一種車用CAN總線測試平臺的研發(fā)與應用
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CANoe 是進行CAN 通訊網絡監(jiān)測和分析的工具,同時具有強大的系統(tǒng)仿真功能。CANoe 可以建立系統(tǒng)的仿真結構與節(jié)點、消息及信號的數(shù)據(jù)庫,通過采用其編程語言CAPL 可以進行節(jié)點仿真,對總線上的數(shù)據(jù)能進行動態(tài)的跟蹤并能顯示統(tǒng)計信息。它能夠測量的總線數(shù)據(jù)有:總線負載,峰值負載,總線的各種幀數(shù)據(jù)和幀數(shù)統(tǒng)計,在PC 上消息發(fā)送與接收延時。
波形的質量決定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?所以要對CAN 總線的物理層進行評價,評價傳輸介質、總線CAN 收發(fā)器、終端電阻的分布影響。CANscope 網絡示波器就是CAN 物理層分析工具。它通過串行總線與PC 相連,記錄模塊能數(shù)字化CAN 總線上的消息并儲存以便采用軟件進行分析,前觸發(fā)模式可以捕捉一幀CAN 消息或一個錯誤幀的前后相鄰數(shù)據(jù)。分析軟件顯示總線電壓值、差分電壓值及填充位隨時間的變化。在跟蹤窗口中可以顯示CAN 消息幀、消息幀的各個組成部分以及錯誤幀。
CAN 網絡具有很強的錯誤處理能力,當網絡中的節(jié)點遭受嚴重干擾時,它能自動脫離總線,從而不會影響整個網絡的信息交互。ISO11519-2 規(guī)定了CAN 總線對于節(jié)點失靈的容錯能力,因此要根據(jù)要求測量CAN 網絡對于干擾或者節(jié)點失靈情況的容錯能力。為了測試在受到干擾或者節(jié)點失靈的情況下網絡是否還能正常工作,CANstress 模擬總線干擾工具可以直接聯(lián)入CAN 總線上,通過軟件控制,可以模擬出各種不同的干擾和失靈情況,以便觀察網絡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(jié)點上發(fā)送的消息來測試網絡的抗干擾能力。另一種方式是設置外部設備來模擬發(fā)生故障的節(jié)點。
應用該平臺可對系統(tǒng)的通訊能力進行評估,可測試系統(tǒng)的各項指標,如總線負載、峰值負載、總線的各種幀數(shù)據(jù)和幀數(shù)統(tǒng)計、發(fā)送延遲、錯誤統(tǒng)計、MCU 的通訊負載分析及各種干擾對總線的影響等。同時可對CAN 總線的物理層和網絡拓撲結構進行評價與優(yōu)化,評價傳輸介質、總線CAN 收發(fā)器、終端電阻的分布影響。
下面是幾個對單個ECU 通訊功能、系統(tǒng)的網絡拓撲結構以及通訊介質選擇的測試實例。通過測試,可以進一步改進整個網絡系統(tǒng)的性能。
(1) 單個ECU 通訊部分實時性的對比測試
該測試的目的是觀察相關軟件功能對消息延時的影響,圖2 所示為消息發(fā)送周期軟件修改前后對比圖。通過測試發(fā)現(xiàn)某條消息的延時比較大,通過軟件進一步優(yōu)化可以消除延時現(xiàn)象。
(2) 不同網絡拓撲結構的對比測試
利用該系統(tǒng)可測試比較不同拓撲結構時總線的抗干擾能力,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系統(tǒng)的抗干擾能力有很大影響,在實際系統(tǒng)中應注意它的分布位置。
(3) 通訊介質選擇不當?shù)男盘杺鬏敳ㄐ?P> 通訊介質的選擇對總線系統(tǒng)的通訊是至關重要的。圖4 所示為一種通訊介質的物理層信號圖,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(tǒng)時,應選擇好通訊介質。
結束語
隨著CAN 總線在汽車中的使用,分布式實時系統(tǒng)在汽車中的應用越來越多。在分布式實時系統(tǒng)中,網絡的實時性直接影響到系統(tǒng)的實時性,而網絡的實時性主要由網絡性質、信息流量以及系統(tǒng)中各節(jié)點對網絡信息的響應速度決定。當系統(tǒng)的網絡性質和信息流量基本確定之后,與網絡實時性直接相關的是各節(jié)點對網絡信息的響應速度。而目前常用的CAN 總線測試系統(tǒng)都不具備此測試功能,當它們用于分布式實時系統(tǒng)網絡測試時,很難涉及網絡的實時性。在研發(fā)總線測試平臺時,考慮到整個系統(tǒng)的特點,提出網絡在環(huán)設計方法,將網絡的實時性作為整個測試系統(tǒng)實時性的一個重要因素貫穿于整個設計、分析和測試過程。該CAN 總線實時仿真測試平臺為研究制定我國自己的電動汽車通訊協(xié)議和測試、評價CAN 總線通訊網絡性能奠定了很好的基礎,同時它可用于車用CAN 總線相關技術的研發(fā)。對于不同性能的CPU ,整個測試系統(tǒng)的性能會有較大的差別,為此,目前正在開發(fā)更高性能CPU 為核心的測試系統(tǒng),以滿足日益發(fā)展的整車控制系統(tǒng)的需要。
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