車(chē)載電控單元OSEK 網(wǎng)絡(luò)管理測(cè)試設(shè)備設(shè)計(jì)

朱 龍， 周 旋， 王 凱， 黃 帥

（徐州徐工汽車(chē)制造有限公司， 江蘇 徐州 221100）

1 前言

汽車(chē)技術(shù)在朝著電子化發(fā)展的過(guò)程中，車(chē)載ECU（Electronic Control Unit，電子控制單元） 的數(shù)量必然急劇增加。ECU通信過(guò)程中，為防止其他節(jié)點(diǎn)未在線或處于故障狀態(tài)而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的丟失，專門(mén)的網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)制隨之出現(xiàn)［1］。網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)制不僅能夠保證ECU間通信的穩(wěn)定，也可以作為休眠喚醒的管理機(jī)制，使ECU適時(shí)地進(jìn)入靜態(tài)功耗狀態(tài)［2］。

汽車(chē)軟件標(biāo)準(zhǔn)OESK/VDX規(guī)范提供了兩種網(wǎng)絡(luò)管理機(jī)制，直接網(wǎng)絡(luò)管理和間接網(wǎng)絡(luò)管理，統(tǒng)稱OSEK網(wǎng)絡(luò)管理。間接網(wǎng)絡(luò)管理基本沒(méi)有節(jié)點(diǎn)間的通信控制邏輯，而直接網(wǎng)絡(luò)管理涉及較為復(fù)雜的測(cè)試邏輯，因此也是本系統(tǒng)測(cè)試的重點(diǎn)。OSEK網(wǎng)絡(luò)管理定義了NM通信報(bào)文，以特定ID作為與其他應(yīng)用報(bào)文的區(qū)分，并為報(bào)文設(shè)定了特定數(shù)據(jù)內(nèi)容。

網(wǎng)絡(luò)管理 （Network Management，簡(jiǎn)稱NM） 測(cè)試主要關(guān)注NM報(bào)文格式、NM時(shí)間參數(shù)測(cè)試和NM管理邏輯測(cè)試。下文將會(huì)詳細(xì)討論OSEK NM的測(cè)試內(nèi)容和方法。

2 測(cè)試內(nèi)容分析

通過(guò)分析OSEK網(wǎng)絡(luò)管理的需求規(guī)范，確定NM一致性測(cè)試的測(cè)試內(nèi)容及方法。

如圖1所示為OSEK網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)跳轉(zhuǎn)示意圖，網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)如下：NM Off、NM On、NM ShutDown，其中NM On狀態(tài)下，又分為NM Iinit、NM Awake、NM BusSleep三種子狀 態(tài) ， NM Awake 又 包 含 NM Reset、 NM Normal、 NM LimpHome三種狀態(tài)。

圖1 OSEK網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)跳轉(zhuǎn)示意圖

OSEK通過(guò)讓各節(jié)點(diǎn)建環(huán)的形式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的管理，如網(wǎng)段上包含A、B、C三個(gè)節(jié)點(diǎn)，則邏輯環(huán)為A-B-C-A，如此循環(huán)往復(fù)。為滿足NM通信需求，OSEK定義了3種NMPDU （網(wǎng)絡(luò)管理數(shù)據(jù)幀）：Alive、Ring、LimpHome報(bào)文，并定義了幾個(gè)重要時(shí)間參數(shù)，見(jiàn)表1。

表1 OSEK網(wǎng)絡(luò)管理參數(shù)

根據(jù)上述，可以設(shè)計(jì)一致性測(cè)試用例，本系統(tǒng)涵蓋50+條OSEK NM測(cè)試用例，覆蓋范圍廣泛，測(cè)試用例劃分為以下幾部分。

1） NM報(bào)文格式測(cè)試，如Alive報(bào)文格式、Ring報(bào)文格式、Limphome報(bào)文格式測(cè)試等。

2） NM 時(shí) 間 參 數(shù) 測(cè) 試 ： 如 T_Typ、 T_Max、T_Error、T_WaitBusSleep等時(shí)間測(cè)試。

3） 邏輯環(huán)測(cè)試：如邏輯環(huán)建立、異常Ring報(bào)文干擾等測(cè)試。

4） 狀態(tài)跳轉(zhuǎn)測(cè)試：如Normal狀態(tài)下睡眠響應(yīng)、Limphome狀態(tài)下睡眠響應(yīng)、Limphome復(fù)位、睡眠中斷等測(cè)試。

基于以上測(cè)試需求，本文設(shè)計(jì)了一套車(chē)載電控單元網(wǎng)絡(luò)管理自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備。設(shè)備以CANoe為軟件平臺(tái)，輔以針對(duì)測(cè)試而開(kāi)發(fā)的OSEK NM通信模型，實(shí)現(xiàn)NM的自動(dòng)化測(cè)試。較手動(dòng)測(cè)試而言，該設(shè)備具有自動(dòng)化程度高、通用性強(qiáng)、執(zhí)行效率高等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)NM通信模型的加入，可以模擬各種NM邏輯，使測(cè)試范圍覆蓋度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于手動(dòng)測(cè)試。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該測(cè)試設(shè)備基于測(cè)試內(nèi)容設(shè)計(jì)，由測(cè)試執(zhí)行軟件、硬件系統(tǒng)、NM通信模型、測(cè)試腳本4部分組成。

測(cè)試執(zhí)行軟件選用Vector公司的CANoe軟件。CANoe具有分布式系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真、測(cè)試、評(píng)估等功能，支持CAN總線通信仿真模型編寫(xiě)［3］。本設(shè)備應(yīng)用到CANoe的CAPL編程環(huán)境，進(jìn)行NM通信模型及測(cè)試腳本的開(kāi)發(fā)。

測(cè)試硬件系統(tǒng)包括總線接口卡、測(cè)試配置板卡、程控電源等，硬件通過(guò)開(kāi)發(fā)程控包，可在CANoe中直接調(diào)用，例如配置測(cè)試終端電阻，通過(guò)串口進(jìn)行供電電源的電壓輸出控制等［4］。測(cè)試配置示意如圖2所示，虛線框內(nèi)為通過(guò)測(cè)試配置板卡控制的可選終端電阻。

圖2 測(cè)試配置示意圖

NM通信模型由CAPL開(kāi)發(fā)，因此可以與下位機(jī)執(zhí)行軟件無(wú)縫銜接。NM通信模型實(shí)現(xiàn)OSEK網(wǎng)絡(luò)管理的虛擬節(jié)點(diǎn)在線仿真功能，如可以建立OSEK虛擬邏輯環(huán)、邏輯環(huán)異常干擾等，如圖3所示。虛擬節(jié)點(diǎn)支持對(duì)NM報(bào)文的信號(hào)值、周期等參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，以滿足不同的測(cè)試項(xiàng)要求，這些模型參數(shù)的調(diào)整接口在測(cè)試腳本中能夠直接調(diào)用。

圖3 OSEK NM通信模型示意圖

測(cè)試腳本同樣基于CAPL編寫(xiě)，因此可與NM通信模型聯(lián)合運(yùn)行在CANoe平臺(tái)上進(jìn)行NM測(cè)試。

3.2 OSEK NM測(cè)試用例實(shí)現(xiàn)

假定測(cè)試ECU的NM網(wǎng)絡(luò)管理報(bào)文ID為0x627，則設(shè)置NM通信模型主要參數(shù)如表2所示。根據(jù)測(cè)試需求，可以提煉出幾種模型狀態(tài)定義，如圖4所示。

表2 OSEK NM模型參數(shù)

圖4 OSEK NM通信模型定義

測(cè)試用例實(shí)現(xiàn)的過(guò)程，就是根據(jù)不同測(cè)試目的，調(diào)整NM通信模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。因測(cè)試條目較多，因此選擇兩個(gè)比較典型的測(cè)試用例加以說(shuō)明。

1） 插入指向ECU的Ring報(bào)文測(cè)試。

首先，為ECU供電，使ECU喚醒；調(diào)用VirNode建環(huán)模型，使ECU與編號(hào)1~3的虛擬節(jié)點(diǎn)建立正常的邏輯環(huán)；然后調(diào)用VirNode異常干擾模型，即插入編號(hào)4的虛擬節(jié)點(diǎn)，且設(shè)置VirNode4.Byte （0） =0x27，VirNode4.OpCode=0x2，即指向ECU的Ring報(bào)文；最后觀察ECU發(fā)送報(bào)文狀態(tài)。

2） Normal狀態(tài)進(jìn)入睡眠時(shí)NM喚醒中斷測(cè)試。

首先，為ECU供電，使ECU喚醒；調(diào)用VirNode建環(huán)模型，使ECU與編號(hào)1~3的虛擬節(jié)點(diǎn)建立正常的邏輯環(huán)；然后改變ECU供電狀態(tài)，使其滿足睡眠條件，則ECU發(fā)送帶有睡眠請(qǐng)求的Ring報(bào)文；之后調(diào)用VirNode睡眠響應(yīng)模型，滿足總線睡眠；在T_WaitBusSleep時(shí)間內(nèi)，調(diào)用VirNode睡眠中斷模型，即重新使編號(hào)1的模擬節(jié)點(diǎn)上線，發(fā)送VirNode1.Byte（0）=0x28，VirNode1.OpCode=0x1的Alive報(bào)文；最后觀察ECU發(fā)送報(bào)文狀態(tài)。

4 測(cè)試結(jié)果分析

因OSEK NM的測(cè)試條目總和達(dá)到了50條以上的規(guī)模，因此本節(jié)也只選取了兩個(gè)典型的測(cè)試案例進(jìn)行分析說(shuō)明。

4.1 T_WaitBusSleep時(shí)間測(cè)試

測(cè)試描述：驗(yàn)證T_WaitBusSleep時(shí)間參數(shù)的偏差。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：T_WaitBusSleep時(shí)間應(yīng)滿足在4~6s時(shí)間內(nèi)。測(cè)試結(jié)果分析如下。

1） 如圖5所示，ECU在時(shí)間戳940.396s發(fā)送了睡眠幀，但是在之后又發(fā)送了一幀ID為0x2C9的應(yīng)用幀，不滿足OSEK的要求。

圖5 T_WaitBusSleep時(shí)間測(cè)試數(shù)據(jù)1

2） 如圖6所示，在時(shí)間戳945.397s出現(xiàn)ECU不應(yīng)答的發(fā)送錯(cuò)誤幀，說(shuō)明ECU進(jìn)入睡眠狀態(tài)，則T_WaitBusSleep時(shí)間為睡眠幀到出現(xiàn)錯(cuò)誤幀的時(shí)間差，即5.001s。

圖6 T_WaitBusSleep時(shí)間測(cè)試數(shù)據(jù)2

綜合1）、2） 結(jié)果分析，該項(xiàng)測(cè)試結(jié)果為錯(cuò)誤，雖然T_WaitBusSleep時(shí)間正確，但是睡眠幀發(fā)出后，ECU應(yīng)停止發(fā)送所有報(bào)文，因此狀態(tài)錯(cuò)誤。

4.2 Limphome狀態(tài)下睡眠中斷測(cè)試

測(cè)試用例：Limphome狀態(tài)進(jìn)入睡眠時(shí)NM喚醒中斷測(cè)試。

測(cè)試描述：驗(yàn)證在ECU從Limphome狀態(tài)進(jìn)入睡眠模式過(guò)程中，接收到NM報(bào)文時(shí)的睡眠中斷反應(yīng)。

評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：T_WaitBusSleep時(shí)間內(nèi)，接收到NM報(bào)文時(shí)，ECU能被喚醒，并重新發(fā)送Limphome報(bào)文。

測(cè)試結(jié)果分析如下。

1） 如圖7所示，在時(shí)間戳1866.971s接收到NM報(bào)文，ECU在1867.962s發(fā)出自身NM報(bào)文。

圖7 OSEK NM總線數(shù)據(jù)

2） 喚醒后，ECU仍然處于limphome狀態(tài)。喚醒后ECU.OpCode=0x14。

綜合1）、2） 評(píng)價(jià)，本項(xiàng)測(cè)試結(jié)果正確。

5 結(jié)束語(yǔ)

基于OSEK/VDX網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)范開(kāi)發(fā)的車(chē)載電控單元OSEK網(wǎng)絡(luò)管理測(cè)試設(shè)備，通過(guò)開(kāi)發(fā)NM通信模型的設(shè)計(jì)理念，使系統(tǒng)對(duì)于OSEK網(wǎng)絡(luò)管理的測(cè)試更智能、更準(zhǔn)確，且能覆蓋更多的測(cè)試用例。通過(guò)驗(yàn)證，該設(shè)備能夠準(zhǔn)確的完成網(wǎng)絡(luò)管理測(cè)試，且比人工測(cè)試縮短3倍以上的時(shí)間，因此極大提高了OSEK網(wǎng)絡(luò)管理的整體測(cè)試效率。