基于CAN總線的車用網絡測試技術案例探析

王 欣，董 立

（沈陽理工大學裝備工程學院，遼寧 沈陽 110168）

自上世紀90年代以來，有數種現場總線技術已經逐漸發展成熟，并在一些特定的應用領域顯示了自己的影響和優勢[1～3]。它們是：可尋址遠程變換器數據鏈路（HART），控制器局部網（CAN），局部操作網絡（LON），過程現場總線（PROFIBUS）和基金會現場總線（FF）。這些現場總線各具特色，對于現場總線技術的發展，發揮著各自的重要作用。

CAN總線是最早出現的現場總線之一。20世紀80年代Bosch公司為解決汽車系統中各個電子單元之間的通信問題，開發了CAN總線標準。這種串行總線用2根或1根電線把汽車里的各個電子設備連接起來，相互可以傳遞信息。采用CAN總線，避免了電子模塊間大量繁復的連線，比如儀表板上車速、發動機轉速、油量和發動機溫度的指示，就不需要連接不同的線纜到對應的傳感器，而只需要接入CAN總線，就可以從總線上獲取相應信息。

本文介紹了某車用網絡測試系統的CAN總線測試技術、測試工具及案例。圖1為某車用網絡測試系統的電控系統開發流程。

圖1 車用網絡測試系統的電控系統開發流程

1 CAN總線測試技術

該車用網絡測試系統CAN總線網絡測試的范圍如下：

1.1 網絡測試作用

（1）確定網絡運行的完整性與正確性；

（2）確定網絡運行的魯棒性；

（3）網絡測試包括性能測試、診斷測試。

網絡測試一般不覆蓋ECU的功能測試。

1.2 測試目的

（1）通訊魯棒性；

（2）網絡通訊是否正常；

（3）電氣魯棒性。

（4）在電氣不正常條件下網絡是否能夠正常工作；

（5）網絡容錯能力；

（6）網絡能否從故障狀態下自動恢復。

2 測試工具及案例分析

Vector網絡測試工具有：CANoe，CANStress，CANScope。其作用分別為：

CANoe——激勵總線/ECU，分析網絡通訊情況，仿真網絡及追蹤通訊錯誤情況；

CANStress——制造總線錯誤及產生預定的干擾狀態；

CANScope——基于錯誤幀/數據幀觸發，從物理信號級別來評估總線錯誤及記錄多次結果以比較并評估。

2.1 CANoe特性

（1）Basic Feature Set：分析與測試；

（2）記錄報文、信號；

（3）統計功能和總線統計功能；

（4）Basic Feature Set：仿真與激勵；

（5）CAPL編程能力；

（6）可以產生報文并重放；

（7）Diagnostics Feature Set；

（8）Test Feature Set；

（9）可以使用CAPL編寫測試流程；

（10）使用 XML編寫測試腳本；11）自動生成 XML和HTML格式的測試報告。

2.2 CANstress特性

（1）CAN總線錯誤處理測試；

（2）再現ECU的故障；

（3）測試ECU對物理干擾的魯棒性；

（4）測試ECU對協議錯誤的反應；

（5）分析CAN控制器的魯棒性；

（6）在采樣點干擾CAN信號；

（7）提供數字干擾和模擬干擾；

（8）從CAN協議層次施加干擾位、cycle time；

（9）從CAN物理層次施加干擾——短路、電阻、電容；

（10）故障重現；

（11）在CANoe中提供了CAPL函數接口。

2.3 CANscope特性

（1）記錄并評估CAN總線信號電平；

（2）分析物理級別和邏輯級別的CAN總線；

（3）可以充當示波器，也可跟蹤報文；

（4）從位的級別分析報文；

（5）可以追蹤錯誤的報文的出錯信息；

（6）使用眼圖(Eye diagram)以評價CAN總線信號的質量；

（7）提供各種觸發條件；

（8）提供各種觸發條件以方便總線分析；

（9）在線和離線測試；

（10）在CANoe中提供了CAPL函數接口。

2.4 CANstress和CANscope的聯合使用

（1）測試分析CAN物理層(PL)；

（2）測試物理層故障情況下的網絡/ECU；

（3）測試協議層位錯誤情況下的網絡/EC；

（4）追蹤總線質量，如終端電阻、故障模式等；

（5）在測試環境/測試車輛上方便的使用離線模式；

（6）與CANoe形成完整的Vector測試工具鏈，易于學習。

3 采樣點測試實例(物理層)

測試目的為測量節點的采樣點Sample Point，以確定節點的采樣點是否處于合理的范圍內。采用的測試工具為CANstress和CANscope，被測環境為單節點測試。

測試時，將被測對象與CANscope和CANstress相連，選擇被測節點所發送的一個報文，然后使用CANstress干擾報文中數據場的第一個位，并使用CANscope眼圖觀測報文位信號。測試結果如圖2、圖3所示。

圖2 數據場第一個數據位（無干擾）

圖3 數據場第一個數據位（干擾75%）

4 結束語

鑒于CAN在現代汽車電子化進程中的重要作用，研究和開發自己的汽車網絡應用系統勢在必行。本文介紹的CAN總線測試技術、測試工具及案例對自主研制支持CAN規范的汽車電子產品，并使之盡快產業化具有積極意義。

[1]李棟梁.基于CAN總線的全數字式汽車儀表的應用研究[D].合肥：合肥工業大學，2005.

[2]李小明，孫澤昌，羅 峰.車身CAN網絡通信協議的制定及軟件實現[J].機械與電子，2006，(7)：18-20.

[3]魏學哲，孫澤昌，陳覺曉.汽車網絡分類方法及其主流協議發展趨勢[J].同濟大學報(自然科學版)，2004，32（6）：762-766.