汽車PEPS系統(tǒng)診斷測(cè)試的應(yīng)用與研究

曹明明　姚夕林　姜媛媛

摘 要：隨著汽車技術(shù)的不斷提高，汽車PEPS系統(tǒng)也對(duì)其診斷測(cè)試結(jié)果的速度、準(zhǔn)確性、連續(xù)性提出了更高的要求，利用Vector公司開發(fā)的CANoe總線仿真軟件，對(duì)各種車身電子模塊進(jìn)行模擬，建立具有改進(jìn)AES算法認(rèn)證加密的汽車PEPS系統(tǒng)的測(cè)試仿真環(huán)境。實(shí)際測(cè)試結(jié)果表明，該系統(tǒng)不僅可以在虛擬節(jié)點(diǎn)下進(jìn)行模擬仿真測(cè)試，也可以在真實(shí)節(jié)點(diǎn)下進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)試，靈活有效地反映出汽車PEPS系統(tǒng)中各種電子模塊的總線通信情況，同時(shí)保證了故障診斷測(cè)試連續(xù)性和有效性。

關(guān)鍵詞：CANoe；PEPS系統(tǒng)；實(shí)時(shí)測(cè)試；診斷測(cè)試；AES算法

中圖分類號(hào)：TP206 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1005-2550（2014）02-0013-05

近年來(lái)隨著汽車電子技術(shù)迅猛發(fā)展，汽車無(wú)鑰匙進(jìn)入和啟動(dòng)（Passive Entry Passive Start）系統(tǒng)同樣得到了廣泛的應(yīng)用，PEPS系統(tǒng)作為整個(gè)汽車電子技術(shù)的核心之一，在汽車技術(shù)不斷迅速發(fā)展技術(shù)背景下，對(duì)其診斷測(cè)試系統(tǒng)提出了更高的要求，在汽車測(cè)試診斷過(guò)程中PEPS系統(tǒng)需要和汽車內(nèi)部其他電子系統(tǒng)進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)信息交流的同時(shí)構(gòu)建出一個(gè)完整的系統(tǒng)用來(lái)模擬汽車電子單元的其他系統(tǒng)，在測(cè)試過(guò)程中測(cè)試方式過(guò)于復(fù)雜，汽車電子單元的異常模擬復(fù)雜度較高，都在一定程度上限制了PEPS診斷系統(tǒng)的應(yīng)用與拓展。本文利用Vector公司開發(fā)的總線仿真工具CANoe軟件，開發(fā)出具有AES加密認(rèn)證算法的汽車PEPS系統(tǒng)的測(cè)試仿真環(huán)境，為虛擬汽車電子系統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)提供了一個(gè)可靠的平臺(tái)，該系統(tǒng)具有極大的靈活性。

1 PEPS系統(tǒng)及CANoe開發(fā)工具

汽車PEPS系統(tǒng)即：汽車無(wú)鑰匙進(jìn)入和啟動(dòng)（Passive Entry Passive Start）系統(tǒng)，是采用先進(jìn)的無(wú)線射頻識(shí)別（RFID）技術(shù)，通過(guò)自動(dòng)匹配檢測(cè)車主是否攜帶相應(yīng)汽車的有效鑰匙，從而自動(dòng)完成汽車的解鎖上鎖等一系列操作流程。汽車PEPS系統(tǒng)不需要拿出車鑰匙對(duì)汽車進(jìn)行解鎖或上鎖，當(dāng)車主通過(guò)手握汽車門把手時(shí)，車內(nèi)的天線會(huì)在車內(nèi)自動(dòng)搜索有效鑰匙。確認(rèn)鑰匙在車內(nèi)之后，就會(huì)對(duì)電子轉(zhuǎn)向柱鎖模塊（ESCL）及發(fā)動(dòng)機(jī)引擎控制模塊（EMS）分別進(jìn)行解鎖認(rèn)證和啟動(dòng)認(rèn)證，當(dāng)認(rèn)證通過(guò)后就可以正常啟動(dòng)車輛。

在汽車PEPS系統(tǒng)不斷完善和復(fù)雜化程度不斷加深的過(guò)程中，車身電子控制模塊本身更加精細(xì)，模塊內(nèi)部之間分工愈加明確，都對(duì)汽車CAN總線通信網(wǎng)絡(luò)提出更高的要求，汽車PEPS系統(tǒng)故障診斷測(cè)試的重要性也日益凸顯。

利用CANoe軟件，對(duì)汽車PEPS系統(tǒng)的各種電子模塊進(jìn)行系統(tǒng)仿真。該仿真系統(tǒng)能準(zhǔn)確的顯示和分析汽車PEPS系統(tǒng)的通信情況，給測(cè)試人員提供很大便利。

CANoe軟件是德國(guó)Vector公司開發(fā)的一款汽車總線開發(fā)工具。它具有從功能需求分析到系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)、仿真測(cè)試和評(píng)估等功能，本系統(tǒng)采用CANoe7.6，利用CANoe7.6自帶的數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能CANdb++ editor、CAPL Browser以及Panel Designer模塊可以根據(jù)用戶需求設(shè)計(jì)出所需內(nèi)容。包括控制面板的設(shè)計(jì)，報(bào)文中信號(hào)和消息的編輯、發(fā)送和接收條件等。CANoe軟件的仿真功能非常強(qiáng)大，它不僅可以對(duì)基于全部虛擬節(jié)點(diǎn)的總線仿真，真實(shí)物理節(jié)點(diǎn)與虛擬節(jié)點(diǎn)相結(jié)合的半實(shí)物通信仿真，還可以對(duì)全真實(shí)物理總線的通信進(jìn)行實(shí)時(shí)分析與監(jiān)控測(cè)試。通過(guò)CANoe軟件可以查看通信過(guò)程中的報(bào)文，而且可以對(duì)報(bào)文進(jìn)行選擇性過(guò)濾，通過(guò)查看顯示的報(bào)文信息來(lái)掌握系統(tǒng)的運(yùn)行狀況等。

2 PEPS系統(tǒng)仿真環(huán)境的建立

汽車PEPS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型有很多，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型拓?fù)鋱D中包括車身控制模塊（BCM），車輪防抱死模塊（ABS），電子轉(zhuǎn)向柱鎖模塊（ESCL），發(fā)動(dòng)機(jī)引擎控制模塊（EMS），儀表模塊（MIU），擋位控制模塊（TCU），安全氣囊模塊（SDM）等ECU模塊。建立的汽車PEPS系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示。該拓?fù)鋱D的應(yīng)用是在全仿真模式下進(jìn)行的，如果需要在真實(shí)節(jié)點(diǎn)下進(jìn)行測(cè)試，將相應(yīng)的仿真模塊禁掉（Block）即可。

圖1 汽車PEPS系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2.1 程序設(shè)計(jì)

在CANoe軟件的仿真環(huán)境中，需要用CAPL語(yǔ)言對(duì)事件的觸發(fā)和響應(yīng)進(jìn)行編程，CAPL語(yǔ)言是一種類C語(yǔ)言，在各電子模塊的編程設(shè)計(jì)過(guò)程中，它的觸發(fā)條件有很多種，包括系統(tǒng)變量改變，總線消息發(fā)送和接收，環(huán)境變量變化，鍵盤輸入或者定時(shí)器溢出等。利用CANoe軟件CAPL語(yǔ)言程序，可以對(duì)仿真系統(tǒng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編程設(shè)計(jì)。

電子轉(zhuǎn)向柱鎖模塊內(nèi)部的CAPL語(yǔ)言設(shè)計(jì)如圖2所示。在message 0x45消息中，如果環(huán)境變量evTEST_ESCL_Auth_EN觸發(fā)時(shí)，當(dāng)message 0x45消息中的信號(hào)PEPS_SUB_ID值為0x01，獲取環(huán)境變量中evTEST_ESCL_Auth_T1的值，同時(shí)設(shè)置定時(shí)器ESCL_Auth_t1的值為環(huán)境變量evTEST_ESCL_Auth_T1的值，如果message 0x45消息中的信號(hào)PEPS_SUB_ID值為0x02，獲取環(huán)境變量evTEST_ESCL_Auth_T2的值，設(shè)置定時(shí)器ESCL_Auth_t2的值為環(huán)境變量evTEST_ESCL_Auth_T2的值。

圖2 ESCL節(jié)點(diǎn)的編程設(shè)計(jì)

2.2 面板設(shè)計(jì)

為了使仿真效果更加形象直觀，CANoe軟件的仿真環(huán)境提供了一些仿真圖形界面。如圖3所示的汽車上鎖解鎖控制面板，圖中顯示了Driver Door和Passenger Door兩側(cè)門是開狀態(tài)，而Rear Left和Rear right兩側(cè)門是關(guān)閉狀態(tài)，中控鎖是開狀態(tài)，后備箱是關(guān)狀態(tài)。在測(cè)試過(guò)程中模擬汽車上鎖解鎖過(guò)程時(shí)，利用這個(gè)控制面板可以形象的模擬出汽車中控上鎖、解鎖的過(guò)程，以及前門、后門、后備箱的開關(guān)狀態(tài)。通過(guò)改變面板界面的圖形而改變相應(yīng)面板對(duì)應(yīng)的環(huán)境變量的值，主觀地對(duì)仿真條件進(jìn)行配置，使測(cè)試人員可以靈活高效地進(jìn)行診斷測(cè)試。endprint

圖3 汽車上鎖解鎖控制面板

2.3 查看報(bào)文

除了通過(guò)操作控制面板了解車身電子模塊的狀態(tài)，還可以通過(guò)接收和發(fā)送消息，根據(jù)報(bào)文的ID來(lái)查看報(bào)文，從而詳細(xì)了解車身電子模塊的狀態(tài)。不管是正常的報(bào)文還是有錯(cuò)誤故障信息的報(bào)文，都會(huì)詳細(xì)地顯示出相應(yīng)的信息，使測(cè)試人員迅速了解系統(tǒng)狀態(tài)。實(shí)際表明，測(cè)試人員在測(cè)試過(guò)程中主要是通過(guò)查看報(bào)文來(lái)進(jìn)行故障診斷測(cè)試。

3 PEPS系統(tǒng)的認(rèn)證算法

PEPS系統(tǒng)與傳統(tǒng)的啟動(dòng)系統(tǒng)不同之處主要體現(xiàn)在汽車的門把手和啟動(dòng)按鈕兩部分上。因此，PEPS系統(tǒng)的認(rèn)證算法的作用主要表現(xiàn)在汽車門把手和啟動(dòng)按鈕的觸發(fā)與響應(yīng)的過(guò)程中。PEPS系統(tǒng)的認(rèn)證算法采用的是在全世界廣泛使用的，加密安全性極高的AES算法。

3.1 改進(jìn)的AES算法

AES算法是源于Daemen和Rijmen設(shè)計(jì)的Rijndael密碼算法。AES 算法的數(shù)據(jù)分組的長(zhǎng)度為128 bit，密鑰長(zhǎng)度有三種128 bit、196 bit和256 bit。AES的加密過(guò)程可以分為3個(gè)步驟：初始密鑰加法，Nr-1 次輪變換和結(jié)尾輪變換。

本文研究的PEPS系統(tǒng)的認(rèn)證算法是一種改進(jìn)的AES算法。該算法主要應(yīng)用在PEPS系統(tǒng)的認(rèn)證過(guò)程中，主要有加密鑰和輪變換兩步，省去了算法解密的過(guò)程，采用的是隨機(jī)加密的方法，從而使算法更加快速和可靠。在認(rèn)證過(guò)程中，如果加密算法相同，所需認(rèn)證的雙方加密后的數(shù)據(jù)也是相同的，在認(rèn)證時(shí)AES加密認(rèn)證的過(guò)程如下：

第一步：加密鑰。

首先生成一個(gè)8位的隨機(jī)數(shù)：

Byte0 Byte1 Byte2 Byte3

Byte4 Byte5 Byte6 Byte7

取其中的第二位到第五位四位B（x）：

Byte1 Byte2 Byte3 Byte4

然后與上12位的固定指令碼，生成一個(gè)16位的密鑰，密鑰字的個(gè)數(shù)Nk=4，數(shù)據(jù)塊中字的個(gè)數(shù)Nb=4，與其對(duì)應(yīng)的算法的輪數(shù)是Nr=10。

第二步：輪變換的操作一般都比較復(fù)雜，包括以下四步。

Round （）

{

ByteSub （）；

ShiftRow （）；

MisColumn （）；

AddRoundKey （）

}

S盒變換 （ByteSub），是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一種不可逆的非線性置換；行移位 （ShiftRow），是以“行”為單位的線性變換，第一行不變，其它行依次進(jìn)行循環(huán)移動(dòng)，位移量的大小與加密塊中字的個(gè)數(shù)Nb有關(guān)，使其與一簡(jiǎn)單的矩陣相乘；列混合 （MisColumn），運(yùn)算結(jié)果相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，與一較復(fù)雜矩陣相乘得到另一矩陣；加循環(huán)密鑰 （AddRoundKey），是將循環(huán)密鑰與上層的結(jié)果進(jìn)行異或運(yùn)算，相乘得到，然后進(jìn)行128位的加密操作。

3.2 PEPS系統(tǒng)AES算法的認(rèn)證過(guò)程

圖4 PEPS系統(tǒng)中AES算法認(rèn)證過(guò)程流程圖

PEPS系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，需要分別與電子轉(zhuǎn)向柱鎖模塊 （ESCL） 及發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊 （EMS） 之間進(jìn)行認(rèn)證，而在CANoe仿真環(huán)境條件下，上述模塊間的認(rèn)證算法的編程部分都是設(shè)計(jì)在相應(yīng)模塊內(nèi)部的。當(dāng)汽車PEPS系統(tǒng)啟動(dòng)的有效鑰匙在汽車認(rèn)證范圍內(nèi)時(shí)，按啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)汽車，汽車PEPS系統(tǒng)首先需要對(duì)電子轉(zhuǎn)向柱鎖模塊（ESCL）進(jìn)行認(rèn)證，汽車PEPS系統(tǒng)首先發(fā)一幀認(rèn)證消息到汽車CAN總線上，電子轉(zhuǎn)向柱鎖模塊（ESCL）接收到這幀認(rèn)證消息后生成一幀隨機(jī)數(shù)，并將這幀隨機(jī)數(shù)發(fā)到CAN總線上，汽車PEPS系統(tǒng)從CAN總線上接收這幀隨機(jī)數(shù)，汽車PEPS系統(tǒng)與電子轉(zhuǎn)向柱鎖模塊（ESCL）都經(jīng)過(guò)相應(yīng)的AES加密算法加密之后，再對(duì)二者的加密結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如果AES加密算法相同，則計(jì)算結(jié)果相同，認(rèn)證成功；否則認(rèn)證失敗。EMS模塊認(rèn)證過(guò)程同樣如此。認(rèn)證過(guò)程的具體流程如圖4所示。

4 PEPS系統(tǒng)故障診斷測(cè)試

在測(cè)試過(guò)程中，當(dāng)有故障或錯(cuò)誤出現(xiàn)時(shí)，不管是系統(tǒng)故障還是車身電子模塊的故障都會(huì)在報(bào)文中詳細(xì)地顯示出來(lái)。通過(guò)報(bào)文的ID可以查找并迅速查看相應(yīng)的報(bào)文了解診斷測(cè)試情況。

PEPS系統(tǒng)的診斷測(cè)試主要體現(xiàn)在門把手的PE（Passive Entry）和PS（Passive Start）及智能鑰匙的RKE（Remote Keyless Entry）部分的測(cè)試。PE測(cè)試的報(bào)文實(shí)例包括Lock、Unlock的報(bào)文顯示，如圖5所示。PS測(cè)試報(bào)文實(shí)例如圖6所示。RKE測(cè)試報(bào)文實(shí)例如圖7所示。如果通信過(guò)程中出現(xiàn)故障、發(fā)送請(qǐng)求錯(cuò)誤、請(qǐng)求的條件和處理的結(jié)果不正確等都會(huì)在報(bào)文中顯示，錯(cuò)誤信息在報(bào)文中會(huì)以紅色字體顯示，方便測(cè)試人員及時(shí)了解故障情況，如圖8 故障保文顯示。

a） Lock報(bào)文

b） Unlock報(bào)文

圖5 PE中Lock、Unlock報(bào)文顯示

a） Start failure： No UID Found

b） Start State

圖6 Ps的報(bào)文顯示

a） Lock Cmd

b） Unlock Cmd

c） Tailgate release Cmd

d） Panic Cmd

圖7 RKE的報(bào)文顯示

圖8 故障報(bào)文顯示

5 結(jié)論

基于CANoe軟件建立的汽車PEPS系統(tǒng)診斷測(cè)試的仿真環(huán)境，能真實(shí)有效地模擬出車載網(wǎng)絡(luò)的通信情況，對(duì)車載總線上的診斷信息進(jìn)行快速精準(zhǔn)的采集，分析和管理，不僅大大降低了測(cè)試成本，還提高了系統(tǒng)測(cè)試的準(zhǔn)確性，在汽車PEPS系統(tǒng)發(fā)展和完善過(guò)程中起到了非常重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]Konrad Etschberger. Controller Area Network[M]. Weingarten： IXXAT Automation GmbH， 2000.

[2]Vector Informatik GmbH. CANoe Installation Guide，CANoe User Guide， CANdb++ User Guide[M]. Eberdingen： SATZTEAM Fotosatz & Neue Medien Gmbh， 2002.

[3]黎善斌.基于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的CAN實(shí)時(shí)性能研究[J].化工自動(dòng)化及儀表，2003，30（4）：1-6.

[4]朱彬，劉新寧.基于AMBA總線的AES算法設(shè)計(jì)[J].信息化研究，2009（5）：47-50.

[5]魏嘉銀，呂虹，秦永彬.一種基于AES算法的通信信息加密傳輸方案[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2011（10）：121-124.endprint

圖3 汽車上鎖解鎖控制面板

2.3 查看報(bào)文

除了通過(guò)操作控制面板了解車身電子模塊的狀態(tài)，還可以通過(guò)接收和發(fā)送消息，根據(jù)報(bào)文的ID來(lái)查看報(bào)文，從而詳細(xì)了解車身電子模塊的狀態(tài)。不管是正常的報(bào)文還是有錯(cuò)誤故障信息的報(bào)文，都會(huì)詳細(xì)地顯示出相應(yīng)的信息，使測(cè)試人員迅速了解系統(tǒng)狀態(tài)。實(shí)際表明，測(cè)試人員在測(cè)試過(guò)程中主要是通過(guò)查看報(bào)文來(lái)進(jìn)行故障診斷測(cè)試。

3 PEPS系統(tǒng)的認(rèn)證算法

PEPS系統(tǒng)與傳統(tǒng)的啟動(dòng)系統(tǒng)不同之處主要體現(xiàn)在汽車的門把手和啟動(dòng)按鈕兩部分上。因此，PEPS系統(tǒng)的認(rèn)證算法的作用主要表現(xiàn)在汽車門把手和啟動(dòng)按鈕的觸發(fā)與響應(yīng)的過(guò)程中。PEPS系統(tǒng)的認(rèn)證算法采用的是在全世界廣泛使用的，加密安全性極高的AES算法。

3.1 改進(jìn)的AES算法

AES算法是源于Daemen和Rijmen設(shè)計(jì)的Rijndael密碼算法。AES 算法的數(shù)據(jù)分組的長(zhǎng)度為128 bit，密鑰長(zhǎng)度有三種128 bit、196 bit和256 bit。AES的加密過(guò)程可以分為3個(gè)步驟：初始密鑰加法，Nr-1 次輪變換和結(jié)尾輪變換。

本文研究的PEPS系統(tǒng)的認(rèn)證算法是一種改進(jìn)的AES算法。該算法主要應(yīng)用在PEPS系統(tǒng)的認(rèn)證過(guò)程中，主要有加密鑰和輪變換兩步，省去了算法解密的過(guò)程，采用的是隨機(jī)加密的方法，從而使算法更加快速和可靠。在認(rèn)證過(guò)程中，如果加密算法相同，所需認(rèn)證的雙方加密后的數(shù)據(jù)也是相同的，在認(rèn)證時(shí)AES加密認(rèn)證的過(guò)程如下：

第一步：加密鑰。

首先生成一個(gè)8位的隨機(jī)數(shù)：

Byte0 Byte1 Byte2 Byte3

Byte4 Byte5 Byte6 Byte7

取其中的第二位到第五位四位B（x）：

Byte1 Byte2 Byte3 Byte4

然后與上12位的固定指令碼，生成一個(gè)16位的密鑰，密鑰字的個(gè)數(shù)Nk=4，數(shù)據(jù)塊中字的個(gè)數(shù)Nb=4，與其對(duì)應(yīng)的算法的輪數(shù)是Nr=10。

第二步：輪變換的操作一般都比較復(fù)雜，包括以下四步。

Round （）

{

ByteSub （）；

ShiftRow （）；

MisColumn （）；

AddRoundKey （）

}

S盒變換 （ByteSub），是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一種不可逆的非線性置換；行移位 （ShiftRow），是以“行”為單位的線性變換，第一行不變，其它行依次進(jìn)行循環(huán)移動(dòng)，位移量的大小與加密塊中字的個(gè)數(shù)Nb有關(guān)，使其與一簡(jiǎn)單的矩陣相乘；列混合 （MisColumn），運(yùn)算結(jié)果相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，與一較復(fù)雜矩陣相乘得到另一矩陣；加循環(huán)密鑰 （AddRoundKey），是將循環(huán)密鑰與上層的結(jié)果進(jìn)行異或運(yùn)算，相乘得到，然后進(jìn)行128位的加密操作。

3.2 PEPS系統(tǒng)AES算法的認(rèn)證過(guò)程

圖4 PEPS系統(tǒng)中AES算法認(rèn)證過(guò)程流程圖

PEPS系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，需要分別與電子轉(zhuǎn)向柱鎖模塊 （ESCL） 及發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊 （EMS） 之間進(jìn)行認(rèn)證，而在CANoe仿真環(huán)境條件下，上述模塊間的認(rèn)證算法的編程部分都是設(shè)計(jì)在相應(yīng)模塊內(nèi)部的。當(dāng)汽車PEPS系統(tǒng)啟動(dòng)的有效鑰匙在汽車認(rèn)證范圍內(nèi)時(shí)，按啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)汽車，汽車PEPS系統(tǒng)首先需要對(duì)電子轉(zhuǎn)向柱鎖模塊（ESCL）進(jìn)行認(rèn)證，汽車PEPS系統(tǒng)首先發(fā)一幀認(rèn)證消息到汽車CAN總線上，電子轉(zhuǎn)向柱鎖模塊（ESCL）接收到這幀認(rèn)證消息后生成一幀隨機(jī)數(shù)，并將這幀隨機(jī)數(shù)發(fā)到CAN總線上，汽車PEPS系統(tǒng)從CAN總線上接收這幀隨機(jī)數(shù)，汽車PEPS系統(tǒng)與電子轉(zhuǎn)向柱鎖模塊（ESCL）都經(jīng)過(guò)相應(yīng)的AES加密算法加密之后，再對(duì)二者的加密結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如果AES加密算法相同，則計(jì)算結(jié)果相同，認(rèn)證成功；否則認(rèn)證失敗。EMS模塊認(rèn)證過(guò)程同樣如此。認(rèn)證過(guò)程的具體流程如圖4所示。

4 PEPS系統(tǒng)故障診斷測(cè)試

在測(cè)試過(guò)程中，當(dāng)有故障或錯(cuò)誤出現(xiàn)時(shí)，不管是系統(tǒng)故障還是車身電子模塊的故障都會(huì)在報(bào)文中詳細(xì)地顯示出來(lái)。通過(guò)報(bào)文的ID可以查找并迅速查看相應(yīng)的報(bào)文了解診斷測(cè)試情況。

PEPS系統(tǒng)的診斷測(cè)試主要體現(xiàn)在門把手的PE（Passive Entry）和PS（Passive Start）及智能鑰匙的RKE（Remote Keyless Entry）部分的測(cè)試。PE測(cè)試的報(bào)文實(shí)例包括Lock、Unlock的報(bào)文顯示，如圖5所示。PS測(cè)試報(bào)文實(shí)例如圖6所示。RKE測(cè)試報(bào)文實(shí)例如圖7所示。如果通信過(guò)程中出現(xiàn)故障、發(fā)送請(qǐng)求錯(cuò)誤、請(qǐng)求的條件和處理的結(jié)果不正確等都會(huì)在報(bào)文中顯示，錯(cuò)誤信息在報(bào)文中會(huì)以紅色字體顯示，方便測(cè)試人員及時(shí)了解故障情況，如圖8 故障保文顯示。

a） Lock報(bào)文

b） Unlock報(bào)文

圖5 PE中Lock、Unlock報(bào)文顯示

a） Start failure： No UID Found

b） Start State

圖6 Ps的報(bào)文顯示

a） Lock Cmd

b） Unlock Cmd

c） Tailgate release Cmd

d） Panic Cmd

圖7 RKE的報(bào)文顯示

圖8 故障報(bào)文顯示

5 結(jié)論

基于CANoe軟件建立的汽車PEPS系統(tǒng)診斷測(cè)試的仿真環(huán)境，能真實(shí)有效地模擬出車載網(wǎng)絡(luò)的通信情況，對(duì)車載總線上的診斷信息進(jìn)行快速精準(zhǔn)的采集，分析和管理，不僅大大降低了測(cè)試成本，還提高了系統(tǒng)測(cè)試的準(zhǔn)確性，在汽車PEPS系統(tǒng)發(fā)展和完善過(guò)程中起到了非常重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]Konrad Etschberger. Controller Area Network[M]. Weingarten： IXXAT Automation GmbH， 2000.

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[3]黎善斌.基于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的CAN實(shí)時(shí)性能研究[J].化工自動(dòng)化及儀表，2003，30（4）：1-6.

[4]朱彬，劉新寧.基于AMBA總線的AES算法設(shè)計(jì)[J].信息化研究，2009（5）：47-50.

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圖3 汽車上鎖解鎖控制面板

2.3 查看報(bào)文

除了通過(guò)操作控制面板了解車身電子模塊的狀態(tài)，還可以通過(guò)接收和發(fā)送消息，根據(jù)報(bào)文的ID來(lái)查看報(bào)文，從而詳細(xì)了解車身電子模塊的狀態(tài)。不管是正常的報(bào)文還是有錯(cuò)誤故障信息的報(bào)文，都會(huì)詳細(xì)地顯示出相應(yīng)的信息，使測(cè)試人員迅速了解系統(tǒng)狀態(tài)。實(shí)際表明，測(cè)試人員在測(cè)試過(guò)程中主要是通過(guò)查看報(bào)文來(lái)進(jìn)行故障診斷測(cè)試。

3 PEPS系統(tǒng)的認(rèn)證算法

PEPS系統(tǒng)與傳統(tǒng)的啟動(dòng)系統(tǒng)不同之處主要體現(xiàn)在汽車的門把手和啟動(dòng)按鈕兩部分上。因此，PEPS系統(tǒng)的認(rèn)證算法的作用主要表現(xiàn)在汽車門把手和啟動(dòng)按鈕的觸發(fā)與響應(yīng)的過(guò)程中。PEPS系統(tǒng)的認(rèn)證算法采用的是在全世界廣泛使用的，加密安全性極高的AES算法。

3.1 改進(jìn)的AES算法

AES算法是源于Daemen和Rijmen設(shè)計(jì)的Rijndael密碼算法。AES 算法的數(shù)據(jù)分組的長(zhǎng)度為128 bit，密鑰長(zhǎng)度有三種128 bit、196 bit和256 bit。AES的加密過(guò)程可以分為3個(gè)步驟：初始密鑰加法，Nr-1 次輪變換和結(jié)尾輪變換。

本文研究的PEPS系統(tǒng)的認(rèn)證算法是一種改進(jìn)的AES算法。該算法主要應(yīng)用在PEPS系統(tǒng)的認(rèn)證過(guò)程中，主要有加密鑰和輪變換兩步，省去了算法解密的過(guò)程，采用的是隨機(jī)加密的方法，從而使算法更加快速和可靠。在認(rèn)證過(guò)程中，如果加密算法相同，所需認(rèn)證的雙方加密后的數(shù)據(jù)也是相同的，在認(rèn)證時(shí)AES加密認(rèn)證的過(guò)程如下：

第一步：加密鑰。

首先生成一個(gè)8位的隨機(jī)數(shù)：

Byte0 Byte1 Byte2 Byte3

Byte4 Byte5 Byte6 Byte7

取其中的第二位到第五位四位B（x）：

Byte1 Byte2 Byte3 Byte4

然后與上12位的固定指令碼，生成一個(gè)16位的密鑰，密鑰字的個(gè)數(shù)Nk=4，數(shù)據(jù)塊中字的個(gè)數(shù)Nb=4，與其對(duì)應(yīng)的算法的輪數(shù)是Nr=10。

第二步：輪變換的操作一般都比較復(fù)雜，包括以下四步。

Round （）

{

ByteSub （）；

ShiftRow （）；

MisColumn （）；

AddRoundKey （）

}

S盒變換 （ByteSub），是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行一種不可逆的非線性置換；行移位 （ShiftRow），是以“行”為單位的線性變換，第一行不變，其它行依次進(jìn)行循環(huán)移動(dòng)，位移量的大小與加密塊中字的個(gè)數(shù)Nb有關(guān)，使其與一簡(jiǎn)單的矩陣相乘；列混合 （MisColumn），運(yùn)算結(jié)果相對(duì)來(lái)說(shuō)比較復(fù)雜，與一較復(fù)雜矩陣相乘得到另一矩陣；加循環(huán)密鑰 （AddRoundKey），是將循環(huán)密鑰與上層的結(jié)果進(jìn)行異或運(yùn)算，相乘得到，然后進(jìn)行128位的加密操作。

3.2 PEPS系統(tǒng)AES算法的認(rèn)證過(guò)程

圖4 PEPS系統(tǒng)中AES算法認(rèn)證過(guò)程流程圖

PEPS系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，需要分別與電子轉(zhuǎn)向柱鎖模塊 （ESCL） 及發(fā)動(dòng)機(jī)控制模塊 （EMS） 之間進(jìn)行認(rèn)證，而在CANoe仿真環(huán)境條件下，上述模塊間的認(rèn)證算法的編程部分都是設(shè)計(jì)在相應(yīng)模塊內(nèi)部的。當(dāng)汽車PEPS系統(tǒng)啟動(dòng)的有效鑰匙在汽車認(rèn)證范圍內(nèi)時(shí)，按啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)汽車，汽車PEPS系統(tǒng)首先需要對(duì)電子轉(zhuǎn)向柱鎖模塊（ESCL）進(jìn)行認(rèn)證，汽車PEPS系統(tǒng)首先發(fā)一幀認(rèn)證消息到汽車CAN總線上，電子轉(zhuǎn)向柱鎖模塊（ESCL）接收到這幀認(rèn)證消息后生成一幀隨機(jī)數(shù)，并將這幀隨機(jī)數(shù)發(fā)到CAN總線上，汽車PEPS系統(tǒng)從CAN總線上接收這幀隨機(jī)數(shù)，汽車PEPS系統(tǒng)與電子轉(zhuǎn)向柱鎖模塊（ESCL）都經(jīng)過(guò)相應(yīng)的AES加密算法加密之后，再對(duì)二者的加密結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如果AES加密算法相同，則計(jì)算結(jié)果相同，認(rèn)證成功；否則認(rèn)證失敗。EMS模塊認(rèn)證過(guò)程同樣如此。認(rèn)證過(guò)程的具體流程如圖4所示。

4 PEPS系統(tǒng)故障診斷測(cè)試

在測(cè)試過(guò)程中，當(dāng)有故障或錯(cuò)誤出現(xiàn)時(shí)，不管是系統(tǒng)故障還是車身電子模塊的故障都會(huì)在報(bào)文中詳細(xì)地顯示出來(lái)。通過(guò)報(bào)文的ID可以查找并迅速查看相應(yīng)的報(bào)文了解診斷測(cè)試情況。

PEPS系統(tǒng)的診斷測(cè)試主要體現(xiàn)在門把手的PE（Passive Entry）和PS（Passive Start）及智能鑰匙的RKE（Remote Keyless Entry）部分的測(cè)試。PE測(cè)試的報(bào)文實(shí)例包括Lock、Unlock的報(bào)文顯示，如圖5所示。PS測(cè)試報(bào)文實(shí)例如圖6所示。RKE測(cè)試報(bào)文實(shí)例如圖7所示。如果通信過(guò)程中出現(xiàn)故障、發(fā)送請(qǐng)求錯(cuò)誤、請(qǐng)求的條件和處理的結(jié)果不正確等都會(huì)在報(bào)文中顯示，錯(cuò)誤信息在報(bào)文中會(huì)以紅色字體顯示，方便測(cè)試人員及時(shí)了解故障情況，如圖8 故障保文顯示。

a） Lock報(bào)文

b） Unlock報(bào)文

圖5 PE中Lock、Unlock報(bào)文顯示

a） Start failure： No UID Found

b） Start State

圖6 Ps的報(bào)文顯示

a） Lock Cmd

b） Unlock Cmd

c） Tailgate release Cmd

d） Panic Cmd

圖7 RKE的報(bào)文顯示

圖8 故障報(bào)文顯示

5 結(jié)論

基于CANoe軟件建立的汽車PEPS系統(tǒng)診斷測(cè)試的仿真環(huán)境，能真實(shí)有效地模擬出車載網(wǎng)絡(luò)的通信情況，對(duì)車載總線上的診斷信息進(jìn)行快速精準(zhǔn)的采集，分析和管理，不僅大大降低了測(cè)試成本，還提高了系統(tǒng)測(cè)試的準(zhǔn)確性，在汽車PEPS系統(tǒng)發(fā)展和完善過(guò)程中起到了非常重要的作用。

參考文獻(xiàn)：

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