车用CAN总线测试平台的研发与应用

CAN总线实时仿真测试平台的研发

CAN 总线测试平台拓扑结构如图1 所示,它由实时仿真节点、待测节点和运行在PC 上的相关软件组成。其中实时仿真节点由微处理器与PhilipsSJA100 CAN 控制器构成的真实结点,通过RS485 接收运行在PC 机上配置与监控软件发送的配置信息,仿真某一特定ECU 的通讯功能,定时向总线上发送特定的信息,从总线上接收信息,并上传其运行状态;待测节点为真实网络系统中的ECU 节点;在PC 机上运行一些相关的测试软件, 如: CANoe 、CANScope 以及仿真结点配置软件与监控软件。该测试平台可测试系统的各项指标,如总线负载、发送延迟、错误统计、MCU 的通讯负载分析及各种干扰对总线的影响等。

CANoe 是进行CAN 通讯网络监测和分析的工具,同时具有强大的系统仿真功能。CANoe 可以建立系统的仿真结构与节点、消息及信号的数据库,通过采用其编程语言CAPL 可以进行节点仿真,对总线上的数据能进行动态的跟踪并能显示统计信息。它能够测量的总线数据有:总线负载,峰值负载,总线的各种帧数据和帧数统计,在PC 上消息发送与接收延时。

波形的质量决定了数据传输的可靠性,所以要对CAN 总线的物理层进行评价,评价传输介质、总线CAN 收发器、终端电阻的分布影响。CANscope 网络示波器就是CAN 物理层分析工具。它通过串行总线与PC 相连,记录模块能数字化CAN 总线上的消息并储存以便采用软件进行分析,前触发模式可以捕捉一帧CAN 消息或一个错误帧的前后相邻数据。分析软件显示总线电压值、差分电压值及填充位随时间的变化。在跟踪窗口中可以显示CAN 消息帧、消息帧的各个组成部分以及错误帧。

CAN 网络具有很强的错误处理能力,当网络中的节点遭受严重干扰时,它能自动脱离总线,从而不会影响整个网络的信息交互。ISO11519-2 规定了CAN 总线对于节点失灵的容错能力,因此要根据要求测量CAN 网络对于干扰或者节点失灵情况的容错能力。为了测试在受到干扰或者节点失灵的情况下网络是否还能正常工作,CANstress 模拟总线干扰工具可以直接联入CAN 总线上,通过软件控制,可以模拟出各种不同的干扰和失灵情况,以便观察网络在干扰和失灵情况下的运行情况。它有两种工作方式,一种是破坏节点上发送的消息来测试网络的抗干扰能力。另一种方式是设置外部设备来模拟发生故障的节点。

CAN总线实时仿真测试平台的应用

应用该平台可对系统的通讯能力进行评估,可测试系统的各项指标,如总线负载、峰值负载、总线的各种帧数据和帧数统计、发送延迟、错误统计、MCU 的通讯负载分析及各种干扰对总线的影响等。同时可对CAN 总线的物理层和网络拓扑结构进行评价与优化,评价传输介质、总线CAN 收发器、终端电阻的分布影响。

下面是几个对单个ECU 通讯功能、系统的网络拓扑结构以及通讯介质选择的测试实例。通过测试,可以进一步改进整个网络系统的性能。

(1) 单个ECU 通讯部分实时性的对比测试
该测试的目的是观察相关软件功能对消息延时的影响,图2 所示为消息发送周期软件修改前后对比图。通过测试发现某条消息的延时比较大,通过软件进一步优化可以消除延时现象。

(2) 不同网络拓扑结构的对比测试
利用该系统可测试比较不同拓扑结构时总线的抗干扰能力,图3 所示为终端电阻位置改变信号传输波形对比图。由图可看出终端电阻位置的不同对总线系统的抗干扰能力有很大影响,在实际系统中应注意它的分布位置。

(3) 通讯介质选择不当的信号传输波形
通讯介质的选择对总线系统的通讯是至关重要的。图4 所示为一种通讯介质的物理层信号图,与图3 中终端电阻调整后的物理层信号图相比,抗干扰能力明显降低。因此,在设计系统时,应选择好通讯介质。


结束语

随着CAN 总线在汽车中的使用,分布式实时系统在汽车中的应用越来越多。在分布式实时系统中,网络的实时性直接影响到系统的实时性,而网络的实时性主要由网络性质、信息流量以及系统中各节点对网络信息的响应速度决定。当系统的网络性质和信息流量基本确定之后,与网络实时性直接相关的是各节点对网络信息的响应速度。而目前常用的CAN 总线测试系统都不具备此测试功能,当它们用于分布式实时系统网络测试时,很难涉及网络的实时性。在研发总线测试平台时,考虑到整个系统的特点,提出网络在环设计方法,将网络的实时性作为整个测试系统实时性的一个重要因素贯穿于整个设计、分析和测试过程。该CAN 总线实时仿真测试平台为研究制定我国自己的电动汽车通讯协议和测试、评价CAN 总线通讯网络性能奠定了很好的基础,同时它可用于车用CAN 总线相关技术的研发。对于不同性能的CPU ,整个测试系统的性能