基于“V開發模式”的汽車CAN網絡系統設計方法分析

張少宇，孫永鋒，倪麗

（安徽江淮汽車股份有限公司， 安徽 合肥 230601）

基于“V開發模式”的汽車CAN網絡系統設計方法分析

張少宇，孫永鋒，倪麗

（安徽江淮汽車股份有限公司， 安徽 合肥 230601）

本文介紹了基于“V開發模式”的汽車CAN網絡系統設計方法。該方法吸收了“V開發模式”的優點，將汽車CAN網絡系統設計過程和驗證過程有機的結合起來，提高了設計的效率和網絡系統的質量，是一種有效的汽車CAN網絡系統開發方法。

V開發模式；CAN網絡

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

前言

CAN(Controller Area Network)是控制器局域網的縮寫。1986年德國BOSCH公司開發出面向汽車的CAN 通信協議，此后，ISO和SAE組織對其進行了標準化，制定了基于CAN2.0規范的ISO 11898和SAE J1939標準，分別面向乘用車和商用車領域。CAN總線技術在汽車產業中的應用，不僅可以提高人們對安全性、舒適性和低成本的要求，而且有助于實現汽車產品快速升級換代的模塊化和智能化要求，還會使整車的故障檢測更方便，系統的穩定性更高。CAN總線技術以其眾多的優點成為汽車電子行業的主流技術。

V開發模式是一種面向客戶的開發模式，該模式可以減少設計的反復過程、縮短開發周期，節省成本，提升產品設計的質量，在汽車ECU開發領域得到了廣泛的應用。

本文將V開發模式應用于汽車CAN網絡系統設計的全過程，介紹了一種有效的CAN網絡系統的設計方法。

1、V開發模式

V開發模式是在快速應用開發 (RAD, Rap Application Development)模型基礎上演變而來，由于將整個開發過程構造成一個V字形而得名。該模式可以很大程度地縮短開發周期，節省成本，提高設計的質量，除廣泛應用于汽車ECU開發外，也已成功應用到航空、國防、醫療設備、工業過程控制等領域。

下面以汽車ECU開發為例，按照V開發模式圖橫向對應的先后環節順序，對V開發模式作簡單闡述。V開發模式的流程如圖1所示。

在V開發模式中，左邊是設計和分析，是軟件設計實現的過程；右邊是對設計的結果進行測試，是動態測試驗證過程。各個階段的對比分析如下：

需求分析和功能設計對應驗收測試

設計人員在做需求分析、產品功能設計的同時，測試人員可以審查需求分析的結果，從而了解產品的設計特性、用戶的真正需求，據此確定驗收目標，策劃測試活動。

系統設計對應系統測試

系統設計人員在做系統設計時，測試人員可以了解系統是如何實現的，基于什么樣的平臺，這樣可以設計系統的測試方案和測試計劃，并事先準備系統的測試環境，包括硬件和第三方軟件的采購。

詳細或程序設計對應功能測試

當設計人員在做詳細設計時，測試人員可以參與設計，對設計進行評審，找出設計的缺陷，同時設計功能測試用例，完善測試計劃，并基于這些測試用例開發測試腳本。

編程對應單元測試

在設計人員編程的同時，測試人員可以進行單元測試，盡快找出程序中的錯誤。充分的單元測試可以大幅度提高程序質量、減少成本。

從圖1上我們能清楚地看到，V開發模式強調開發的協作和速度，將開發實現和驗證有機地結合起來，在保證軟件質量情況下縮短開發周期。該模式能幫助我們建立一套更有效的、更具有可操作性的產品開發流程。

2、汽車CAN網絡系統設計

整車CAN網絡系統的開發通常經歷概念設計、工程設計和試制試驗三個階段。具體如下所示：

概念設計

此階段的工作首先是依據市場調研的結果，從整車、動力和工藝工程等領域進行可行性分析，明確整車網絡系統的開發需求；

在此基礎上，綜合考慮成本、擴展性、一致性和相關法規要求，策劃網絡系統設計方案，即整車網絡系統控制策略設計，形成網絡拓撲結構；

另外，還必須考慮供應商的開發能力，CAN 總線工程師要考察供應商的CAN網絡開發經驗、對網絡標準的理解程度、軟硬件開發經驗和網絡測試手段和經驗等。

工程設計

此階段的工作是的制定《網絡協議規范》、《診斷協議規范》和《網絡測試規范》等相應的規范，為供應商開發產品提供設計依據，引導其開發設計出符合要求的產品。

首先依據ISO 11898協議和SAE J1939協議制定《網絡協議規范》，內容涵蓋物理層、數據鏈路層和應用層；確定網絡系統的管理規范；

根據ISO11898等相關協議制定《診斷協議規范》；

在樣車試制前期，工程師需要根據《網絡協議規范》和《診斷協議規范》建立通信數據庫、診斷數據庫；編寫網絡測試的程序、編寫測試管理程序、建立網絡仿真模型，為樣件和樣車的測試做準備；制定節點、系統和實車的《網絡測試規范》、《診斷規范》。

試制試驗

這一階段覆蓋整個項目開發后期，主要對供應商開發的產品進行單元、系統集成功能測試和診斷測試，解決產品中存在的問題，確保產品正確設計，滿足可靠性和在線診斷的要求，具備量產條件。

3、V開發模式在江淮汽車CAN網絡系統開發中的應用分析

下面以江淮汽車CAN網絡系統開發為例，分析V開發模式在CAN網絡系統開發中的應用。江淮汽車產品研發體系分為5個階段，分別是產品規劃階段(PP)、產品策劃階段(PDP)、造型開發階段(SD)、設計開發階段(DD)和設計驗證階段(DV)。江淮汽車CAN網絡系統開發流程如圖4所示：

PP階段

市場人員進行市場需求收集、整理，設計人員從整車的角度進行可行性分析。根據可行性分析，進行產品定義，明確整車網絡系統的開發目標。

與此同時，測試人員可以審查產品可行性分析報告，了解產品的設計特性、用戶的真正需求，確定整車網絡系統的最終驗收目標。

PDP階段

基于開發目標、相關法規要求和《CAN網絡系統平臺規劃》，進行網絡系統方案設計構想，編制《網絡系統設計方案說明書》，確定網絡拓撲結構圖。

測試人員可以了解系統的實現方式，設計系統的測試計劃和方案，并準備系統的測試環境。

SD階段

設計人員參照ISO 11898和SAE J1939協議制定《網絡協議規范》，確定《網絡管理規范》，建立整車通信數據庫（整車信號列表和通信矩陣）。根據ISO 11898等相關協議制定《網絡系統診斷協議規范》，建立診斷數據庫。指導供應商進行網絡系統零部件開發。

在這一過程中，測試人員可以參與協議規范的制定，對規范進行評審，同時根據協議規范設計測試用例，基于測試用例開發測試腳本。

DD階段

供應商進行零部件軟硬件開發。在此期間CAN 總線工程師需要根據網絡協議制定節點、系統和實車的網絡測試規范；建立網絡仿真模型；編寫測試管理程序；制作DBC文件和CDD文件。并進行單元測試，協助開發人員查找程序中的錯誤，整改不合格項目，提高程序的質量。

DV階段

對供應商開發的產品進行功能驗證和診斷測試，確保產品正確設計。對設計合格的零部件進行系統集成測試，驗證系統的通信功能、在線診斷功能和容錯性能，評估網絡系統的可靠性、穩定性。

最后，由產品人員依據整車的驗收目標，對量產車輛進行驗收測試。

4、結束語

本文介紹的基于V模式的汽車CAN網絡系統開發方法，吸收V開發模式高效協作的優點，減少了從CAN網絡系統規劃、設計開發到實現、設計驗證各個環節的人為失誤，在最短的開發周期內以最低的成本完成CAN網絡系統的設計任務。基于V模式的汽車CAN網絡系統開發方法是一種有效的汽車CAN網絡系統開發管理方法，具有很高的使用價值。

[1] 李霞,孫永峰,藺春明.基于CAN總線的商用車網絡平臺化設計探究[J].專用汽車, 2013.08,82-85.

[2] 羅峰,孫澤昌.汽車CAN總線系統原理、設計與應用[M].電子工業出版社.

Research on Automobile Controller Area Network Design Based on V Development Model

Zhang Shaoyu, Sun Yongfeng, Ni Li
(Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601)

An automobile Controller Area Network design method based on V development model was given in this paper. According to this method, the design process of Controller Area Network and the verification procedure was implemented at the same time. This strategy can improve the design efficiency and quality effectively, thus, it's an effective design method.

V development mode; Controller Area Network

U462.1

A

1671-7988(2015)03--

張少宇，工程師，就職于安徽江淮汽車技術中心，從事電器設計工作，研究方向為車載網絡技術。