基于“V開發(fā)模式”的汽車CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法分析

張少宇，孫永鋒，倪麗

（安徽江淮汽車股份有限公司， 安徽 合肥 230601）

基于“V開發(fā)模式”的汽車CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法分析

張少宇，孫永鋒，倪麗

（安徽江淮汽車股份有限公司， 安徽 合肥 230601）

本文介紹了基于“V開發(fā)模式”的汽車CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。該方法吸收了“V開發(fā)模式”的優(yōu)點(diǎn)，將汽車CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程和驗(yàn)證過程有機(jī)的結(jié)合起來，提高了設(shè)計(jì)的效率和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的質(zhì)量，是一種有效的汽車CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)方法。

V開發(fā)模式；CAN網(wǎng)絡(luò)

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

前言

CAN(Controller Area Network)是控制器局域網(wǎng)的縮寫。1986年德國BOSCH公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議，此后，ISO和SAE組織對其進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，制定了基于CAN2.0規(guī)范的ISO 11898和SAE J1939標(biāo)準(zhǔn)，分別面向乘用車和商用車領(lǐng)域。CAN總線技術(shù)在汽車產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用，不僅可以提高人們對安全性、舒適性和低成本的要求，而且有助于實(shí)現(xiàn)汽車產(chǎn)品快速升級換代的模塊化和智能化要求，還會使整車的故障檢測更方便，系統(tǒng)的穩(wěn)定性更高。CAN總線技術(shù)以其眾多的優(yōu)點(diǎn)成為汽車電子行業(yè)的主流技術(shù)。

V開發(fā)模式是一種面向客戶的開發(fā)模式，該模式可以減少設(shè)計(jì)的反復(fù)過程、縮短開發(fā)周期，節(jié)省成本，提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)的質(zhì)量，在汽車ECU開發(fā)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

本文將V開發(fā)模式應(yīng)用于汽車CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的全過程，介紹了一種有效的CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。

1、V開發(fā)模式

V開發(fā)模式是在快速應(yīng)用開發(fā) (RAD, Rap Application Development)模型基礎(chǔ)上演變而來，由于將整個開發(fā)過程構(gòu)造成一個V字形而得名。該模式可以很大程度地縮短開發(fā)周期，節(jié)省成本，提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量，除廣泛應(yīng)用于汽車ECU開發(fā)外，也已成功應(yīng)用到航空、國防、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)過程控制等領(lǐng)域。

下面以汽車ECU開發(fā)為例，按照V開發(fā)模式圖橫向?qū)?yīng)的先后環(huán)節(jié)順序，對V開發(fā)模式作簡單闡述。V開發(fā)模式的流程如圖1所示。

在V開發(fā)模式中，左邊是設(shè)計(jì)和分析，是軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的過程；右邊是對設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行測試，是動態(tài)測試驗(yàn)證過程。各個階段的對比分析如下：

需求分析和功能設(shè)計(jì)對應(yīng)驗(yàn)收測試

設(shè)計(jì)人員在做需求分析、產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)的同時，測試人員可以審查需求分析的結(jié)果，從而了解產(chǎn)品的設(shè)計(jì)特性、用戶的真正需求，據(jù)此確定驗(yàn)收目標(biāo)，策劃測試活動。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)對應(yīng)系統(tǒng)測試

系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在做系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，測試人員可以了解系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)的，基于什么樣的平臺，這樣可以設(shè)計(jì)系統(tǒng)的測試方案和測試計(jì)劃，并事先準(zhǔn)備系統(tǒng)的測試環(huán)境，包括硬件和第三方軟件的采購。

詳細(xì)或程序設(shè)計(jì)對應(yīng)功能測試

當(dāng)設(shè)計(jì)人員在做詳細(xì)設(shè)計(jì)時，測試人員可以參與設(shè)計(jì)，對設(shè)計(jì)進(jìn)行評審，找出設(shè)計(jì)的缺陷，同時設(shè)計(jì)功能測試用例，完善測試計(jì)劃，并基于這些測試用例開發(fā)測試腳本。

編程對應(yīng)單元測試

在設(shè)計(jì)人員編程的同時，測試人員可以進(jìn)行單元測試，盡快找出程序中的錯誤。充分的單元測試可以大幅度提高程序質(zhì)量、減少成本。

從圖1上我們能清楚地看到，V開發(fā)模式強(qiáng)調(diào)開發(fā)的協(xié)作和速度，將開發(fā)實(shí)現(xiàn)和驗(yàn)證有機(jī)地結(jié)合起來，在保證軟件質(zhì)量情況下縮短開發(fā)周期。該模式能幫助我們建立一套更有效的、更具有可操作性的產(chǎn)品開發(fā)流程。

2、汽車CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

整車CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開發(fā)通常經(jīng)歷概念設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)和試制試驗(yàn)三個階段。具體如下所示：

概念設(shè)計(jì)

此階段的工作首先是依據(jù)市場調(diào)研的結(jié)果，從整車、動力和工藝工程等領(lǐng)域進(jìn)行可行性分析，明確整車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開發(fā)需求；

在此基礎(chǔ)上，綜合考慮成本、擴(kuò)展性、一致性和相關(guān)法規(guī)要求，策劃網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，即整車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制策略設(shè)計(jì)，形成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；

另外，還必須考慮供應(yīng)商的開發(fā)能力，CAN 總線工程師要考察供應(yīng)商的CAN網(wǎng)絡(luò)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)、對網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的理解程度、軟硬件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)測試手段和經(jīng)驗(yàn)等。

工程設(shè)計(jì)

此階段的工作是的制定《網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)范》、《診斷協(xié)議規(guī)范》和《網(wǎng)絡(luò)測試規(guī)范》等相應(yīng)的規(guī)范，為供應(yīng)商開發(fā)產(chǎn)品提供設(shè)計(jì)依據(jù)，引導(dǎo)其開發(fā)設(shè)計(jì)出符合要求的產(chǎn)品。

首先依據(jù)ISO 11898協(xié)議和SAE J1939協(xié)議制定《網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)范》，內(nèi)容涵蓋物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層；確定網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的管理規(guī)范；

根據(jù)ISO11898等相關(guān)協(xié)議制定《診斷協(xié)議規(guī)范》；

在樣車試制前期，工程師需要根據(jù)《網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)范》和《診斷協(xié)議規(guī)范》建立通信數(shù)據(jù)庫、診斷數(shù)據(jù)庫；編寫網(wǎng)絡(luò)測試的程序、編寫測試管理程序、建立網(wǎng)絡(luò)仿真模型，為樣件和樣車的測試做準(zhǔn)備；制定節(jié)點(diǎn)、系統(tǒng)和實(shí)車的《網(wǎng)絡(luò)測試規(guī)范》、《診斷規(guī)范》。

試制試驗(yàn)

這一階段覆蓋整個項(xiàng)目開發(fā)后期，主要對供應(yīng)商開發(fā)的產(chǎn)品進(jìn)行單元、系統(tǒng)集成功能測試和診斷測試，解決產(chǎn)品中存在的問題，確保產(chǎn)品正確設(shè)計(jì)，滿足可靠性和在線診斷的要求，具備量產(chǎn)條件。

3、V開發(fā)模式在江淮汽車CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用分析

下面以江淮汽車CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)為例，分析V開發(fā)模式在CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用。江淮汽車產(chǎn)品研發(fā)體系分為5個階段，分別是產(chǎn)品規(guī)劃階段(PP)、產(chǎn)品策劃階段(PDP)、造型開發(fā)階段(SD)、設(shè)計(jì)開發(fā)階段(DD)和設(shè)計(jì)驗(yàn)證階段(DV)。江淮汽車CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)流程如圖4所示：

PP階段

市場人員進(jìn)行市場需求收集、整理，設(shè)計(jì)人員從整車的角度進(jìn)行可行性分析。根據(jù)可行性分析，進(jìn)行產(chǎn)品定義，明確整車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的開發(fā)目標(biāo)。

與此同時，測試人員可以審查產(chǎn)品可行性分析報(bào)告，了解產(chǎn)品的設(shè)計(jì)特性、用戶的真正需求，確定整車網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的最終驗(yàn)收目標(biāo)。

PDP階段

基于開發(fā)目標(biāo)、相關(guān)法規(guī)要求和《CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)平臺規(guī)劃》，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)構(gòu)想，編制《網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案說明書》，確定網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖。

測試人員可以了解系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方式，設(shè)計(jì)系統(tǒng)的測試計(jì)劃和方案，并準(zhǔn)備系統(tǒng)的測試環(huán)境。

SD階段

設(shè)計(jì)人員參照ISO 11898和SAE J1939協(xié)議制定《網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)范》，確定《網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)范》，建立整車通信數(shù)據(jù)庫（整車信號列表和通信矩陣）。根據(jù)ISO 11898等相關(guān)協(xié)議制定《網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)診斷協(xié)議規(guī)范》，建立診斷數(shù)據(jù)庫。指導(dǎo)供應(yīng)商進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)零部件開發(fā)。

在這一過程中，測試人員可以參與協(xié)議規(guī)范的制定，對規(guī)范進(jìn)行評審，同時根據(jù)協(xié)議規(guī)范設(shè)計(jì)測試用例，基于測試用例開發(fā)測試腳本。

DD階段

供應(yīng)商進(jìn)行零部件軟硬件開發(fā)。在此期間CAN 總線工程師需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議制定節(jié)點(diǎn)、系統(tǒng)和實(shí)車的網(wǎng)絡(luò)測試規(guī)范；建立網(wǎng)絡(luò)仿真模型；編寫測試管理程序；制作DBC文件和CDD文件。并進(jìn)行單元測試，協(xié)助開發(fā)人員查找程序中的錯誤，整改不合格項(xiàng)目，提高程序的質(zhì)量。

DV階段

對供應(yīng)商開發(fā)的產(chǎn)品進(jìn)行功能驗(yàn)證和診斷測試，確保產(chǎn)品正確設(shè)計(jì)。對設(shè)計(jì)合格的零部件進(jìn)行系統(tǒng)集成測試，驗(yàn)證系統(tǒng)的通信功能、在線診斷功能和容錯性能，評估網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性。

最后，由產(chǎn)品人員依據(jù)整車的驗(yàn)收目標(biāo)，對量產(chǎn)車輛進(jìn)行驗(yàn)收測試。

4、結(jié)束語

本文介紹的基于V模式的汽車CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)方法，吸收V開發(fā)模式高效協(xié)作的優(yōu)點(diǎn)，減少了從CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)開發(fā)到實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)驗(yàn)證各個環(huán)節(jié)的人為失誤，在最短的開發(fā)周期內(nèi)以最低的成本完成CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)?；赩模式的汽車CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)方法是一種有效的汽車CAN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)管理方法，具有很高的使用價值。

[1] 李霞,孫永峰,藺春明.基于CAN總線的商用車網(wǎng)絡(luò)平臺化設(shè)計(jì)探究[J].專用汽車, 2013.08,82-85.

[2] 羅峰,孫澤昌.汽車CAN總線系統(tǒng)原理、設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].電子工業(yè)出版社.

Research on Automobile Controller Area Network Design Based on V Development Model

Zhang Shaoyu, Sun Yongfeng, Ni Li
(Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601)

An automobile Controller Area Network design method based on V development model was given in this paper. According to this method, the design process of Controller Area Network and the verification procedure was implemented at the same time. This strategy can improve the design efficiency and quality effectively, thus, it's an effective design method.

V development mode; Controller Area Network

U462.1

A

1671-7988(2015)03--

張少宇，工程師，就職于安徽江淮汽車技術(shù)中心，從事電器設(shè)計(jì)工作，研究方向?yàn)檐囕d網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。