基于CANoe的CAN總線網(wǎng)關(guān)測試模型的設(shè)計

覃華強，蘇 凱，周志良

（1.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007；2.中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300）

隨著汽車電子技術(shù)的發(fā)展，汽車電子電器架構(gòu)日趨復(fù)雜，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，一個網(wǎng)段的車載CAN總線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已經(jīng)無法滿足目前車輛功能的需求，需要通過網(wǎng)關(guān)連接多個網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)通信，在車載網(wǎng)絡(luò)中具有非常重要的作用。在汽車量產(chǎn)之前，網(wǎng)關(guān)必須進行嚴格的網(wǎng)絡(luò)性能測試，只有測試驗證沒有問題之后才能認可通過，成為量產(chǎn)件。測試工作的嚴謹性重點體現(xiàn)在測試方式上，所以測試模型在測試中便顯得十分重要。

1 網(wǎng)關(guān)測試模型概述

CANoe是德國Vector公司開發(fā)的系統(tǒng)級總線軟件開發(fā)工具，它能支持總線開發(fā)的整個過程，從最初的設(shè)計、仿真到最終的分析測試。通過Vector的CAN總線硬件接口卡CANcaseXL／CANcardXL可以實現(xiàn)虛擬總線與物理總線的連接。也可以利用CANoe進行基于全部虛擬節(jié)點的全數(shù)字總線仿真和物理節(jié)點與虛擬節(jié)點相結(jié)合的半實物仿真，還可以對真實物理總線的通信進行實時監(jiān)控與分析［2-3］。

基于CANoe的虛擬節(jié)點與實物相結(jié)合的仿真功能，開發(fā)出來的CAN總線網(wǎng)關(guān)測試模型主要包含以下幾個部分：①整車網(wǎng)絡(luò)所有節(jié)點的數(shù)據(jù)庫 （dbc）文件；② 整車網(wǎng)絡(luò)虛擬節(jié)點；③ 控制面板；④ 信號發(fā)生器；⑤ 結(jié)果輸出窗口；⑥ 報文監(jiān)控窗口。測試模型總體界面如圖1所示。

2 方案設(shè)計

車載網(wǎng)絡(luò)中通信報文欲從源網(wǎng)段傳輸?shù)侥繕司W(wǎng)段，那么兩個網(wǎng)段之間必須要有網(wǎng)關(guān)進行轉(zhuǎn)發(fā)。首先，網(wǎng)關(guān)需要對源網(wǎng)段上的報文進行篩選，只有篩選出的有效報文才能從源網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)到目標網(wǎng)段。網(wǎng)關(guān)接收到有效報文之后，按照規(guī)定的時間轉(zhuǎn)發(fā)到目標網(wǎng)段。網(wǎng)關(guān)在進行報文轉(zhuǎn)發(fā)的過程中，報文不能出現(xiàn)丟失、周期錯誤和信息改變等情況。

綜上所述，CANoe建立的測試模型，需要實時檢測被網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)報文的ID、信號值、數(shù)據(jù)長度和周期，如果發(fā)生了變化，網(wǎng)關(guān)不應(yīng)該將產(chǎn)生錯誤的報文轉(zhuǎn)發(fā)至目標網(wǎng)段。同時，測試模型還需要實時監(jiān)測需要轉(zhuǎn)發(fā)的ID報文在源網(wǎng)段的數(shù)目與目標網(wǎng)段上的數(shù)目，如果二者數(shù)目不一致，則說明網(wǎng)關(guān)在轉(zhuǎn)發(fā)報文的時候出現(xiàn)丟幀的情況；對于報文路由的延遲時間情況，網(wǎng)關(guān)在源網(wǎng)段接收到需要轉(zhuǎn)發(fā)的報文后，應(yīng)該在規(guī)定時間內(nèi)將此報文無任何改變地轉(zhuǎn)發(fā)到目標網(wǎng)段上。這就要求仿真模型實時對報文路由時間進行檢測，路由延遲時間超過設(shè)定值時，網(wǎng)關(guān)測試模型應(yīng)該在結(jié)果輸出界面打印出超時報文的時間戳。每個測試用例測試結(jié)束之后，測試模型將整個測試記錄數(shù)據(jù)和結(jié)果保存下來。

圖1 測試模型總體界面

3 網(wǎng)關(guān)測試模型搭建

整車網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)段超過兩個時才需要網(wǎng)關(guān)進行連接。如本文舉出兩個網(wǎng)段的車載網(wǎng)絡(luò)例子，將其中一個網(wǎng)段定義為HS_CAN1，另一個網(wǎng)段定義為HS_CAN2。HS_CAN1網(wǎng)段具有：PCU（動力控制單元）、ABS（防抱死制動系統(tǒng)）和HCU（隨動前照燈控制單元）等電子控制單元；HS_CAN2網(wǎng)段具有：BCM （車身控制模塊）、IC（儀表組合）、ACM（自動空調(diào)控制模塊）等電子控制單元。兩個網(wǎng)段的數(shù)據(jù)交互通過Gateway（網(wǎng)關(guān)，簡稱GW）實現(xiàn)，如圖2所示。

圖2 車載網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)

由于采用虛擬節(jié)點相結(jié)合的半實物仿真模型測試網(wǎng)關(guān)，需要在CANoe中建立虛擬網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。虛擬節(jié)點架構(gòu)如圖3所示。

圖3 虛擬節(jié)點架構(gòu)

通過CAPL ECU和Test Module／TestUnit，CANoe可以往虛擬總線或真實總線上發(fā)送報文，CAPL ECU需要使用CAPL語言進行編程生成.can文件，調(diào)用發(fā)送報文指令output（），使能虛擬節(jié)點往虛擬總線發(fā)送報文或往真實總線發(fā)送報文。在CAPL ECU中也可以使用建立好的dbc文件和內(nèi)置的IL接口，直接將編寫好的整個ECU的報文發(fā)送到總線。Test Module／TestUnit也需要使用CAPL語言進行編程生成.can文件才可以發(fā)送報文。如果要人為手動改變發(fā)送報文內(nèi)的信號值，需要借助Panel（控制面板）直接對CAPL ECU和Test Module／TestUnit內(nèi)的報文信號進行賦值。在CAPL ECU中，如果調(diào)用dbc文件和內(nèi)置IL接口發(fā)送報文，可以在信號發(fā)生界面對報文信號進行賦值［4-6］。

3.1 建立網(wǎng)絡(luò)各個節(jié)點dbc文件

dbc文件作為CANoe的數(shù)據(jù)庫，CANoe在接收來自總線的報文時，可根據(jù)數(shù)據(jù)庫內(nèi)的定義對接收的報文進行解析，CANoe也可以調(diào)用dbc文件內(nèi)的報文信息，進行報文發(fā)送。

標準的dbc文件應(yīng)該包含：節(jié)點名稱、節(jié)點包含的收發(fā)報文、報文ID、報文數(shù)據(jù)長度、報文信號、報文發(fā)送類型和報文發(fā)送周期等。由于是雙網(wǎng)段通信結(jié)構(gòu)，建立dbc文件時需要建立兩個dbc文件，建立好的dbc文件如圖4所示。

圖4 dbc文件

3.2 建立控制界面

控制面板操作實質(zhì)上是修改系統(tǒng)變量或是環(huán)境變量信息的一種手段，控制面板上的按鍵或是信息輸入框均是直接關(guān)聯(lián)相關(guān)變量。操作控制面板就是改變環(huán)境變量或信號的數(shù)值，修改的變量或信號會觸發(fā)虛擬節(jié)點設(shè)定的對應(yīng)功能，從而實現(xiàn)控制測試進程的目的。

需要在dbc文件中建立的系統(tǒng)變量有：Message_Lost_Rate；Route_Delay；……

在控制面板界面建立的控制按鈕關(guān)聯(lián)相應(yīng)的環(huán)境變量有：按鍵Route_Delay關(guān)聯(lián)系統(tǒng)變量Route_Delay；按鍵Message_Lost_Rate關(guān)聯(lián)系統(tǒng)變量Message_Lost_Rate。設(shè)計效果如圖5所示。

圖5 控制面板界面

環(huán)境變量實例。觸發(fā)按鍵Route_Delay，會直接觸發(fā)路由延遲時間用例的測試，如下所示：

on sysvar／／獲取環(huán)境變量 （按鍵）狀態(tài)

sysvar：：Gateway_Tester：：Route_Delay

{

if （@sysvar：：Gateway_Tester：：Route_Delay）

ILControlStart （）；／／開始測試

else

ILControlStop （）；／／停止測試

}

3.3 建立虛擬節(jié)點

虛擬節(jié)點的建立包括：網(wǎng)絡(luò)虛擬節(jié)點的建立和測試節(jié)點的建立。網(wǎng)絡(luò)虛擬節(jié)點的建立就是在Simulation網(wǎng)絡(luò)上建立虛擬節(jié)點 （即：節(jié)點BCM、IC、ACM），虛擬節(jié)點可以模擬發(fā)出對應(yīng)真實節(jié)點的報文。測試節(jié)點 （即：節(jié)點CAN1_Test）主要是由.can文件組成，文件中集成了測試網(wǎng)關(guān)的所有算法和策略。建立好的虛擬節(jié)點結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 虛擬節(jié)點結(jié)構(gòu)

在對真實網(wǎng)關(guān)模塊進行實際測試時，需要將虛擬的Gateway節(jié)點進行屏蔽處理，通過硬件CANcase接口接入真實的網(wǎng)關(guān)。

3.4 配置信號發(fā)生器

信號發(fā)生器可以直接給即將發(fā)送的報文信號值進行賦值，信號值變化規(guī)律可以根據(jù)信號發(fā)生器內(nèi)設(shè)置的變化類型進行改變，也可以根據(jù)用戶自己定義的變化類型進行信號值設(shè)置。如圖7所示，報文的所有信號值被設(shè)置為隨機數(shù)模式。

圖7 信號發(fā)生器

3.5 監(jiān)控與結(jié)果輸出 （圖8）

監(jiān)控界面 （即：trace界面）能夠?qū)崟r監(jiān)控總線上報文的信息，總線上任意時刻的報文都會顯示在此界面上。監(jiān)控界面的信息會生成trace文件，以便測試完成后，測試人員對測試中出現(xiàn)的問題進行復(fù)查分析。

結(jié)果輸出界面 （即：write界面），在輸出界面中可以打印出測試結(jié)果，輸出的內(nèi)容可以保存為.txt文件。在測試模型節(jié)點的.can文件中，通過write（）；函數(shù)可以測試結(jié)果或者是其他重要提示信息打印的輸出界面中。

圖8 監(jiān)控與結(jié)果輸出界面

4 結(jié)束語

目前，在一些較為高端的汽車當(dāng)中，車載網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)擴展到了5路網(wǎng)段。為了滿足轉(zhuǎn)發(fā)報文數(shù)目不斷增加的要求，網(wǎng)關(guān)的路由報文能力被不斷提高。后續(xù)車型設(shè)計中，網(wǎng)關(guān)還會加入以太網(wǎng)、MOST總線、FlexRay總線和CANFD等，由此，網(wǎng)關(guān)測試的重要性會提升一個級別，測試模型也會不斷更新與升級。