xiàn)簡(jiǎn)單且高效，極具強韌性，可以滿(mǎn)足汽車(chē)工業(yè)的成本約束要求。
YOGITECH提供的CAN eVC兼容博世公司定義的v2.0A/B CAN標準，允許用戶(hù)例化與待測設計(DUT)具有收發(fā)關(guān)系的不同CAN組件。
應用層測試時(shí)采用的eVC可以建構預先確定的CAN訊框數據，然后根據預先確定的響應監視特定結果。YOGITECH eVC可以建構任何類(lèi)型的訊框序列。因此測試人員可以定義完整的循環(huán)，以用于所有可能應用相關(guān)總線(xiàn)環(huán)境下的CAN組件訓練器。用戶(hù)可以瀏覽高度仿真執行期間收集到的數據，或者仿真裝置一直自由執行直到它捕捉到錯誤狀態(tài)。CAN eVC能夠在從訊框到時(shí)間量分辨率范圍內的不同抽象層檢查收集到的數據。Specman Elite的數據瀏覽器提供了跨越各個(gè)抽象層的導航功能。
然而，YOGITECH的CAN eVC遠不止提供功能和協(xié)議測試，它還能完全控制訊框和位時(shí)序，并仿真公共CAN總線(xiàn)噪音和其它干擾。在硅芯片投產(chǎn)之前，測試電路在這些額外條件下的響應顯得特別有用，可以很快顯示設計中的任何強韌性欠缺。更重要的是，這種系統知識融合進(jìn)了eVC程序代碼中，可以供其它設計師在后序項目中繼續使用。
可以被YOGITECH eVC仿真的CAN總線(xiàn)活動(dòng)和狀態(tài)有：
- 數據和REMOTE訊框
- 錯誤的產(chǎn)生和處理
- 過(guò)載的隨機產(chǎn)生和處理
- 多個(gè)CAN代理可以用不同行為實(shí)例化
- 確認處理
- 總線(xiàn)監視
- DUT錯誤計數器追蹤
- 時(shí)脈飄移和同步
- 發(fā)送時(shí)增加抖動(dòng)
- 噪音注入(見(jiàn)下文)
- 在訊框中注入錯誤
- 不良CRC
- 遠程響應的產(chǎn)生
- 產(chǎn)生每個(gè)都含CAN復訊框的序列
- 總線(xiàn)業(yè)務(wù)的覆蓋
- 透過(guò)記錄和追蹤機制報告總線(xiàn)狀態(tài)
- 數據一致性和協(xié)議時(shí)序的自動(dòng)自檢
- 特殊訊框的處理，如喚醒
- 總線(xiàn)仲裁，也就是多個(gè)組件發(fā)送引起的沖突
總線(xiàn)噪音：CAN總線(xiàn)仿真器建構于能夠生成噪音位的更高頻率仿真，因此數據樣本的測試在接收端進(jìn)行CAN組件應該可以解決這些類(lèi)型的錯誤，必要的話(huà)可進(jìn)行重傳直至成功。同時(shí)它們在重傳時(shí)不應由于故障或冗余設計造成總線(xiàn)阻塞，而且在硅芯片投產(chǎn)前必須對這些情況加以確認。
YOGITECH eVC設計人員可以確保他們的eVC能夠對送往DUT和來(lái)自DUT的位時(shí)序提供嚴格控制，結果eVC應該可以將各種脈沖注入進(jìn)DUT以驗證抗噪音性能，否則很小的脈沖寬度都可能喚醒處于休眠狀態(tài)的CAN組件。雖然引擎工作時(shí)能夠提供足夠的功率，但節省電力在汽車(chē)設計中仍占非常重要的地位。當汽車(chē)停開(kāi)一周時(shí)很容易耗光電池電量，因此CAN組件設計師和測試人員應該非常小心，確保組件功耗最小化，并且不對組件作不必要的喚醒。
用于Specman Elite的YOGITECH CAN eVC能幫助設計人員對他們的系統功能進(jìn)行嚴格建模，并預測和驗證DUT的行為。最大的驗證挑戰之一是對CAN控制器系統側的建模。大多數已有的CAN控制器都具有豐富的包括中斷標志在內的配置和狀態(tài)位，因此很難預測組件的行為。此時(shí)必須采用精確的參考模型才能完成組件周期的完整測試。因此eVC需要提供諸如事件和狀態(tài)標志之類(lèi)的大量建模行為，并提供全面的總線(xiàn)狀態(tài)報告以及DUT正確仲裁、確認和報告錯誤的能力。
此外，使用Specman Elite擴展性能可以使eVC很容易滿(mǎn)足用戶(hù)特殊的驗證需求。在可維護方面，這些擴展特性不具有擴散性，因此能夠確保eVC的作業(yè)穩定性始終不受影響。
這些性能使得采用Specman Elite的eVC進(jìn)行建模和驗證的能力比傳統的C語(yǔ)言模型強很多。
汽車(chē)系統驗證小組可以采用這些技術(shù)在實(shí)際環(huán)境中開(kāi)發(fā)和除錯CAN總線(xiàn)作業(yè)的模型，并透過(guò)再使用eVC在各項目間分享這些經(jīng)驗。在CAN總線(xiàn)受到高壓電線(xiàn)產(chǎn)生的干擾時(shí)，引擎管理系統必須不發(fā)生故障，因此在引擎管理系統的開(kāi)發(fā)中這種能力是無(wú)價(jià)的。即使這種問(wèn)題在現場(chǎng)還是出現了，這些問(wèn)題也很容易得到建模，并被增加進(jìn)eVC仿真，這樣可確保不發(fā)生同樣的錯誤。涉及到乘客安全、氣囊等更重要的問(wèn)題，經(jīng)驗顯示：如果現場(chǎng)沒(méi)有發(fā)現的潛在設計缺陷就可能需要付出數百萬(wàn)的代價(jià)!這就是目前汽車(chē)工業(yè)有必要進(jìn)行嚴格驗證的嚴峻形勢。
另外一個(gè)重要功能是方便重新設計，這是因為現場(chǎng)發(fā)現問(wèn)題時(shí)需要在設計實(shí)驗室進(jìn)行建模。這種故障情形通常很難用標準測試平臺或C模型進(jìn)行再現，因為它們包含復雜的極端案例。
通常來(lái)自現場(chǎng)的報告只提供了故障的粗略描述，設計小組需要用很大的精力并在新技術(shù)幫助下才能確定根本原因。透過(guò)使用Specman Elite和YOGITECK eVC，設計師可以快速擴展明確的仿真領(lǐng)域，從而能夠完整檢查和理解像所有CAN組件同時(shí)存取總線(xiàn)時(shí)造成總線(xiàn)不明原因死鎖之類(lèi)條件下的行為。
最后，針對CAN協(xié)議各個(gè)方面的整合，功能覆蓋定義提供了實(shí)際驗證狀態(tài)的詳細報告。根據Specman Elite的功能覆蓋引擎，設計人員能夠清晰地了解驗證工作已經(jīng)完成了多少，協(xié)議的哪些方面功能還需要測試。為了分析組件的品質(zhì)和當前驗證狀態(tài)，eVC的這種功能覆蓋性能甚至可以被整合進(jìn)已有的測試平臺中。
傳統CAN存在的問(wèn)題之一是延遲，這是因為如果總線(xiàn)已經(jīng)處于忙狀態(tài)，那么組件在發(fā)送之前會(huì )產(chǎn)生不可預測的時(shí)延。業(yè)界已開(kāi)發(fā)出一種被稱(chēng)為時(shí)間觸發(fā)的CAN或TTCAN的新型總線(xiàn)，這種總線(xiàn)的頻寬是預先在時(shí)分再使用時(shí)隙內給組件分配好的。YOGITECH將很快推出適合這種類(lèi)型總線(xiàn)的eVC。
現代汽車(chē)將透過(guò)使用更多的整合復雜度更高的電子組件提供更好的舒適性、成本效益和功能。在各種汽車(chē)模型間整合所有這些系統將導致成百個(gè)CAN組件的組合。為了確保消費者享受完美的系統，很有必要采用最佳驗證工具，而Cadence的Specman Elite工具正是其中之一。
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