基于Vector工具鏈的CAN總線自動化測試

周 琪（東華大學旭日學院，上海 201620）

基于Vector工具鏈的CAN總線自動化測試

周 琪
（東華大學旭日學院，上海 201620）

CLC NO.: U467.3 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)10-110-04

引言

隨著機載電子系統功能和復雜性的提高，大量的數據信息需要傳輸，并得到及時的處理，以往所采用的點對點式的通信方式已不能滿足系統實時性的要求，同時也導致了布線的復雜性，增加了飛機的重量。總線技術的出現更好地解決了節點越多，傳輸效率越低的問題。它不僅便于合理配置系統資源，優化系統設計，提供系統備份冗余通道，而且也使得飛機上的布線簡單，減輕了飛機的重量。

CAN總線是20世紀80年代初德國Bosch公司為解決現代汽車中眾多控制與測試儀器之間的數據交換而開發的一種串行通信協議。從20世紀90年代到現在，CAN總線技術高性能和可靠性得到認可后，應用范圍也逐漸擴展到控制、機械、紡織等行業。隨著CAN總線相關技術的日趨成熟，以及車載平臺與機載平臺在某些方面的相似性,其在航空領域的應用逐漸得到重視，近年來國外的主要飛機制造商已經開始把CAN總線應用到飛機上，使飛機產品在性能改進的同時具有更高的經濟性。

本文詳細采用Vector工具鏈中的設備基于CAPL語言開發了一套CAN總線自動化測試系統，幫助開發人員和測試人員盡可能準確地定位故障，提出優化改進的方法和措施，從而提高開發效率。

1、CAN總線測試用例

CAN總線是一種開放式多主機線性結構的總線，采用非破壞性的載波偵聽多路訪問/沖突檢測（CSMA/CD）的總線仲裁方式，避免多個節點同時發送消息而造成總線沖突，保證優先級高的報文能夠優先發送。Vector工具鏈提供了完善的錯誤模擬、檢測與錯誤處理機制，包括錯誤報文自動重發、錯誤狀態判斷、臨時錯誤自動恢復、永久錯誤自動關閉等措施，具有可靠性高、實時性好、成本合理等優點，逐漸被廣泛應用于汽車、航空等領域中。CAN總線測試內容可以按照通訊層次劃分為物理層測試、數據鏈路層測試和應用層測試等內容。本文主要就數據鏈路層和應用層進行了CAN總線自動化測試系統構建。

1.1 數據鏈路層測試

數據鏈路層測試內容則包括了采樣點測試、錯誤檢測與標定測試等內容，該測試主要是為了驗證各個節點的通訊參數的一致性來保證所組成的網絡能夠正常有效的工作。通過對CAN總線數據報文進行干擾來測試CAN系統在信號干擾和失效的情況下能否穩定工作。

1.2 應用層測試

應用層測試則包括了應用層協議的測試、網絡管理功能的測試以及故障診斷測試等方面。其包括的內容:接收數據一致性測試、通訊周期精度測試、節點休眠喚醒功能測試、網絡管理功能測試、網關測試、錯誤幀頻率測試、電壓影響測試、總線物理故障測試、節點故障自恢復能力測試、通訊失敗的故障診斷功能測試等內容。根據CAN總線使用背景的不同，應用層測試的內容也存在較大差異，需要根據項目的設計需求以及設計文檔仔細制定應用層測試的內容。測試用例示例如下表所示。

表1

2、測試平臺硬件構建

測試平臺的硬件構成以德國Vector公司的總線測試工具為核心，主要包括CAN總線仿真軟件CANoe、CAN總線示波器CANscope、CAN總線干擾儀CANStress、穩壓電源等工具設備。CAN總線測試平臺硬件框架圖如圖1所示。

3、測試平臺軟件開發

測試程序的開發以自動化測試為目標，主要包括測試程序腳本和人機交互接口(HMI)兩部分。程序開發工具主要基于CAN網絡測試軟件CANoe。該軟件集成了測試編程語言CAPL(CAN access programminglanguage)和人機交互界面設計Panel Editor等多項工具的集成化CAN總線測試工具。CAPL是一種和c語言類似的編程語言，用它可以對每一個虛擬的控制系統進行編程。CAPL語言程序是基于事件觸發的程序，可由總線事件、鍵盤事件或時間事件實現觸發功能。同時，在CANoe中集成了大量可以由CAPL語言直接調用的用于控制CAN網絡的系統函數，為整個測試功能的實現提供了極大的便捷性。本測試系統的測試程序腳本，主要通過CAPL語言編程實現。

3.1 測試面板設計

人機交互界面設計工具Panel Editor集成了諸如開關、車窗、儀表盤、點火開關、門鎖和按鈕等大量的圖形控件，它以環境變量為媒介，將圖形控件與對應的信號及變量相鏈接，實現了形象化的圖形界面。圖2描述的是測試程序控制界面。測試程序的運行集成于CANoe軟件，它運行于PC機，通過CAN總線通信模塊CANcaseXL與CAN總線實現物理通信。

3.2 建立數據庫

CANdb是集成在CANoe中的數據庫編輯軟件，由它創建的CAN網絡庫文件又稱為DBC文件。在創建DBC文件時，需要將網絡應用層所定義的參數按照從高到低的層次依次輸入數據庫中，即從創建網絡節點開始，根據網絡應用層定義的節點信息創建各節點，再在各個節點下創建屬于該節點的報文，同時明確該節點需要接收的報文和信號；最后在每條報文下創建屬于該報文的信號內容。編碼格式和換算公式——根據換算公式，可將實際的物理值信號換算成適于計算機辨認和發送的十六進制值信號值，便于網絡間的傳輸。

另外，還需定義與各節點相關的環境變量，將其作為該節點的信號輸入設備或信號輸出設備。信號輸入設備例如傳感器、開關、按鈕等，信號輸出設備例如執行器、燈光、顯示屏等。

數據庫建完后將其導入到CANoe軟件中，實現CANoe網絡架構的搭建。

3.3 編寫CAPL語言程序

按照測試用例，結合操作界面，我們利用CAPL語言編制了數據鏈路層、應用層協議以及總線物理故障的自動化測試程序。

3.3.1 數據鏈路層測試

數據鏈路層以采樣點測試為例，采樣點是讀總線電平并解釋各位值的一個時間點，是發送接收消息的時間基準。在實際的系統設計中，無論發送節點還是接收節點均從位時間的同步段開始的。由于發送節點和接收節點之間存在網絡傳輸延遲以及物理接口延遲，發送節點發送后，接收節點延遲一段時間才能接收到，因此，發送節點和接收節點對應同一位的同步段起始時刻就有一定的時延，同時振蕩器時鐘頻率、總線波特率以及總線的最大傳輸距離等因素也會使得采樣點產生一定的漂移。因此對采樣點準確性的測試對 CAN 通信總線尤為重要，采樣點的測試例程如下：

testcase CheckSamplePoint()

{

int StartFlag=-1;

//設定報文ID

CANstressSetTriggerId (600);

//設定干擾模式和次數

CANstressSetLimitedDisturbanceNumber(1,3,1);

CANstressSetDisturbanceSequence("uuuuuuuuuuu111uu", 1);

ErrorCountFlag=0;

//開啟例程

StartFlag=CANstressStart();

if(StartFlag==0)

{

StartFlag=-1;

SetTimer(CANoeSendMsg,100);

CANstressWaitForFinished(5000);

CancelTimer(CANoeSendMsg);

CANstressStop();

}

else {TestStepFail("CANstress does't start");

return;}

if(ErrorCountFlag>=2)

{

ErrorCountFlag=0;

TestStepPass();

testreportaddwindowcapture("Trace","","Sample Point");

}

else

{

CANstressSetLimitedDisturbanceNumber(1,3,1);

CANstressSetDisturbanceSequence("uuuuuuuuuuu000uu", 1);

StartFlag=CANstressStart();

if(StartFlag==0)

{

StartFlag=-1;

SetTimer(CANoeSendMsg,100);

CANstressWaitForFinished(5000);

CancelTimer(CANoeSendMsg);

CANstressStop();

}

else {TestStepFail("CANstress does't start");

return;}

if(ErrorCountFlag>=2)

{

ErrorCountFlag=0;

TestStepPass();

testreportaddwindowcapture("Trace","","Sample Point");

}

else TestStepFail("SUT does't send error frame");

}

TestWaitForTimeOut(1000);

}

3.3.2 應用層協議測試

在現代航空電子系統中電子控制單元不斷增加的情況下，采用 CAN 總線方式的多路傳輸可以有效降低布線的復雜性和提高系統的可靠性。但由于軟件抖動、發送延遲等影響，要求對信號的傳輸周期精確度滿足一定的周期容差。

采用CAPL中ChkStart_NodeMsgsRelCycleTimeViolation、ChkStart_InconsistentTxDLC、ChkStart_Undefined MessageReceived、ChkStart_MsgSignalValueRangeViolation等語句分別進行報文周期、長度、有效性及信號有效性的測試。由于篇幅有限，不做一一介紹。

3.3.3 總線物理故障測試

由于飛機工作環境比較惡劣，溫度、空氣濕度以及振動對飛機電子設備的工作可靠性有著極大的影響，對電子設備的應用產生了較大的電磁干擾，況且飛機在飛行過程中也存在很多的不穩定因素。通過CANstress測試面板對物理層進行故障管理測試來檢查DUT故障發生過程中CAN總線通信狀態，并檢查該故障修復后DUT能否恢復CAN總線通信行為來保證CAN通信總線對干擾源的容錯能力及抗干擾能力，確保DUT通信安全可靠。主要對以下幾個方面進行總線物理故障測試，如表2所示。

表2

通過圖3的CANstress測試面板對物理層進行故障配置并保存，在CAPL中使用CANstressOpen語句打開配置好的CANstress文件，通過CANstressSetContinuousDisturbance UntilStop設置干擾模式，檢查DUT故障發生過程中CAN總線通信狀態，并檢查該故障修復后DUT能否恢復CAN總線通信行為來保證CAN通信總線對干擾源的容錯能力及抗干擾能力，確保飛機安全可靠的行駛。

4、結論

本文通過Vector工具鏈完成了CAN總線自動化測試系統的程序開發，在飛機CAN網絡的初始設計階段，可以使用該系統進行測試。給CAN總線網絡設計帶來極大的方便，能夠快速定位故障源來保證其安全性和可靠性，既能減少成本，又能避免設計的盲目性。

參考文獻

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使用維修

摘 要：CAN總線作為實現ECU節點間數據交互的主體，由于其總線長度、總線負載、終端電阻各不相同，可能導致無法針對實際工況進行優化。為了提高數據通信的可靠性，通過Vector工具鏈開發了一套自動化程度高、可靠性高、通用性強、開放性好的自動化測試系統，幫助開發人員和測試人員盡可能準確地定位故障，提出優化改進的方法和措施，從而提高開發效率。

關鍵詞：CAN總線；自動化測試；CAPL；Vector

10.16638/j.cnki.1671-7988.2015.10.040

CAN bus automatic test based on Vector tools

Zhou Qi
（Donghua university institute of the rising sun, Shanghai 201620 )

Abstract:As the main body of the data interaction between ECU nodes, CAN bus can be used to optimize the actual conditions due to the different bus length, bus load and terminal resistance. In order to improve the reliability of data communication, Vector tools has developed an automatic test system with high degree of automation, high reliability, high reliability, and good opening. It helps developers and testers as far as possible to accurately locate faults, put forward the optimization method and measures for improvement, so as to improve the development efficiency.

Keywords:CAN bus; automatic test; CAPL; Vector

作者簡介：周琪，工程碩士，就讀于東華大學旭日學院工業工程專業，現主要從事精益制造管理方面的研究。

中圖分類號：U467.3

文獻標識碼：A

文章編號：1671-7988(2015)10-110-04