CAN总线系统测试技术

2011-12-31 09:08:53来源: 互联网

引 言

        随着汽车电子技术的发展,汽车上所用的电控单元不断增多,电控单元之间信息交换的需求促进了车用总线技术的发展。CAN总线即控制器局域网总线,由Bosch公司于1981年制定,主要目的为用作汽车的高速动力总线、中速车身总线等。由于CAN总线具有可靠性高、实时性好、成本合理等优点,逐渐被广泛应用于其他领域中,例如船舶、航天、工业测控、工业自动化、电力系统、楼宇监控等,成为了广泛使用的现场总线之一。基于CAN总线协议,还发展出CANopen、J1939、DeviceNet等多种上层总线协议。

        CAN是一种开放式多主站线性结构的总线,使用双绞线作为连接介质连接所有节点,最高传输速率为1Mbit/s。 CAN总线使用载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)技术这种非破坏性的总线仲裁方式,避免多个节点同时开始发送消息而造成总线冲突,保证优先级高的报文能够优先发送而不需要额外的时间开销。CAN协议不对节点进行地址规定,而是使用报文的标识符来指定报文的优先级以及报文的内容。同时,CAN总线协议提供了完善的错误检测与错误处理机制,包括了CRC检测、错误报文自动重发、错误状态判断、临时错误自动恢复、永久错误自动错误节点等措施,从而很好的保证了系统数据一致性。


                                                                                            图1 系统开发流程

1 CAN总线开发流程[3]

        随着CAN总线技术应用在国内各个行业中广泛使用,CAN总线开发流程及开发方法也日益成为关注的重点。目前,基于开发-验证思想的V型开发流程被广泛用于CAN总线的开发过程中,如图1所示。

        OEM厂商首先定义CAN总线系统需求,并进行系统构架设计,然后由供应商根据OEM厂商提出的需求,分析节点 ECU的需求并进行节点设计,再进行软硬件实现以及节点ECU集成,最后对ECU进行测试验证。供应商将所设计的节点ECU提供给OEM厂商,由OEM厂商进行CAN总线系统的集成,并对系统进行确认,才能形成最终的产品。

        在V开发流程中,测试始终贯彻着整个开发流程,以在开发过程中能尽早的发现设计问题。供应商在节点ECU开发的最后阶段,需要对所开发的ECU进行验证,检查所开发的产品是否符合所需的设计规范,即“是否正确的做了产品”。而OEM厂商在获得供应商提供的各个节点 ECU后,进行系统集成,需要对CAN总线系统进行确认,检查是否符合原始的需求,即“是否设计了正确的产品”。

        因此,无论对于供应商开发单节点ECU还是OEM厂商对整个系统进行集成,都需要对节点以及总线系统进行CAN总线测试,以完成验证与确认的工作。

2 CAN总线测试

        CAN总线测试内容可以分为单节点测试和总线系统集成测试两部分。在每个节点连接到CAN总线网络之前都需要进行单节点测试,用以确定节点工作正确并且不会干扰总线的正常通讯。总线系统集成测试则是将各个节点都连接形成完整的CAN总线系统,对系统进行测试以验证系统运行的完整性及正确性、系统的通讯鲁棒性、电器鲁棒性以及系统的容错自恢复功能等。

        进行CAN总线测试过程,首先需要制定测试规范,然后根据该测试规范编写测试案例,构建测试环境,并进行测试实现,最终将测试所得的数据进行分析,形成测试报告。

2.1 CAN总线测试规范

        由于CAN总线基本协议的灵活性,目前并没有一个统一的完整覆盖CAN总线各个通讯层次的测试规范,而作为CAN总线技术使用最广泛的汽车行业,各个汽车厂商也只是自行定义其轿车CAN总线协议,并根据该协议制定各自的测试规范。

        因此制定CAN总线的测试规范,必须从相关的设计需求和规范文档中提取测试需求,这些文档可以包括CAN协议、总线系统设计时所依据的标准或协议(例如ISO11898或J1939)、系统设计的需求、系统的诊断协议、以及其他行业性通讯规范。根据所提取的测试需要,将各个需求点对应为测试案例组。

        将每组测试案例组在各测试节点上的实施称为测试案例。每个测试案例根据测试实现的过程,细分为一系列的测试步骤。对于每个测试案例,在测试结束时,都会存在一个测试结果,用以确定测试案例所对应的节点是否通过该测试需求点的测试。每个测试案例中,除了包含测试步骤的内容外,还包括了测试条件和测试环境两部分内容。测试条件是测试案例实施之前,被测单元所需要具备的条件,例如系统已经处于正常通讯等。而测试环境则是测试过程中,需要提供给被测单元的外部环境,例如供电电压、信号线的连接情况等。

2.2 CAN总线测试内容

        CAN总线测试内容可以按照通讯层次划分为物理层测试、数据链路层测试、应用层测试等内容。

        物理层测试主要目的是验证节点及系统在电路设计、物理电平特性等方面的性能,这是保证节点能够正确连接入总线的基础。测试主要包括了节点的电阻电容特性、节点差分电阻、总线终端电阻、CAN线上的物理电平特性等方面。

        数据链路层测试则包括了位定时测试、采样点测试、SJW测试等内容,该测试内容主要用以保证各个节点的通讯参数能够保持一致性,所组成的网络能够正常有效的工作。

        应用层测试则包括了上层应用层协议的测试、网络管理功能的测试以及故障诊断测试等方面的内容。其包括的内容可以是:数据库使用正确性测试、通讯周期准确性测试、节点休眠唤醒功能测试、网络管理功能测试、网关测试、错误帧频率测试、电压影响测试、总线物理故障测试、节点故障自恢复能力测试、通讯失败的故障诊断功能测试等内容。由于CAN总线使用背景的不同,其应用层的内容也有很大差别,因此应用层测试的内容也存在较大差异,需要根据项目的设计需求以及设计文档仔细制定应用层测试的内容。值得注意的是,对于CAN总线网络测试,其应用层测试一般不涉及功能测试的范围,功能测试一般属于ECU测试的范畴。

2.3 CAN总线测试方法

图2所示为基于Vector公司提供的CAN总线测试工具所组建的CAN总线测试系统。

                                                                                 图2 CAN总线测试系统

        在系统中被测单元与模拟被测单元应用背景的仿真器相连,通过仿真器可以模拟出被测单元在真实应用中的运行环境。而被测系统的CAN线则通过CAN硬件接口连接到测试软件CANoe上,CANoe还可通过IO接口电缆IOcab获取被测单元的IO信号。

        被测单元的供电则由供电系统提供给仿真器,再由仿真器提供给被测系统,与真实系统的供电模式相同。CANoe软件可以通过其接口来控制供电系统,从而可以方便的改变被测单元的供电电压,实现CAN总线测试环境。

        测试过程中,使用Vector公司提供的干扰仪CANstress,以制造出测试所需的干扰信号以及总线故障等测试环境。而系统中所连接的网络示波器CANscope可以在物理层测试中捕捉CAN总线的物理信号。

        在测试过程中,Vector提供的测试软件CANoe可以观测总线通讯的报文以及信号,并检测总线的错误帧、总线负载率等信息。另外,CANoe还提供了测试软件包,能够使用扩展的编程功能编写测试流程,控制CANstresss、CANscope等工具,并支持 XML编写的测试脚本,实现自动化测试流程,将测试结果自动生成XML和HTML测试报告。

3 CAN网络测试案例

        根据上述的CAN网络测试系统,进行了物理层的采样点测试。测试结果如图3所示。

        图3 (a)所示为被测单元正常通讯情况下,使用CANscope捕捉到数据场第一个隐性位。使用CANstress将该位75%后干扰为显性电平,使用 CANscope捕捉总线报文,没有出现错误帧,如图3(b)所示。同样条件下,将该位68.75%后的电平干扰为显性位,使用CANscope捕捉总线报文,出现了错误帧,如图3(c)所示。由此可以得出结论,被测单元的采样率为75%。



(a)无干扰情况下的位电平

(b)干扰电平在75%后-无错误帧

(c)干扰电平在68.75%后-有错误帧

图3 采样点测试

        图4所示为应用层测试中,CAN-H线与电源短路测试的测试结果。图4(a)所示为使用CANstress将 CAN-H线设置为与电源短路。图4(b)所示为CANoe在该测试过程中总线的通讯情况,在被测条件下总线没有出现错误帧。使用CANscope观测,由于CAN-H与电源短路,CAN-H电平表现为恒高,而差分电平信号仍足够保证CAN总线的正常通讯,因此没有出现错误帧。



(a)CANstress设置CAN-H与电源断路



(b)CANoe检测网络无错误帧



(c)CANscope观测总线电平情况

图4 CAN-H与电源断路情况下的系统通讯测试

4 总结

        随着CAN总线在国内应用的日益广泛,CAN总线测试技术将越发重要。CAN总线测试规范是CAN 总线测试的核心,需要根据相关的CAN协议规范以及CAN总线设计需求进行制定。另外,在缺乏统一测试规范以及参考资料的条件下,还需要在CAN总线开发过程中积累经验,逐步制定并完善CAN总线的测试规范。国外先进的CAN总线设计及测试工具也可以促进CAN总线测试能力迅速形成。

关键字:CAN总线

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/1231/article_4323.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
CAN总线

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved