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基于CANoe的遗留总线仿真测试摘要:在CANoe环境下,对EPS CAN节点进行遗留总线仿真测试,构建仿真节点、应用PANEL面板及CAPL语言实施测试,分析测试结果。
通过仿真测试,验证EPS节点的CAN功能与整车设定相符,缩短了EPS及整车CAN总线的开发周期。
关键词:CANoe 遗留总线仿真总线测试CAN总线技术由于其卓越性能、极高的可靠性得到了汽车领域的大规模应用。
基于VECTOR开发平台的汽车CAN总线的设计理念中,CAN总线测试是其设计过程中必不可少的一个环节。
总线开发分三个阶段:网络仿真,遗留总线仿真(半物理仿真),实际总线测试。
遗留总线仿真是指在整车CAN总线开发过程中,当某一个或几个CAN节点已开发完成,而其它的相关节点未完成开发时,对已完在开发的节点进行完整的功能及性能测试的一种测试方法。
将完成开发的CAN节点按照设定状态连入整车总线,而未开发完成的CAN 节点,则在PC机的CANoe环境中,用仿真的节点来代替。
这样可以弥补整车各个节点开发时间不一致所带来的矛盾,有效地缩短整车CAN 网络开发的进度。
1 测试方法1.1 本文是以某车型的EPS开发为例来说明遗留总线仿真的测试方法该车型的动力系统含有EMS(发动机管理系统),ESP(电子稳定系),仪表,EPS(电动助力转向系统)四个CAN节点,各节点之间信息共享,各节点的工作互为依存。
由于各节点的开发进度不一致,EPS开发较其它部件提前完成开发并送样至整车厂(OEM),OEM需确认其功能及性能是否与整车定义匹配。
而EPS正常工作所需的车速信号VehicleSpeed由ESP发送,发动机状态信号EnginSts由EMS提供。
由于ESP与EMS两个节点并未完成开发,VehicleSpeed与EnginSts两个信号需要用遗留总线仿真测试方法来实现。
1.2 测试大纲(1)EPS的基本工作特征测试:测试EPS工作前后方向盘助力大小是否有明显区别。
项目一汽车电脑的检修一、填空题1.汽车电脑（ECU）在硬件上由输入接口、______微控制器___和___输出接口三部分组成，其核心部件是___微控制器____。
2.微控制器由 CPU 、存储器和 I/O口三部分组成，其核心部件是__CPU__。
3.存储器按读写操作原理分为__只读存储器（ROM）___和___随机存储器（RAM）两类，其中故障码存储在随机存储器（RAM）中。
4.汽车电控单元常用的检修方法有直观检查法、接触检查法、故障再生法、参照检查法、替代检查法、电压检查法、电阻检查法、波形检查法和信号注入检查法等几种。
5.汽车电控单元的编码通过故障诊断仪来完成。
二、判断题1.汽车电控系统由汽车传感器、ECU和执行元件组成。
（√）2.临时数据存放在只读存储器ROM中。
（×）3.可以通过给汽车电控系统的RAM断电的方法来清除故障码。
（√）4.汽车上每个控制单元都有编码，并且每个控制单元只有一个编码。
（×）5.汽车电脑的匹配是给控制单元输入一个代码。
（×）6.汽车电脑的匹配是改变控制单元内部的某些参数。
（√）三、简答题1.汽车电控单元的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？答：（1）输入接口——接收传感器信号，并对传感器输入的信号进行预处理（放大、滤波、整形、变换等），使输入信号变成微控制器可以处理的信号（2）微控制器——接收、分析处理、存储输入接口输送的信息并进行计算，存储临时数据，并根据运算结果输出指令（3）输出接口——将微控制器输出的指令转变为控制信号，并将其放大，以驱动执行元件执行相应动作2.简述汽车电控单元的功用。
答：（1）接收传感器信号，并对传感器输入的信号进行预处理，使输入信号变成微控制器可以处理的信号（2）接收、分析处理、存储输入接口输送的信息并进行计算，存储信息（运行信息和故障信息），并根据运算结果输出控制指令（3）生成和放大控制信号，以驱动执行元件执行相应动作（4）为传感器提供参考电压（5）输出故障信息3.汽车电控单元常见的故障有哪些？答：电脑电源故障、输入/输出部分故障、存储器部分故障、特殊故障项目二动力CAN总线系统的检修一、填空题1.CAN总线的英文全称是 Controller Area Network 。
第22卷第4期2008年5月山东理工大学学报(自然科学版)Journal of Shandong University of Technology(Natural Science Edition)Vol.22No.4J ul.2008文章编号:1672-6197(2008)04-0064-04基于CAN总线的车载网络节点设计李玉明,宋帅坤(山东理工大学交通与车辆工程学院,山东淄博255049)摘 要:设计了汽车上CAN通讯的高速与低速网络拓扑结构,并对网络节点进行了优先级编码,对其中单个节点进行了基于CAN控制器SJ A1000的智能节点硬件电路及软件设计.关键词:汽车;网络结点设计;CAN总线;优先级编码中图分类号:U463.341文献标识码:AThe net2node design of vehicle based on CAN busL I Yu2ming,SON G Shuai2kun(School of Traffic and Vehicle Engineering,Shandong University of Technology,Zibo255049,China)Abstract:A general network topology of vehicle CAN communication was designed and t he prior2 ity codes of every node in t he network were compiled.Based on t he SJ A1000controller,t he hard2 ware and t he software of t he smart node are int roduced.K ey w ords:vehicle;net2node design;CAN field2bus;priority coding 控制器局域网CAN(Cont roller Area Net2 work)总线作为一种可靠性高、价格低廉、技术成熟的现场总线,在国内外得到了广泛的应用.在汽车行业,CAN总线更是以其优异的性能成为汽车局域网的发展趋势.1 CAN总线特点控制器局域网络(CAN)是德国Robert Bosch 公司在20世纪80年代初为解决现代汽车中众多控制单元和测试仪器之间的实时数据交换而开发的一种串行数据通信总线.具有高的保密性,是一种能有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络. CAN具有如下特点[1]:1)CAN是到目前为止唯一有国际标准的现场总线.2)CAN总线为多主工作方式,即网络上的任一节点均可在任意时刻主动地向其他节点发送信息,不分主从,方式灵活.3)在报文标识符上,CAN上的节点分成不同的优先级,可以满足不同的实时性要求,优先级高的数据可在134μs内得到传输.4)采用非破坏性的总线仲裁技术,多点同时发送信息时,按优先级顺序通信,节省了总线冲突仲裁时间.尤其是在网络负载很重的情况下,也不会出现网络瘫痪情况(以太网则可能).5)CAN节点只需通过对报文的滤波即可实现点对点、一点对多点和全局广播方式传送接收数据.6)CAN的直接通信距离最远可达10km(速率5kbp s以下),通信速率最高可达1Mbp s(此时通信距离最长为40m).7)通信介质可采用双绞线、同轴电缆或光纤,选择灵活,结构简单,易于维护,经济性好.8)CAN上的节点数主要取决于总线驱动电路,目前可达110个.标准报文标识符有11位,而扩展报文标志符有29位,其驱动电路的个数几乎不受限制.收稿日期:20080108作者简介:李玉明(1982),女,硕士研究生. 9)报文采用短帧结构,传输时间短,受干扰概率低,保证了数据出错率低.10)CAN的每帧信息都有CRC校验及其它检错措施,具有极好的检错效果.CAN节点在错误严重的情况下具有自动关闭输出的功能,以使总线上其它节点的操作不受影响.2 CAN协议工作原理主机通过设置通信对象描述字中的“发送请求”位来请求发送一条消息,当“发送请求”位置位时,且检测到“总线空闲”,通信控制器将开始发送消息.如果有多个节点要同时发送消息,则这些节点在检测到“信道空闲”时就会同时发送“帧起始位”.在接下来的仲裁阶段,每个控制器都会发送它的标识符,具有最高优先权的消息会赢得仲裁继续发送.接收节点在其通信对象的数据字中储存数据,通过设置控制位,接收控制器会向主机发送一个“收到消息”的中断.对收到的消息进行CRC校验之后,接收控制器把第2个ACK位设为显性,表示正确接收了消息.这样,发送端就知道至少有一个节点正确接收到消息[2].各控制器数据帧发送和接收采用中断方式和查询方式.一般来说,查询方式会占用更多的系统资源,使系统的运行速度减慢.对于接收数据,通常采用中断方式实现,一旦中断发生,即将接收的数据自动装载到相应的报文寄存器中,利用屏蔽滤波寄存器,有选择地逐位比较接收报文的标识符,只有标识符匹配的报文才能进入接收缓冲器.对于发送数据,通常采取周期性的发送,根据系统实时性的要求和数据传送的重要程度,确定发送的周期,以保证数据能够及时得到处理.3 车用CAN通讯网络拓扑结构及优先级编码3.1 车用通讯网络拓扑结构车用通讯网络拓朴结构如图1所示,其中VMS为整车控制器,EMS为发动机控制系统,ABS为车辆制动系统控制器,AMT为手动—自动变速箱控制器,EPS 为助力转向系统.EMS,ABS,AMT,EPS等构成了高速CAN网络,通讯速度设定为500kbps.图1中,BODY为车身控制器(包括中央门锁和车窗等的控制),IP为显示仪表控制器以显示车速、挡位等信息,SEAT为座椅控制器,LIGHT为车灯控制器,这几个控制器构成了低速CAN总线网络.高速和低速CAN的通讯通过VMS网桥进行高速低速网络之间的信息交换.3.2 网络节点优先级编码对其中一个节点的电路、报文发送、接收等进行设计,车用网络拓扑结构中各节点编码见表1.图1 车载网络拓扑表1 优先级编码表参数组符号参数组描述优先级数据页PF PS SA参数组数码P GN数据字节PDU编码EMS发动机控制3000010B0000008300C010B ABS制动器控制300F030A0000018303F030A AM T变速器控制3001040B00FF0018300D440B EPS转向控制3001060400F0058300D0604 BOD Y车身控制300F050300F0038303F0503B IP显示600F050300F0048603F0503 SEA T座椅控制6001020400F0038600D0204 L IGA T灯光控制600F030400F0068603F0304由编码表1可知,依据二进制标识符的大小确定各节点的优先级,优先级从高到低依次为:发动机控制、转向控制、变速器控制、制动器控制、车身控制、座椅控制、灯光控制、显示等.4 CAN节点硬件电路及软件结构设计4.1 硬件电路设计车用网络节点数为8个,现在仅对其中一个节点进行设计.单智能节点设计总电路图如图2所示.56第4期 李玉明,等:基于CAN总线的车载网络节点设计4.2 软件设计CAN 总线节点的设计主要包括三大部分:CA控制器初始化、报文发送和报文接收.4.2.1 CAN 控制器的初始化SJ A1000的初始化只有在复位模式下才可以进行.初始化主要包括工作方式的设置、接收滤波方式的设置、接收屏蔽寄存器AMR和接收代码寄存器图2 总电路图ACR 的设置、波特率参数设置和中断允许寄存器IER 的设置等.在完成S J A1000的初始化设置后,S J A1000就可以回到工作状态,进行正常的通信任务.CAN 控制器SJ A1000在正式收发信号之前必须进行初始化设置.而S J A1000的功能设置项较多,极易出错,因此把SJ A1000控制器的初始化过程作为一个重要环节[3],其流程图如图3所示.4.2.2 CAN 总线上数据的发送和接收发送子程序负责节点报文的发送.发送时用户只需将待发送的数据按特定格式组合成一帧报文,送入S J A1000发送缓冲区中,然后启动SJ A1000发送即可.当然在向S J A1000发送缓存区送报文之前,必须先做一些判断.发送数据采用查询控制方式[4],将新信息放进发送缓冲器之前主控制器必须检查状态寄存器中的发送缓冲器状态标志TBS :当发送缓冲器被锁定,定期查询状态寄存器,主控制器等待,直到发送缓冲器被释放;当发送缓冲器被释放,主控制器将新信息写入发送缓冲器,并置位命令寄存器中的发送请求TR.标志,此时S J A1000将启图3 S J A1000初始化流程图动发送.发送信息查询控制流程如图4所示.接收子程序负责节点报文的接收以及其他情况66山东理工大学学报(自然科学版)2008年 的处理.接收子程序比发送子程序要复杂一些,因为在处理接受报文的过程中,同时要对诸如总线脱离、错误报警、接收溢出等情况进行处理.S J A1000保文的接收主要有两种方式:中断接收方式和查询接收方式.如果对通信的实时性要求不强,建议采用查询接收方式.两种接收方式编程的思路基本相同.接收数据如果采用中断方式,根据CAN 协议规定,信息的接收由CAN 控制器SJ A1000独立完成.如果SJ A1000已接收一条信息,这条信息已通过验收滤波器且已放在接收FIFO 中,那么会产生一个接收中断.因此,主控制器能立刻起作用,将接收到的信息送到信息存储器,然后通过对命令寄存器的相应图4 发送信息查询控制流程图标志RRB 置位,释放接收缓冲器.本设计采用中断方式接收[4],中断接收流程图如图5所示.图5 接收信息中断控制流程图5 结束语本文对CAN 总线通信原理和总线数据接收、发送进行了详细的研究,提出了汽车网络拓扑中单智能节点的设计方案,进行了车载网络CAN 总线优先级编码,为车载CAN 总线开发设计奠定了基础.参考文献:[1]饶运涛,邹继军.现场总线CAN 原理与应用技术[M ].北京:北京航空航天大学出版社,2003.[2]宋雪桦,孔缝.汽车发动机电控单元高速CAN 通讯模块研制[J ].计算机工程与设计,2006,27(9):158821590.[3]欧德翔,汪至中.基于CAN 总线分布式控制系统智能节点的设计[J ].现场总线技术,2002,(5):19221.[4]Zhu Yuan ,Wu Hao ,Tian Guangyu.Cont rol and communicationnetwork in hybrid fuel cell vehicles [J ].Tsing Hua science and technology ,2004,9(3):3452350.76第4期 李玉明,等:基于CAN 总线的车载网络节点设计。
电动汽车上CAN报文解析电动汽车，以电池和电机系统取代了内燃机汽车的发动机系统，使得汽车上主要的结构和电气件发生了很大变化。
在传统汽车上已经比较成熟的CAN总线技术，电动汽车仍然需要作出必要调整才能够使用。
1电动汽车的CAN协议常用车辆CAN总线通讯协议，大多直接采用SAE-J1939的形式制定。
电动汽车首先遇到了电池系统，电机系统等新加入电气需要重新设定PGN 码等问题。
CAN协议始终处在诸侯割据的状态。
在过去的几年中，国家及相关机构也一直在对电动汽车的CAN通讯协议进行研究，希望形成统一的协议体系。
统一的CAN协议，首先是零部件供应商的福音。
当前主流主机厂，每家都有自己的整车通讯协议，各个供应商，需要根据整车厂的定义，修改零部件的CAN协议。
制定电动汽车的CAN协议，基本的思路是在SAE-J1939的基础上，根据自身电动汽车的需求，做出必要的调整。
1.1 原则常用的CAN总线协议标准SAE-J1939中，标准给OSI（开放系统互联参考模型）定义成七层：物理层，数据链路层，网络层，传输层，会话层，表示层，应用层。
其中物理层和数据链路层是最基础的两层，在标准ISO 11898中进行定义，并且不可变更。
而SAE-J1939定义了应用层的相关会话规则，所谓通讯协议。
因此我国的CAN 通信协议的制定主要包括物理层和应用层协议两个方面，其中最主要的工作还是集中在应用层上。
1.2 物理层物理层对一系列硬件参数进行了规定，包含总线供电电压、接入系统设备数目、允许的连接器类型、线缆长度以及波特率等。
我们的物理层特性基本完全继承J1939物理层规范，相应的，参数基本与J1939保持一致。
比如CAN2.0B，接入系统的设备书目，最多30个；终端电阻阻值120欧姆，波特率250bits，线束建议采用双绞线、同轴电缆等等。
1.3 应用层应用层主要规定的内容包括：标识符的分配，报文的发送和接收规则，系统内节点的优先级分配等等。
