如何運用Specman Elite實現(xiàn)汽車CAN總線的全面驗證
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當(dāng)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(tǒng)工程知識，并與代替專門測試裝置的可再使用驗證組件整合在一起，為設(shè)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(kuò)展的驗證組件，這些組件被稱為eVC。這些組件采用高級驗證語言e編寫，能夠產(chǎn)生足夠多的測試激勵訊號，并能對設(shè)計行為與預(yù)期結(jié)果進(jìn)行檢查確認(rèn)。eVC可以極大地縮短驗證時間和提高產(chǎn)品品質(zhì)。具有互通性的eVC套件可以透過第三方程式或取得授權(quán)，可用來測試算法模塊或總線接口等常見的電路功能。這種方法的突出優(yōu)點是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(shè)計同等的價值。
CAN是一種汽車產(chǎn)業(yè)中得到廣泛使用的數(shù)據(jù)與控制通信網(wǎng)絡(luò)，是一種極具強(qiáng)韌性的電氣規(guī)范和協(xié)議，專門設(shè)計用于轎車或卡車中危險、常常無法預(yù)料的惡劣環(huán)境，而這種環(huán)境中有許多應(yīng)用需要極高的可靠性和容錯能力。CAN總線最初是由Robert Bosch GmbH建構(gòu)的?，F(xiàn)在的汽車設(shè)計通常包含50個以上的微處理器，每個處理器都各自負(fù)責(zé)相應(yīng)的應(yīng)用，如引擎管理、牽引或？車控制、安全氣囊等乘客安全裝置、氣溫控制、燈光等。這些處理器透過多級CAN總線互連和通信，接收驅(qū)動器發(fā)出的命令，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給儀器設(shè)備?？煽啃缘脑鰪?qiáng)、成本的降低、重量和空間的節(jié)省都源自對每個組件的簡單饋電和差分CAN線對代替復(fù)雜布線機(jī)制的結(jié)果。
總線上的每個CAN組件都分配有一個軟件賦值的ID?？偩€在邏輯上等效于線與功能，可以被任意一個試圖發(fā)送數(shù)據(jù)的組件拉低。發(fā)送時脈是由發(fā)送組件產(chǎn)生的，因此所有接收組件必須重建時脈和數(shù)據(jù)位。組件之間傳送的數(shù)據(jù)遵循標(biāo)準(zhǔn)的CAN訊框格式，其中包括目的組件ID、控制和數(shù)據(jù)訊息負(fù)荷以及CRC。最終指定的接收器將把總線拉低以確認(rèn)收到一個完整的、CRC正確的訊框，然后釋放總線使之回到空閑狀態(tài)。每個試圖發(fā)送的組件在發(fā)送之前首先要檢查總線是否處于空閑狀態(tài)。如果出現(xiàn)多個組件試圖同時發(fā)送的情況，并且總線上數(shù)據(jù)出錯時它們必須相互偵聽，先后退一段時間然后再嘗試發(fā)送。CAN的執(zhí)行速度可達(dá)1Mbps，該總線簡單且高效，極具強(qiáng)韌性，可以滿足汽車工業(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(biāo)準(zhǔn)，允許用戶例化與待測設(shè)計(DUT)具有收發(fā)關(guān)系的不同CAN組件。
應(yīng)用層測試時采用的eVC可以建構(gòu)預(yù)先確定的CAN訊框數(shù)據(jù)，然后根據(jù)預(yù)先確定的響應(yīng)監(jiān)視特定結(jié)果。YOGITECH eVC可以建構(gòu)任何類型的訊框序列。因此測試人員可以定義完整的循環(huán)，以用于所有可能應(yīng)用相關(guān)總線環(huán)境下的CAN組件訓(xùn)練器。用戶可以瀏覽高度仿真執(zhí)行期間收集到的數(shù)據(jù)，或者仿真裝置一直自由執(zhí)行直到它捕捉到錯誤狀態(tài)。CAN eVC能夠在從訊框到時間量分辨率范圍內(nèi)的不同抽象層檢查收集到的數(shù)據(jù)。Specman Elite的數(shù)據(jù)瀏覽器提供了跨越各個抽象層的導(dǎo)航功能。
然而，YOGITECH的CAN eVC遠(yuǎn)不止提供功能和協(xié)議測試，它還能完全控制訊框和位時序，并仿真公共CAN總線噪音和其它干擾。在硅芯片投產(chǎn)之前，測試電路在這些額外條件下的響應(yīng)顯得特別有用，可以很快顯示設(shè)計中的任何強(qiáng)韌性欠缺。更重要的是，這種系統(tǒng)知識融合進(jìn)了eVC程序代碼中，可以供其它設(shè)計師在后序項目中繼續(xù)使用。
可以被YOGITECH eVC仿真的CAN總線活動和狀態(tài)有：
- 數(shù)據(jù)和REMOTE訊框
- 錯誤的產(chǎn)生和處理
- 過載的隨機(jī)產(chǎn)生和處理
- 多個CAN代理可以用不同行為實例化
- 確認(rèn)處理
- 總線監(jiān)視
- DUT錯誤計數(shù)器追蹤
- 時脈飄移和同步
- 發(fā)送時增加抖動
- 噪音注入(見下文)
- 在訊框中注入錯誤
- 不良CRC
- 遠(yuǎn)程響應(yīng)的產(chǎn)生
- 產(chǎn)生每個都含CAN復(fù)訊框的序列
- 總線業(yè)務(wù)的覆蓋
- 透過記錄和追蹤機(jī)制報告總線狀態(tài)
- 數(shù)據(jù)一致性和協(xié)議時序的自動自檢
- 特殊訊框的處理，如喚醒
- 總線仲裁，也就是多個組件發(fā)送引起的沖突
總線噪音：CAN總線仿真器建構(gòu)于能夠生成噪音位的更高頻率仿真，因此數(shù)據(jù)樣本的測試在接收端進(jìn)行CAN組件應(yīng)該可以解決這些類型的錯誤，必要的話可進(jìn)行重傳直至成功。同時它們在重傳時不應(yīng)由于故障或冗余設(shè)計造成總線阻塞，而且在硅芯片投產(chǎn)前必須對這些情況加以確認(rèn)。
YOGITECH eVC設(shè)計人員可以確保他們的eVC能夠?qū)λ屯鵇UT和來自DUT的位時序提供嚴(yán)格控制，結(jié)果eVC應(yīng)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。雖然引擎工作時能夠提供足夠的功率，但節(jié)省電力在汽車設(shè)計中仍占非常重要的地位。當(dāng)汽車停開一周時很容易耗光電池電量，因此CAN組件設(shè)計師和測試人員應(yīng)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(shè)計人員對他們的系統(tǒng)功能進(jìn)行嚴(yán)格建模，并預(yù)測和驗證DUT的行為。最大的驗證挑戰(zhàn)之一是對CAN控制器系統(tǒng)側(cè)的建模。大多數(shù)已有的CAN控制器都具有豐富的包括中斷標(biāo)志在內(nèi)的配置和狀態(tài)位，因此很難預(yù)測組件的行為。此時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(biāo)志之類的大量建模行為，并提供全面的總線狀態(tài)報告以及DUT正確仲裁、確認(rèn)和報告錯誤的能力。
此外，使用Specman Elite擴(kuò)展性能可以使eVC很容易滿足用戶特殊的驗證需求。在可維護(hù)方面，這些擴(kuò)展特性不具有擴(kuò)散性，因此能夠確保eVC的作業(yè)穩(wěn)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(tǒng)的C語言模型強(qiáng)很多。
汽車系統(tǒng)驗證小組可以采用這些技術(shù)在實際環(huán)境中開發(fā)和除錯CAN總線作業(yè)的模型，并透過再使用eVC在各項目間分享這些經(jīng)驗。在CAN總線受到高壓電線產(chǎn)生的干擾時，引擎管理系統(tǒng)必須不發(fā)生故障，因此在引擎管理系統(tǒng)的開發(fā)中這種能力是無價的。即使這種問題在現(xiàn)場還是出現(xiàn)了，這些問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、氣囊等更重要的問題，經(jīng)驗顯示：如果現(xiàn)場沒有發(fā)現(xiàn)的潛在設(shè)計缺陷就可能需要付出數(shù)百萬的代價!這就是目前汽車工業(yè)有必要進(jìn)行嚴(yán)格驗證的嚴(yán)峻形勢。
另外一個重要功能是方便重新設(shè)計，這是因為現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)問題時需要在設(shè)計實驗室進(jìn)行建模。這種故障情形通常很難用標(biāo)準(zhǔn)測試平臺或C模型進(jìn)行再現(xiàn)，因為它們包含復(fù)雜的極端案例。
通常來自現(xiàn)場的報告只提供了故障的粗略描述，設(shè)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。透過使用Specman Elite和YOGITECK eVC，設(shè)計師可以快速擴(kuò)展明確的仿真領(lǐng)域，從而能夠完整檢查和理解像所有CAN組件同時存取總線時造成總線不明原因死鎖之類條件下的行為。
最后，針對CAN協(xié)議各個方面的整合，功能覆蓋定義提供了實際驗證狀態(tài)的詳細(xì)報告。根據(jù)Specman Elite的功能覆蓋引擎，設(shè)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(dāng)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(tǒng)CAN存在的問題之一是延遲，這是因為如果總線已經(jīng)處于忙狀態(tài)，那么組件在發(fā)送之前會產(chǎn)生不可預(yù)測的時延。業(yè)界已開發(fā)出一種被稱為時間觸發(fā)的CAN或TTCAN的新型總線，這種總線的頻寬是預(yù)先在時分再使用時隙內(nèi)給組件分配好的。YOGITECH將很快推出適合這種類型總線的eVC。
現(xiàn)代汽車將透過使用更多的整合復(fù)雜度更高的電子組件提供更好的舒適性、成本效益和功能。在各種汽車模型間整合所有這些系統(tǒng)將導(dǎo)致成百個CAN組件的組合。為了確保消費者享受完美的系統(tǒng)，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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