车用CAN总线测试平台的研发与应用
CAN总线测试平台拓扑结构如图1 所示,它由实时仿真节点、待测节点和运行在PC 上的相关软件组成。其中实时仿真节点由微处理器与PhilipsSJA100CAN控制器构成的真实结点,通过RS485 接收运行在PC 机上配置与监控软件发送的配置信息,仿真某一特定ECU 的通讯功能,定时向总线上发送特定的信息,从总线上接收信息,并上传其运行状态;待测节点为真实网络系统中的ECU 节点;在PC 机上运行一些相关的测试软件, 如: CANoe 、CANScope 以及仿真结点配置软件与监控软件。该测试平台可测试系统的各项指标,如总线负载、发送延迟、错误统计、MCU 的通讯负载分析及各种干扰对总线的影响等。
CANoe 是进行CAN 通讯网络监测和分析的工具,同时具有强大的系统仿真功能。CANoe 可以建立系统的仿真结构与节点、消息及信号的数据库,通过采用其编程语言CAPL 可以进行节点仿真,对总线上的数据能进行动态的跟踪并能显示统计信息。它能够测量的总线数据有:总线负载,峰值负载,总线的各种帧数据和帧数统计,在PC 上消息发送与接收延时。
波形的质量决定了数据传输的可靠性,所以要对CAN 总线的物理层进行评价,评价传输介质、总线CAN 收发器、终端电阻的分布影响。CANscope 网络示波器就是CAN 物理层分析工具。它通过串行总线与PC 相连,记录模块能数字化CAN 总线上的消息并储存以便采用软件进行分析,前触发模式可以捕捉一帧CAN 消息或一个错误帧的前后相邻数据。分析软件显示总线电压值、差分电压值及填充位随时间的变化。在跟踪窗口中可以显示CAN 消息帧、消息帧的各个组成部分以及错误帧。
CAN 网络具有很强的错误处理能力,当网络中的节点遭受严重干扰时,它能自动脱离总线,从而不会影响整个网络的信息交互。ISO11519-2 规定了CAN 总线对于节点失灵的容错能力,因此要根据要求测量CAN 网络对于干扰或者节点失灵情况的容错能力。为了测试在受到干扰或者节点失灵的情况下网络是否还能正常工作,CANstress 模拟总线干扰工具可以直接联入CAN 总线上,通过软件控制,可以模拟出各种不同的干扰和失灵情况,以便观察网络在干扰和失灵情况下的运行情况。它有两种工作方式,一种是破坏节点上发送的消息来测试网络的抗干扰能力。另一种方式是设置外部设备来模拟发生故障的节点。
CAN总线实时仿真测试平台的应用
应用该平台可对系统的通讯能力进行评估,可测试系统的各项指标,如总线负载、峰值负载、总线的各种帧数据和帧数统计、发送延迟、错误统计、MCU 的通讯负载分析及各种干扰对总线的影响等。同时可对CAN 总线的物理层和网络拓扑结构进行评价与优化,评价传输介质、总线CAN 收发器、终端电阻的分布影响。
下面是几个对单个ECU 通讯功能、系统的网络拓扑结构以及通讯介质选择的测试实例。通过测试,可以进一步改进整个网络系统的性能。
(1) 单个ECU 通讯部分实时性的对比测试
该测试的目的是观察相关软件功能对消息延时的影响,图2 所示为消息发送周期软件修改前后对比图。通过测试发现某条消息的延时比较大,通过软件进一步优化可以消除延时现象。
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