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一種車用CAN總線測試平臺(tái)的研發(fā)與應(yīng)用

作者: 時(shí)間:2012-10-09 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  CANoe 是進(jìn)行CAN 通訊網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測和分析的工具,同時(shí)具有強(qiáng)大的系統(tǒng)仿真功能。CANoe 可以建立系統(tǒng)的仿真結(jié)構(gòu)與節(jié)點(diǎn)、消息及信號(hào)的數(shù)據(jù)庫,通過采用其編程語言CAPL 可以進(jìn)行節(jié)點(diǎn)仿真,對(duì)總線上的數(shù)據(jù)能進(jìn)行動(dòng)態(tài)的跟蹤并能顯示統(tǒng)計(jì)信息。它能夠測量的總線數(shù)據(jù)有:總線負(fù)載,峰值負(fù)載,總線的各種幀數(shù)據(jù)和幀數(shù)統(tǒng)計(jì),在PC 上消息發(fā)送與接收延時(shí)。

  波形的質(zhì)量決定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?所以要對(duì)CAN 總線的物理層進(jìn)行評(píng)價(jià),評(píng)價(jià)傳輸介質(zhì)、總線CAN 收發(fā)器、終端電阻的分布影響。CANscope 網(wǎng)絡(luò)示波器就是CAN 物理層分析工具。它通過串行總線與PC 相連,記錄模塊能數(shù)字化CAN 總線上的消息并儲(chǔ)存以便采用軟件進(jìn)行分析,前觸發(fā)模式可以捕捉一幀CAN 消息或一個(gè)錯(cuò)誤幀的前后相鄰數(shù)據(jù)。分析軟件顯示總線電壓值、差分電壓值及填充位隨時(shí)間的變化。在跟蹤窗口中可以顯示CAN 消息幀、消息幀的各個(gè)組成部分以及錯(cuò)誤幀。

  CAN 網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的錯(cuò)誤處理能力,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)遭受嚴(yán)重干擾時(shí),它能自動(dòng)脫離總線,從而不會(huì)影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信息交互。ISO11519-2 規(guī)定了CAN 總線對(duì)于節(jié)點(diǎn)失靈的容錯(cuò)能力,因此要根據(jù)要求測量CAN 網(wǎng)絡(luò)對(duì)于干擾或者節(jié)點(diǎn)失靈情況的容錯(cuò)能力。為了測試在受到干擾或者節(jié)點(diǎn)失靈的情況下網(wǎng)絡(luò)是否還能正常工作,CANstress 模擬總線干擾工具可以直接聯(lián)入CAN 總線上,通過軟件控制,可以模擬出各種不同的干擾和失靈情況,以便觀察網(wǎng)絡(luò)在干擾和失靈情況下的運(yùn)行情況。它有兩種工作方式,一種是破壞節(jié)點(diǎn)上發(fā)送的消息來測試網(wǎng)絡(luò)的抗干擾能力。另一種方式是設(shè)置外部設(shè)備來模擬發(fā)生故障的節(jié)點(diǎn)。

實(shí)時(shí)仿真的應(yīng)用

  應(yīng)用該平臺(tái)可對(duì)系統(tǒng)的通訊能力進(jìn)行評(píng)估,可測試系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo),如總線負(fù)載、峰值負(fù)載、總線的各種幀數(shù)據(jù)和幀數(shù)統(tǒng)計(jì)、發(fā)送延遲、錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)、MCU 的通訊負(fù)載分析及各種干擾對(duì)總線的影響等。同時(shí)可對(duì)CAN 總線的物理層和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)價(jià)與優(yōu)化,評(píng)價(jià)傳輸介質(zhì)、總線CAN 收發(fā)器、終端電阻的分布影響。

  下面是幾個(gè)對(duì)單個(gè)ECU 通訊功能、系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及通訊介質(zhì)選擇的測試實(shí)例。通過測試,可以進(jìn)一步改進(jìn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能。

  (1) 單個(gè)ECU 通訊部分實(shí)時(shí)性的對(duì)比測試

  該測試的目的是觀察相關(guān)軟件功能對(duì)消息延時(shí)的影響,圖2 所示為消息發(fā)送周期軟件修改前后對(duì)比圖。通過測試發(fā)現(xiàn)某條消息的延時(shí)比較大,通過軟件進(jìn)一步優(yōu)化可以消除延時(shí)現(xiàn)象。

  (2) 不同網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的對(duì)比測試

  利用該系統(tǒng)可測試比較不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)時(shí)總線的抗干擾能力,圖3 所示為終端電阻位置改變信號(hào)傳輸波形對(duì)比圖。由圖可看出終端電阻位置的不同對(duì)總線系統(tǒng)的抗干擾能力有很大影響,在實(shí)際系統(tǒng)中應(yīng)注意它的分布位置。

  (3) 通訊介質(zhì)選擇不當(dāng)?shù)男盘?hào)傳輸波形

  通訊介質(zhì)的選擇對(duì)總線系統(tǒng)的通訊是至關(guān)重要的。圖4 所示為一種通訊介質(zhì)的物理層信號(hào)圖,與圖3 中終端電阻調(diào)整后的物理層信號(hào)圖相比,抗干擾能力明顯降低。因此,在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí),應(yīng)選擇好通訊介質(zhì)。

結(jié)束語

  隨著CAN 總線在汽車中的使用,分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)在汽車中的應(yīng)用越來越多。在分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)中,網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性直接影響到系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,而網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性主要由網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)、信息流量以及系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息的響應(yīng)速度決定。當(dāng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)和信息流量基本確定之后,與網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)性直接相關(guān)的是各節(jié)點(diǎn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息的響應(yīng)速度。而目前常用的CAN 總線測試系統(tǒng)都不具備此測試功能,當(dāng)它們用于分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)測試時(shí),很難涉及網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性。在研發(fā)總線時(shí),考慮到整個(gè)系統(tǒng)的特點(diǎn),提出網(wǎng)絡(luò)在環(huán)設(shè)計(jì)方法,將網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性作為整個(gè)測試系統(tǒng)實(shí)時(shí)性的一個(gè)重要因素貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)、分析和測試過程。該CAN 總線實(shí)時(shí)仿真為研究制定我國自己的電動(dòng)汽車和測試、評(píng)價(jià)CAN 總線通訊網(wǎng)絡(luò)性能奠定了很好的基礎(chǔ),同時(shí)它可用于車用CAN 總線相關(guān)技術(shù)的研發(fā)。對(duì)于不同性能的CPU ,整個(gè)測試系統(tǒng)的性能會(huì)有較大的差別,為此,目前正在開發(fā)更高性能CPU 為核心的測試系統(tǒng),以滿足日益發(fā)展的整車控制系統(tǒng)的需要。


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