一種車(chē)用CAN總線(xiàn)測試平臺的研發(fā)與應用

　　CANoe 是進(jìn)行CAN 通訊網(wǎng)絡(luò )監測和分析的工具,同時(shí)具有強大的系統仿真功能。CANoe 可以建立系統的仿真結構與節點(diǎn)、消息及信號的數據庫,通過(guò)采用其編程語(yǔ)言CAPL 可以進(jìn)行節點(diǎn)仿真,對總線(xiàn)上的數據能進(jìn)行動(dòng)態(tài)的跟蹤并能顯示統計信息。它能夠測量的總線(xiàn)數據有:總線(xiàn)負載,峰值負載,總線(xiàn)的各種幀數據和幀數統計,在PC 上消息發(fā)送與接收延時(shí)。

　　波形的質(zhì)量決定了數據傳輸的可靠性,所以要對CAN 總線(xiàn)的物理層進(jìn)行評價(jià),評價(jià)傳輸介質(zhì)、總線(xiàn)CAN 收發(fā)器、終端電阻的分布影響。CANscope 網(wǎng)絡(luò )示波器就是CAN 物理層分析工具。它通過(guò)串行總線(xiàn)與PC 相連,記錄模塊能數字化CAN 總線(xiàn)上的消息并儲存以便采用軟件進(jìn)行分析,前觸發(fā)模式可以捕捉一幀CAN 消息或一個(gè)錯誤幀的前后相鄰數據。分析軟件顯示總線(xiàn)電壓值、差分電壓值及填充位隨時(shí)間的變化。在跟蹤窗口中可以顯示CAN 消息幀、消息幀的各個(gè)組成部分以及錯誤幀。

　　CAN 網(wǎng)絡(luò )具有很強的錯誤處理能力,當網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)遭受?chē)乐馗蓴_時(shí),它能自動(dòng)脫離總線(xiàn),從而不會(huì )影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的信息交互。ISO11519-2 規定了CAN 總線(xiàn)對于節點(diǎn)失靈的容錯能力,因此要根據要求測量CAN 網(wǎng)絡(luò )對于干擾或者節點(diǎn)失靈情況的容錯能力。為了測試在受到干擾或者節點(diǎn)失靈的情況下網(wǎng)絡(luò )是否還能正常工作,CANstress 模擬總線(xiàn)干擾工具可以直接聯(lián)入CAN 總線(xiàn)上,通過(guò)軟件控制,可以模擬出各種不同的干擾和失靈情況,以便觀(guān)察網(wǎng)絡(luò )在干擾和失靈情況下的運行情況。它有兩種工作方式,一種是破壞節點(diǎn)上發(fā)送的消息來(lái)測試網(wǎng)絡(luò )的抗干擾能力。另一種方式是設置外部設備來(lái)模擬發(fā)生故障的節點(diǎn)。

CAN總線(xiàn)實(shí)時(shí)仿真測試平臺的應用

　　應用該平臺可對系統的通訊能力進(jìn)行評估,可測試系統的各項指標,如總線(xiàn)負載、峰值負載、總線(xiàn)的各種幀數據和幀數統計、發(fā)送延遲、錯誤統計、MCU 的通訊負載分析及各種干擾對總線(xiàn)的影響等。同時(shí)可對CAN 總線(xiàn)的物理層和網(wǎng)絡(luò )拓撲結構進(jìn)行評價(jià)與優(yōu)化,評價(jià)傳輸介質(zhì)、總線(xiàn)CAN 收發(fā)器、終端電阻的分布影響。

　　下面是幾個(gè)對單個(gè)ECU 通訊功能、系統的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構以及通訊介質(zhì)選擇的測試實(shí)例。通過(guò)測試,可以進(jìn)一步改進(jìn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò )系統的性能。

　　(1) 單個(gè)ECU 通訊部分實(shí)時(shí)性的對比測試

　　該測試的目的是觀(guān)察相關(guān)軟件功能對消息延時(shí)的影響,圖2 所示為消息發(fā)送周期軟件修改前后對比圖。通過(guò)測試發(fā)現某條消息的延時(shí)比較大,通過(guò)軟件進(jìn)一步優(yōu)化可以消除延時(shí)現象。

　　(2) 不同網(wǎng)絡(luò )拓撲結構的對比測試

　　利用該系統可測試比較不同拓撲結構時(shí)總線(xiàn)的抗干擾能力,圖3 所示為終端電阻位置改變信號傳輸波形對比圖。由圖可看出終端電阻位置的不同對總線(xiàn)系統的抗干擾能力有很大影響,在實(shí)際系統中應注意它的分布位置。

　　(3) 通訊介質(zhì)選擇不當的信號傳輸波形

　　通訊介質(zhì)的選擇對總線(xiàn)系統的通訊是至關(guān)重要的。圖4 所示為一種通訊介質(zhì)的物理層信號圖,與圖3 中終端電阻調整后的物理層信號圖相比,抗干擾能力明顯降低。因此,在設計系統時(shí),應選擇好通訊介質(zhì)。

結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)CAN 總線(xiàn)在汽車(chē)中的使用,分布式實(shí)時(shí)系統在汽車(chē)中的應用越來(lái)越多。在分布式實(shí)時(shí)系統中,網(wǎng)絡(luò )的實(shí)時(shí)性直接影響到系統的實(shí)時(shí)性,而網(wǎng)絡(luò )的實(shí)時(shí)性主要由網(wǎng)絡(luò )性質(zhì)、信息流量以及系統中各節點(diǎn)對網(wǎng)絡(luò )信息的響應速度決定。當系統的網(wǎng)絡(luò )性質(zhì)和信息流量基本確定之后,與網(wǎng)絡(luò )實(shí)時(shí)性直接相關(guān)的是各節點(diǎn)對網(wǎng)絡(luò )信息的響應速度。而目前常用的CAN 總線(xiàn)測試系統都不具備此測試功能,當它們用于分布式實(shí)時(shí)系統網(wǎng)絡(luò )測試時(shí),很難涉及網(wǎng)絡(luò )的實(shí)時(shí)性。在研發(fā)總線(xiàn)測試平臺時(shí),考慮到整個(gè)系統的特點(diǎn),提出網(wǎng)絡(luò )在環(huán)設計方法,將網(wǎng)絡(luò )的實(shí)時(shí)性作為整個(gè)測試系統實(shí)時(shí)性的一個(gè)重要因素貫穿于整個(gè)設計、分析和測試過(guò)程。該CAN 總線(xiàn)實(shí)時(shí)仿真測試平臺為研究制定我國自己的電動(dòng)汽車(chē)通訊協(xié)議和測試、評價(jià)CAN 總線(xiàn)通訊網(wǎng)絡(luò )性能奠定了很好的基礎,同時(shí)它可用于車(chē)用CAN 總線(xiàn)相關(guān)技術(shù)的研發(fā)。對于不同性能的CPU ,整個(gè)測試系統的性能會(huì )有較大的差別,為此,目前正在開(kāi)發(fā)更高性能CPU 為核心的測試系統,以滿(mǎn)足日益發(fā)展的整車(chē)控制系統的需要。