汽车总线测试方案概要

1、CAN总线测试解决方案1 概述由于CAN总线具有可靠性高、实时性好、成本合理等优点,已在汽车、船舶、航天、医疗、工业测控与工业自动化等领域得到广泛的应用,成为了应用最广泛的现场总线之一。在CAN总线开发流程中,需要对所开发的CAN总线节点和总线系统进行验证与确认,既要检查所开发的CAN总线节点设备是否符合设计规范,即“是否正确的做了产品”,又要检查集成后的CAN总线系统是否满足初始需求,即“是否设计了正确的产品”。CAN总线测试可以分为单节点测试和总线系统集成测试两部分。在系统集成之前,需要对单个节点设备进行测试,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

2、连接形成完整的CAN网络,对集成后的系统进行测试以验证整个系统运行的完整性和正确性、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。不论是单节点测试还是系统集成测试,测试的内容按照通信层次可分为:物理层测试验证CAN节点及CAN总线网络在电路设计、物理电平特性等方面的性能,保证节点能够正确连接入总线。数据链路层测试测试单个节点的数据链路层参数,确保CAN网络集成后总线通信性能的一致性。应用层测试包括应用层协议的测试、网络管理功能测试和故障诊断测试等方面的内容。通过此测试检测每个CAN节点是否按照系统的CAN总线通信规范实现了应用层协议,是否实现了相应的诊断功能,以及CAN网络集成后的网

3、络管理功能是否达到了要求。CAN 总线测试解决方案2 CAN 总线测试平台网络测试必须先进行单元测试,然后才是系统集成测试。针对单个节点和整个总线网络的CAN 总线测试平台的组成结构分别如图1和图2所示。图2 CAN 总线测试系统:网络集成测试(二 USB使用CANoe II CAN图1 CAN 总线测试系统:单元测试CAN总线测试解决方案2.1 单元测试单元测试中只有一个被测设备(UUT。单节点的物理层测试主要目的是验证节点在电路设计、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。测试项目主要包括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

4、。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,在组成网络时能够正常有效的工作。使用Vector公司提供的CAN总线干扰仪CANstressDR和网络示波器CANscope 可以很好地实现对物理层和数据链路层的测试。CANstressDR是一种向CAN总线产生物理层和数据链路层干扰的设备,能够产生一系列的错误模式,实现以下功能:¾总线失效评估¾CAN系统失效¾电子控制单元协同开发测试¾CAN控制器的干扰¾可编程短路和断路CANscope则是一个便捷的CAN总线波形示波器,

5、能够:¾显示总线CAN_H/CAN_L电平和差分电压¾使用眼图评估信号品质¾比较不同的电压曲线在物理层和数据链路层测试过程中,使用CANstressDR向被测单元制造出测试所需的干扰信号以及总线故障等测试环境,并使用网络示波器CANscope捕捉CAN 总线物理层的电平信号,通过评估来验证和确认节点在电路设计、物理电平特性等方面的性能,确保节点能够正确接入集成后的网络。CAN总线测试解决方案在实验室环境下,通过CAN卡与被测单元建立CAN通信连接,通过I/O接口电缆IOcab获取被测单元的I/O信号(如图1-I所示。这样,就可以在PC机上使用CANoe软件建立网络

6、中其它节点的仿真模型,以半物理仿真的形式测试被测单元的功能和通讯性能。CAN总线系统级设计和分析软件CANoe为单元测试提供的多种具有不同功能的分析评估窗口,如文本数字形式的总线报文跟踪Trace窗口、信号观测Data窗口,图形化信号时域行为动态显示Graphics窗口等。这些强大的分析评估窗口为CAN 节点单元测试提供了便利。在现场环境下,可使用Vector提供的手持式快速原型CAN节点设备CANister 模拟网络中的其它节点对被测单元进行测试。CANister具有丰富的I/O接口和标准的CAN总线接口,并可以通过配置软件方便地设置其软件功能,很好地模拟网络中的其它节点。通过CANiste

7、r向被测单元输入CAN报文和相应的I/O信号,然后观察被测单元的控制动作,就可以对被测单元的功能进行逐一测试。2.2 CAN总线集成测试在单个节点测试通过后,需要将所有节点连入网络,进行CAN总线系统集成测试,测试集成后的网络性能。在集成测试过程中,仍然利用Vector提供的测试软件CANoe观测总线通信的报文以及信号,检测总线的错误帧、总线负载率等信息。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CANstressDR、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。CAN总线测试解决方案在系统集

8、成后,需要观测系统长期工作的稳定性。这时候可以使用Vector提供的CAN总线记录仪CANcaseXL log。通过PC机配置软件设置好CANcaseXL log的工作方式后,CANcaseXL log可以在无人值守的条件下自动记录CAN总线上发生的报文。测量过程记录的总线数据可以方便地在CANoe中进行回放,为工程人员进行事后离线分析提供了便捷的途径。3 测试设备列表名称 说明 生产商CANoe CAN总线开发和测试分析软件 VectorCANcardXL CAN接口卡 VectorCANcab 251/1054 高速/低速CAN收发器 VectorIOcab 8444opto CANcar

9、dXL I/O接口线缆 VectorCANscopeH/L CAN总线(高速/低速波形示波器VectorCANstressDR CAN总线干扰仪 VectorCANisterHL 手持式CAN快速原型节点 VectorCANister Configurator CANister配置软件 VectorCANcaseXL log CAN总线数据记录仪 Vector4 设备功能描述4.1 CANoe现代系统中,随着网络的增加,其开发工作越来越依赖于合适的开发工具。而CANoe就是一个强大的工具,它支持网络系统从系统级设计到实现的整个开发流程。CAN总线测试解决方案性能/优点由于其开放式架构,CANo

10、e能够解决复杂的任务,并适用于特殊的应用。CANoe 为整个分布式网络的仿真和分析,提供了基于图像和基于文本的建模和评估窗口(Evaluation windows。针对监控和控制任务,以及生产装配过程,可创建直观的用户控制平台。还集成了用于测试的“Test Feature Set”和用于诊断的“Diagnostic Feature Set”软件包。功能CANoe提供针对产品周期中所有阶段的专业功能。包括模型创建、仿真、功能测试、诊断和分析。应用领域CANoe是产品周期所有步骤中的首要工具。¾通信设计/模型创建新的工程项目的首要任务是在数据库中定义信息库并在CANoe中创建模型。

11、90;通信确认在整个系统的功能分布,功能测试以及系统集成时支持系统响应。CAN总线测试解决方案残余总线仿真给供应商提供一个理想的测试环境,可针对整个系统或有效的ECU (电控单元和模块,进行集成测试。另外,用户可以在osCAN Library的帮助下直接运行控制器代码。¾测试CANoe支持通过“Test Feature Set”专用功能对ECU和网络进行测试。利用这些工具可以通过测试验证每个开发步骤,检查原型,或者进行回归和一致性测试。另外, Test Service Library中的检查和激励功能可以方便的测试和实现用户自己的测试环节。在测试设置(Test Setup窗口中可以看

12、见已创建的系统。所有改变测试设置参数的操作都可以在该窗口中进行。在一个CANoe配置中可以调用多个测试设置。一个测试设置包含测试模块(Test Modules,发生器(Generator和回放(Replay模块。¾诊断CANoe可以分析KWP2000通讯。诊断控制台(Diagnostics Console“Diagnostic Feature Set”的一部分可以在CANdela-Studio的诊断描述文件的基础上提供对诊断服务的交互式访问功能。诊断需求可以选择,参数化,并在它们相关的响应中显示。Fault Memory Console提供了快速而简便的访问ECU故障存储区域的功能。

13、所有的参数都可以以符号方式显示。¾分布式开发/集成相互独立且并行的网络节点开发可以由多个供应商(并行工程来共同完成。系统可以通过使用不同硬件和软件接口的方法来进行扩展。Vector提供丰富的对于系统或单个ECU的分析评估功能。可选项及协议下面列出的可选项以及协议对CANoe来说都是有效的,并且可以按照需要联合使用。包含的选项和协议有:LIN、MOST、FlexRay、CANopen、J1939、NMEA2000、CAN总线测试解决方案ISO11783和osCAN库。CANdb+该产品包括CANdb+ Editor,一个界面友好的数据库管理程序,可以创建和修改数据库。可编程能力用户可编

14、程就意味着用户可以按自己的要求对CANoe的功能进行扩展。在数据流程图的任意节点里都可以插入模块模型,并且可以编写用户自己的程序来实现功能。CAPL就是用来实现可编程能力的编程语言,它是面向应用的类C语言。并且包含了交互式的开发环境,在这个环境下,用户能容易的创建、修改、编译CAPL的程序。网络节点模型和面板网络节点模型以CAPL程序模块形式添加到仿真结构中去。通过使用CAPL生成器可以自动的或者手动的从数据库创建网络节点。面板编辑器以及面板生成器支持用户针对网络节点模型创建图形化的用户控制和显示面板。CAN总线测试解决方案开发平台通过CANoe和osCAN Library,用户可以通过使用真

15、实的ECU代码,在开发的早期阶段完成系统集成。这就使得针对不同ECU的软件可以在脱离对应硬件平台的情况下达到成熟的开发水平。硬件接口CANoe可以支持Vector提供的所有总线接口。外围的ECU信号通常可以通过系统测试接入到系统中来。这些信号常常作为环境变量读入或者输出到端口来完成某个仿真。4.2 CANcardXL移动和固定CAN和LIN网络的开发、仿真、测试及维护需要高性能、容易使用、适应性强的硬件接口,具有紧凑型PC卡特点的CANcardXL就是用于笔记本电脑的理想选择。特征由于其强大的处理器和灵活的硬件设计,CANcardXL能够较好地适应现在及将来CAN总线测试解决方案的应用。CAN

16、cardXL的特点如下:¾PC 卡(类型II¾32位处理器,64MHz主频¾2个完全独立的通道¾支持CAN2.0B和LIN¾收发器集成在电缆上(CANcabs¾即插即用功能CANcardXL功能特点包括:¾收发数据和远程祯¾无干扰侦听CAN总线活动¾检测和产生错误祯¾板载报文缓存器¾时间同步¾若干卡可同时工作特殊功能与Vector的其它PCMCIA接口卡相比,CANcardXL具有如下的特殊功能:¾对LIN总线的访问¾较大的吞吐量(每秒35000个消息&#

17、190;精细的时戳(1s¾对消息预处理从而减轻PC负担¾在用户现场FPGA可以升级¾精细的总线负载测量¾同过外部连接,可以与其它硬件进行同步应用领域通过CANcardXL,Vector提供了新一代总线接口卡,适用于一般的和高端的应用,如那些对精细时间同步和精细时标分辨率有要求的场合。根据几种不同的总线驱动类型,CANcardXL可以满足众多的CAN和LIN的应用,CAN总线测试解决方案包括:¾汽车¾自动化¾航空航天¾船舶CANcradXL可以和Vector的软件工具一起使用,如CANalyzer,CANoe,CAN

18、ape。也可以与用CAN Driver Library创建的用户应用程序一起使用。驱动程序/库支持有了CAN Driver Library的支持,CANcardXL可以很好的与Vector CAN产品融合,同时也可以方便地移植到其他的硬件系统。总线收发器用户可以选择多种集成了收发器的Vector的连接电缆(详见CANcabs。CANcardXL可以同时结合使用CANcabs和LINcabs。随产品一起交货的有¾CANcardXL¾Windows 98/NT4.0/2000/ME/XP的驱动¾CAN Driver Library(32位驱动库,适用C+,C,Delp

19、hi和Visual Basic¾手册使用CANcardXL需要单独选购CANcabs和/或LINcabs。CAN总线测试解决方案技术参数应用区域移动,固定AT91(ARM7 TDMI at 64MHz处理器 ATMELCAN控制器Philips SJA1000CAN控制器数量 2标识位 11/29位收发器详见CANcabs光耦 Yes,选用CANcab XXXopto类型II 16位PC接口 PCMCIA温度范围工作温度:0-55储藏温度:-40.-.+125安装即插即用驱动库平台 C+,C,Visual Basic,Delphi操作系统Windows 98/NT4.0/2000/M

20、E/XP错误帧检测,产生远程帧检测,产生最大波特率 1 Mbit/sec尺寸85mm X 54mm X 5mm加 CANcabs (CANcab 251 30 mA mA典型电流消耗 150时标精度1sCE conformity EN 55022:Class BCAN总线测试解决方案4.3 CANscopeCANscope 是记录并评估CAN总线上的电压值的测量仪器。CANscope提供了稳定可靠的记录模块以及易用的评估软件。该记录模块可以通过RS232接口和PC机相连。特性与优点通过CANscope,开发人员可以分析如下情况对CAN总线的影响:¾各种电缆类型¾各种电缆长度

21、¾总线驱动¾总线终端¾总线失效¾EMC影响¾在ECU软件或CAN控制器中的错误为了基于具体对象调试,可以设置许多触发情况。例如:特定的CAN报文或错误帧的发生,总线电压低于或超过一定电平值,触发会产生。触发时的环境会被完全记录。功能下列核心功能使用户轻松进行CAN总线开发:¾显示总线电平的示波器窗口¾评估信号品质的图¾用于比较电压曲线的difference view 工具应用领域CANscope经典应用领域:¾分析CAN总线的物理特性¾用直接测量的方法在线评估采集的数据¾独立操作,日后

22、可在PC机上分析CAN总线测试解决方案硬件接口CANscope提供如下的连接方式:CAN接口 (高速或低速,RS232接口以及触发输入以及输出。直接测量模式在触发一个测量后,CANscope记录总线上的电平(采样频率可以最高配置为32MHz, 电压分辨率最高是20mV。记录模块把数据发送到所连接的电脑上,用评估软件解释和评估所记录的数据。独立工作模式除了直接测量模式,CANscope还可以在没有PC机的情况下独立工作。比如先用该设备测试交通工具在运行时状况,评估数据留待以后在PC机上进行。评估细节评估软件显示高CAN和低CAN的电平,同时在示波器上显示电压随时间的变化(如下图。并可显示填充位。

23、示波器窗口/跟踪窗口示波器提供很多功能,这些功能包括了如下领域:¾配置显示细节¾配置测量光标¾配置信号通道CAN总线测试解决方案支持直接通过示波器进行分析。如果测量光标放在一个想被解释的位点,相关的信息以及位域将以文本的形式显示。显示工具在CANscope的显示工具中比较载入到CANscope中的两个电压变化曲线的记录(比如参考测试并在图形窗口中显示不同的信号。技术参数¾采样频率:160khz.32Mhz¾测试精度:20mv(0V5V/40mv(-2V+8V¾缓存大小:100032000采样点(2KB64KB¾连接方式:RS

24、232(9针sub_D型插槽,标准CAN接口(连接9针的sub_D型连接器,触发输入/输出(BNC 插槽¾触发:各种类型的触发方式(外部,CAN信息,电压变化,可配置预触发机制¾CAN接口:82C251(高速或TJA1053(低速¾供电电压值:9V18V DC¾仪器体积:215mm*85mm*35mm¾重量:大约500克一起交货的有¾CANscope记录模块¾CANscope评估软件(MS windows9x/NT/2000/XP¾电缆¾电源4.4 CANstressDRCAN网络对总线通讯干扰以及失效有

25、很强的抗干扰能力。为了测试一个系统在信号干扰和失效的情况下是否仍能稳定工作,需要一种仪器用来面向对象再现CAN总线信号,总线物理属性,和逻辑电位(隐形或显性的干扰。CANstressDR(数字和阻抗网络就是这样的仪器。CAN总线测试解决方案特性/ 优点CANstress是一种独立运行的硬件,它可以直接串连到CAN网络中,实现各种触发条件与干扰逻辑。CANstress包括相当数量的软件控制的电阻。这些电阻可用来产生总线不同的电压值。功能CANstress提供一系列的检测和错误模式,例如:¾总线失效评估¾CAN系统失效¾电子控制单元协同开发测试¾CAN控制器

26、的干扰¾可编程短路和断路在总线内插入了一个可编程的静态电容用以模拟各种线长。应用领域总线失效的模拟:¾依照ISO11519-2规定的错误状态(线/线短路,线/供给电压短路,断路¾位出错的模拟¾目标强制总线电位观察CAN系统处理干扰:¾CAN控制器和CAN节点测试环境的开发¾通过在CAN特定位域破坏以对节点有目的施加干扰。CAN总线测试解决方案¾测试在错误发生时总线节点的行为¾触发外部仪器¾观测在ECU被干扰后系统的恢复过程。干扰的触发当CANstress不工作时,总线不发生干扰。当系统被触发,已经配置好的

27、干扰序列将被激发。干扰序列包括一个在bit级别或BTL级别的干扰脉冲。一个单独的干扰脉冲迫使总线呈现隐性位或显性位,或是不影响总线。CAN系统被下列触发源初始干扰:¾在CAN位域上触发:可标记内容的位域(标准格式信息或扩展格式信息。¾在错误帧上,在帧头时,在帧尾时,在总线空闲序列,或任意可标记的位域上触发。¾通过CANstress软件触发¾外部触发:在触发输入(TTL水平的电压信号存在下列干扰模式:¾周期性干扰¾持续干扰直到手动停止¾只要触发处于激活状态就保持干扰¾对于特定触发事件发生后,干扰序列被初始化方便的配置

28、通过Windows操作程序配置和控制CANstress。可以编程确定CAN参数、触发源、干扰序列以及线性电阻,电容值等。利用来自于CANdb中的数据能做到位域触发。通过串行口(RS232或USB把用户定义的配置文件导入到CANstress模块中,就可以对网络进行分析。CANstress的集成通过使用CANstress模块同时结合Vector工具链的其他产品,比如CANalyzer 和CANscope,可以得到最适宜的开发和测试环境。通过CANstress可以产生特定目标的干扰。CANalyzer可以产生基本数据的传输,同时记录评估被测总线节点的响应。CANscope可以对在物理层次上的干扰的影

29、响提供详细的分析。技术参数¾阻抗:0.10.24k步长2.5CAN总线测试解决方案¾干扰电压范围:0v (40v¾连接方式:RS232(9针sub_D型插槽,USB接口(4针插槽,触发输入/输出(BNC 插槽,CAN输入/输出(15针,sub_D型插槽,CAN接口(CAN高速和CAN低速¾触发方式:外部,手动或CAN事件¾干扰序列:在bit级别或BTL级别最大2048个脉冲点¾供电:8v.40v直流(5针插槽¾仪器体积:140mm*130mm*60mm一起交货的有¾CANstress 硬件模块¾配置软件(

30、MS Windows 9x/NT/2000/XP¾电缆以及电源4.5 CANister及配置器在汽车的生产中,需要新的工具来开发汽车电子CAN网络。VECTOR公司提供了满足此要求的易用工具现场手持控制面板CANister。特点优点CANister为生产和测试领域提供了灵活可自由配置的CAN节点。硬件模块是事件驱动的。CANister配置器是一个简单易用的接口开发程序,它可以使用户自由地配置CANister。通过RS232接口,装载应用程序到CANister上并且存储在闪存中。功能CANister提供了生成一个灵活CAN节点时所需的所有功能,比如:¾两个CAN通道(支持11

31、位和29位标识符;¾可定制的控制和显示部分(16键和20 LEDs;¾控制输出(8位数字输出和2 个PWM输出;¾控制输入(8位数字输入,4位模拟输入和2个霍尔效应传感器输入;应用领域CAN总线测试解决方案在生产周期的不同阶段中,CANister都是一个“万能”的工具。对生产和研发的控制与测试工作来说,CANister应用广泛且方便易用。CANister配置器特点¾创建一个有16个单项配置的应用程序;¾通过多窗口并行处理不同的应用程序;¾连接CANdbCANdb+数据库;¾设置行为参数的表格;¾LED、数字输出和键

32、盘的图形用户界面;¾选择仿真网络节点的网络管理功能;¾CAN参数化;¾可通过C语言扩展其功能;¾自动生成下载的文件;¾通过RS232下载固件和应用程序;¾在Bootstrap模式中,通过Bootbox 下载固件;¾通过RS232获取CANister的信息;事件和行为CANister是事件驱动的,并且能响应以下事件,比如:¾按键;¾数字输入的改变;¾接收发送CAN报文;¾用户自定义事件;¾定时器;¾串行(RS232命令;每一个事件都可以触发一系列行为,比如:¾

33、;LED的亮或者灭;¾发送CAN报文;¾设置报文里的信号数值;¾设置清除定时器;¾设置数字或PWM输出;用户自定义系统程序除了一些基本功能(比如说对CAN报文里的信号进行解释,还可以通过用C模块来实现功能的扩展。系统软件的功能(比如读出模拟输入,设置LED等都由VECTOR 公司提供。使用C166Tasking C编译器可以编译C模块。使用CANdb为CANister设置参数的时候,要从CANdb数据库里得到不同的数据信息,比如:CAN总线测试解决方案CAN报文和信号的符号名称。和CANdb捆绑在一起就意味着CANister完全集成到CANoe-CANa

34、lyzer产品链中,因此所有的数据信息能在整个开发、生产和测试过程中使用。技术参数¾微控制器:Infineon 80C167和80c161;¾CAN通道:2个;¾CAN收发器:2个级联式插件板,提供标准:PCA80C251(高速和TJA1054(低速;任选:AU5790(单线,TJA1041(高速;¾内存(主:1M Byte的Flash, 512K Byte RAM;¾设备:16个自定义键;16个自定义绿色LEDs;4个自定义红色LEDs;¾控制输入:¾8个数字输入(8V40V,典型12V.;¾4个模拟输入(0V2

35、0VDC,最大50V;¾2个霍尔发射级输入(12V典型;¾控制输出:¾8个数字输出(最大50V/400mA;¾2个PWM输出(TTL,最大50mA;¾连接插头:¾CAN 2x D-SUB 9连接器(符合CIA标准的CAN pin 分配;¾D-SUB 44 socket(ADIOX;¾D-SUB 9 socket(RS232;¾连接电源(12V/1,25A;¾供电:8V40VDC;¾温度范围:-2070(8V16V;¾尺寸: 185×106×32mm;

36、90;重量:大约480g;CAN 总线测试解决方案 随产品一起交货的有 CANister 硬件： CANister，配有标准 PCA80C251 和 TJA1054； 电缆：大约 1m； D-SUB 44 连接器； 配置软件： CANister 配置器； CANdb 编辑器； 用户手册； 串行连接电缆； Bootbox； USB 硬件狗； 4.6 CANcaseXL log CANcaseXL log 在一个设备中结合了两个产品： 在测试过程中记录总线数据流的可靠的数据记录仪 USB 2.0 接口的专业 CAN/LIN 总线接口卡 特点和优势 CANcaseXL log 是 CANcaseXL 的升级版，具有 SD 存储卡的接口，可以独立于 PC 运行， 可存储 2GByte 的 CAN 和 LIN 数据。对数据记录仪的配置通过它本身的配置工具完成。测 量数据可以通过 USB 接口或者存储卡上传给 PC，并通过 CANalyzer、CANoe 或 CANape 进行评估。CANcaseXL log 将