基于CANoe.car2x和Aurix的車聯(lián)網(wǎng)仿真及其實(shí)現(xiàn)

王小靜

摘 要

本文主要針對(duì)車輛無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題（車聯(lián)網(wǎng)通信），首先介紹了Vector公司CANoe軟件的新功能選項(xiàng)—CANoe.Car2x， 基于此實(shí)現(xiàn)了多節(jié)點(diǎn)之間的通信仿真，收到了預(yù)期的效果，為車聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步研究打下了基礎(chǔ)。除此之外，文章還介紹了車聯(lián)網(wǎng)通信所采用的一種新型的方法，即利用英飛凌的Aurix單片機(jī)上的以太網(wǎng)模塊，并實(shí)現(xiàn)了GPS信息的發(fā)送。

【關(guān)鍵詞】車聯(lián)網(wǎng)通信 CANoe.Car2x Aurix

1 引言

在當(dāng)今社會(huì)上，由于生活水平的提高，引發(fā)了車輛的驟增，久而久之就引起了一系列社會(huì)問(wèn)題，例如交通堵塞、停車?yán)щy、交通事故頻發(fā)等。因此，車輛的安全駕駛、交通管理和車輛間的信息交換（如自動(dòng)剎車信息、危險(xiǎn)告警、碰撞告警、位置信息、速度信息）等日益引起人們的關(guān)注。基于此，智能交通及車輛無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)等概念應(yīng)運(yùn)而生。車輛無(wú)線通信（Car2x）網(wǎng)絡(luò)主要是為了實(shí)現(xiàn)了兩方面的通信，即車與車，車與路邊基站。其主要應(yīng)用于車輛預(yù)警，車輛輔助駕駛 ， 車輛調(diào)度 ，車載娛樂(lè)與導(dǎo)航，智能交通，信息化服務(wù)等領(lǐng)域。

文獻(xiàn)[2]介紹了如何通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)的智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理。文獻(xiàn)[3] 主要對(duì)車載智能終端設(shè)備與系統(tǒng)進(jìn)行研究，并將其的實(shí)現(xiàn)過(guò)程進(jìn)行論證。車載終端主要包括在汽車的嵌入式終端上安裝有攝像機(jī)、GPS接收器以及無(wú)線網(wǎng)卡等，通過(guò)主控單元與運(yùn)行環(huán)境結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對(duì)外界環(huán)境的感知與數(shù)據(jù)傳輸；能夠利用汽車對(duì)感知影像的分析，自動(dòng)提取車道線、計(jì)算車輛之間的距離、利用編碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)極高的時(shí)效性、實(shí)現(xiàn)車與車之間的信息交互。

在此基礎(chǔ)上，本文利用Vector公司的CANoe.car2x實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)之間的通信，為車聯(lián)網(wǎng)的進(jìn)一步研究先奠定基礎(chǔ)，之后在英飛凌的Aurix芯片上實(shí)現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的發(fā)送。

2 基于CANoe建立車聯(lián)網(wǎng)仿真網(wǎng)絡(luò)

CANoe軟件廣泛應(yīng)用于汽車領(lǐng)域中，它是德國(guó)Vector公司開發(fā)的汽車總線開發(fā)軟件，是世界上應(yīng)用于CAN/LIN等總線產(chǎn)品中較為強(qiáng)大的工具之一，它具有測(cè)試、分析、仿真、記錄等功能，可通過(guò)Vector的CAN/LIN總線接口硬件實(shí)現(xiàn)虛擬總線與真實(shí)物理總線的連接[4]。而CAPL（CAN access programming language）語(yǔ)言是一種類C的面向事件編程語(yǔ)言，使用CAPL編程，來(lái)模擬實(shí)際物理節(jié)點(diǎn)的功能，收發(fā)數(shù)據(jù)幀，對(duì)數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，利用不同的虛擬節(jié)點(diǎn)配合相應(yīng)的CAPL代碼和人機(jī)交互界面，將收發(fā)的數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，就可以在計(jì)算機(jī)中仿真出與之相對(duì)應(yīng)的物理節(jié)點(diǎn)的功能，而無(wú)需連接真實(shí)的物理節(jié)點(diǎn)，這在產(chǎn)品開發(fā)的初期具有極其重要的意義。

下面介紹如何通過(guò)CANoe.Car2x仿真汽車之間的通信。為了模擬仿真車與車之間的信息通信，通過(guò)某一指定車輛發(fā)送位置信息到其他節(jié)點(diǎn)，然后在相關(guān)節(jié)點(diǎn)計(jì)算兩車之間的距離，實(shí)現(xiàn)V2V仿真。首先在CANoe的仿真界面搭建如下四個(gè)節(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)拓?fù)鋱D，分別為Car1，2，3 和RSU節(jié)點(diǎn)。同時(shí)建立一個(gè)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，并加載到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)當(dāng)中去。然后為每個(gè)節(jié)點(diǎn)配置其節(jié)點(diǎn)屬性，并加載支持Car2x的API函數(shù)文件C2X_IL.DLL。如圖2.1所示，

建立節(jié)點(diǎn)后，為每個(gè)節(jié)點(diǎn)建立所需的CAPL語(yǔ)言文件，保存在對(duì)應(yīng)的目錄下。同時(shí)建立一個(gè)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，并加載到網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)當(dāng)中去。然后為每個(gè)節(jié)點(diǎn)配置其節(jié)點(diǎn)屬性，并配置加載支持Car2x的API函數(shù)文件C2X_IL.DLL。

與CAN總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)不同的是，CANoe. Car2x提供了一系列的API函數(shù)，可以分別用于產(chǎn)生，設(shè)定，發(fā)送指定協(xié)議的數(shù)據(jù)包。對(duì)每個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)使用CAPL語(yǔ)言調(diào)用這些函數(shù)并進(jìn)行編程就可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送接收等功能。

2.1 報(bào)文的發(fā)送

在節(jié)點(diǎn)初始化函數(shù)中，調(diào)用函數(shù) C2xInitPacket （）（參數(shù)是ASN.1定義的應(yīng)用層協(xié)議） 產(chǎn)生一個(gè)指定協(xié)議的WLAN數(shù)據(jù)包，同時(shí)該函數(shù)返回一個(gè)句柄（handle），其他的函數(shù)可以通過(guò)這個(gè)句柄訪問(wèn)產(chǎn)生的WLAN數(shù)據(jù)包的具體內(nèi)容。

函數(shù)C2xSetTokenInt（）設(shè)置WLAN數(shù)據(jù)包中具體Token的值，通過(guò)調(diào)用這個(gè)函數(shù)我們可以任意的設(shè)置應(yīng)用層協(xié)議中的值。設(shè)置完畢后，在定時(shí)器中調(diào)用函數(shù)C2xCompletePacket（）和C2xOutputPacket（）。使用函數(shù)C2xCompletePacket（）創(chuàng)建完成數(shù)據(jù)包，參數(shù)是C2xInitPacket返回的句柄，創(chuàng)建完后調(diào)用C2xOutputPacket（）發(fā)送數(shù)據(jù)包，通過(guò)這兩條語(yǔ)句可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的定時(shí)發(fā)送，其他相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)就都能收到該節(jié)點(diǎn)發(fā)送的報(bào)文信息。

2.2 報(bào)文的接收

在同一個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以通過(guò)OnC2xPacket（）函數(shù)接受其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的WLAN報(bào)文。這是一個(gè)回調(diào)函數(shù)，僅僅當(dāng)收到數(shù)據(jù)包的時(shí)候被自動(dòng)調(diào)用。而不會(huì)被任何事件或函數(shù)所調(diào)用。

在回調(diào)函數(shù)中，通過(guò)調(diào)用函數(shù)C2xGetTokenInt（）可以得到指定協(xié)議的有效數(shù)據(jù)部分以及Token值。這樣我們就可以得到不同MAC地址發(fā)送的不同的數(shù)據(jù)，如GPS信息，速度信息等，來(lái)實(shí)現(xiàn)不同MAC地址和消息ID的識(shí)別和匹配。

2.3 程序運(yùn)行結(jié)果

程序編譯完成后，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)以廣播幀的形式實(shí)時(shí)的發(fā)送報(bào)文，包括GPS信息，StationID，車速以及源MAC地址等信息，與此同時(shí)，其他節(jié)點(diǎn)也可以實(shí)時(shí)的接受其他節(jié)點(diǎn)的信息。在本仿真程序中，選取Car3節(jié)點(diǎn)作為接收?qǐng)?bào)文的節(jié)點(diǎn)，因此可以計(jì)算出本節(jié)點(diǎn)與Car1節(jié)點(diǎn)和Car2節(jié)點(diǎn)以及RSU單元的相對(duì)距離，在Panel界面我們可以看到Car3節(jié)點(diǎn)與其他三個(gè)節(jié)點(diǎn)的距離信息。

圖2.2顯示的是仿真結(jié)果在Panel界面的顯示，包括Car3節(jié)點(diǎn)與其他三個(gè)節(jié)點(diǎn)的距離信息，Car3節(jié)點(diǎn)的經(jīng)緯度信息，速度信息等。

3 基于Aurix的Car2x的實(shí)現(xiàn)

為了在實(shí)際中實(shí)現(xiàn)上節(jié)的仿真，本節(jié)我們將Aurix和MK2的GPS相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，同時(shí)我們將GPS傳輸出來(lái)的信息傳到CANoe上，更加清楚的顯示所傳輸?shù)男畔?nèi)容。

Aurix是英飛凌科技股份公司近日宣布推出滿足汽車行業(yè)動(dòng)力總成和安全應(yīng)用要求的全新 32位多核單片機(jī)系列 。它包含多達(dá)三顆獨(dú)立 32位 TriCore處理內(nèi)核。由于具備出色的實(shí)時(shí)性能，以及嵌入式安全與防護(hù)功能，因此AURIX系列可用于汽車的各個(gè)領(lǐng)域。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用了Aurix TC275的以太網(wǎng)功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。同時(shí)，使用TC275的CAN0和CAN1節(jié)點(diǎn)進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)的傳輸。

MK2是Cohda為車聯(lián)網(wǎng)通信研發(fā)的一款ECU，集成了多種外設(shè)，可外接GPS設(shè)備，實(shí)時(shí)更新當(dāng)前的GPS信息。且MK2是基于Linux開源系統(tǒng)，基于這一系統(tǒng)的方便性，我們使用MK2上的GPS設(shè)備來(lái)獲取GPS信息，為了使得Aurix單片機(jī)能夠接收實(shí)時(shí)更新的GPS數(shù)據(jù)，需要同時(shí)在MK2的Linux系統(tǒng)里設(shè)置一個(gè)腳本文件，把MK2的GPS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為CAN數(shù)據(jù)，作為CAN0節(jié)點(diǎn)的輸入，再通過(guò)CAN1節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳送到以太網(wǎng)模塊，最后通過(guò)以太網(wǎng)將GPS發(fā)送出去。

將此Aurix設(shè)置好一個(gè)固定的IP地址，同時(shí)配置好以太網(wǎng)模塊和MultiCAN模塊，并寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理程序。當(dāng)MK2上電的時(shí)候，GPS會(huì)自動(dòng)獲取位置信息，通過(guò)運(yùn)4 研究結(jié)論

由于目前車聯(lián)網(wǎng)在我國(guó)仍處于起步階段，因此車聯(lián)網(wǎng)在我國(guó)仍然有很大的發(fā)展?jié)摿?。本篇論文的利用了英飛凌公司的Aurix單片機(jī)能很好的發(fā)送相應(yīng)的GPS數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)性高，開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)易，同時(shí)在接下來(lái)的研究階段能夠利用3G網(wǎng)絡(luò)，無(wú)疑是與當(dāng)前的移動(dòng)產(chǎn)業(yè)接軌，在以后的車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中能起到一定的作用，會(huì)是車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)優(yōu)選方案。

參考文獻(xiàn)

[1]許勇.車聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議研究和系統(tǒng)開發(fā)[J].桂林電子科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2010 （5） ： 83-85.

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[6]英飛凌推出車用32位多核單片機(jī)系列AURIX[J].中國(guó)集成電路，2012，（6）：7-7.

作者單位

同濟(jì)大學(xué)中德學(xué)院 上海市 201804

3 基于Aurix的Car2x的實(shí)現(xiàn)

為了在實(shí)際中實(shí)現(xiàn)上節(jié)的仿真，本節(jié)我們將Aurix和MK2的GPS相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，同時(shí)我們將GPS傳輸出來(lái)的信息傳到CANoe上，更加清楚的顯示所傳輸?shù)男畔?nèi)容。

Aurix是英飛凌科技股份公司近日宣布推出滿足汽車行業(yè)動(dòng)力總成和安全應(yīng)用要求的全新 32位多核單片機(jī)系列 。它包含多達(dá)三顆獨(dú)立 32位 TriCore處理內(nèi)核。由于具備出色的實(shí)時(shí)性能，以及嵌入式安全與防護(hù)功能，因此AURIX系列可用于汽車的各個(gè)領(lǐng)域。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用了Aurix TC275的以太網(wǎng)功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。同時(shí)，使用TC275的CAN0和CAN1節(jié)點(diǎn)進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)的傳輸。

MK2是Cohda為車聯(lián)網(wǎng)通信研發(fā)的一款ECU，集成了多種外設(shè)，可外接GPS設(shè)備，實(shí)時(shí)更新當(dāng)前的GPS信息。且MK2是基于Linux開源系統(tǒng)，基于這一系統(tǒng)的方便性，我們使用MK2上的GPS設(shè)備來(lái)獲取GPS信息，為了使得Aurix單片機(jī)能夠接收實(shí)時(shí)更新的GPS數(shù)據(jù)，需要同時(shí)在MK2的Linux系統(tǒng)里設(shè)置一個(gè)腳本文件，把MK2的GPS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為CAN數(shù)據(jù)，作為CAN0節(jié)點(diǎn)的輸入，再通過(guò)CAN1節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳送到以太網(wǎng)模塊，最后通過(guò)以太網(wǎng)將GPS發(fā)送出去。

將此Aurix設(shè)置好一個(gè)固定的IP地址，同時(shí)配置好以太網(wǎng)模塊和MultiCAN模塊，并寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理程序。當(dāng)MK2上電的時(shí)候，GPS會(huì)自動(dòng)獲取位置信息，通過(guò)運(yùn)4 研究結(jié)論

由于目前車聯(lián)網(wǎng)在我國(guó)仍處于起步階段，因此車聯(lián)網(wǎng)在我國(guó)仍然有很大的發(fā)展?jié)摿?。本篇論文的利用了英飛凌公司的Aurix單片機(jī)能很好的發(fā)送相應(yīng)的GPS數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)性高，開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)易，同時(shí)在接下來(lái)的研究階段能夠利用3G網(wǎng)絡(luò)，無(wú)疑是與當(dāng)前的移動(dòng)產(chǎn)業(yè)接軌，在以后的車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中能起到一定的作用，會(huì)是車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)優(yōu)選方案。

參考文獻(xiàn)

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[4] 黎善斌. 基于網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的CAN 實(shí)時(shí)性能研究[J].化工自動(dòng)化及儀表，2003，30（4）：1-6.

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[6]英飛凌推出車用32位多核單片機(jī)系列AURIX[J].中國(guó)集成電路，2012，（6）：7-7.

作者單位

同濟(jì)大學(xué)中德學(xué)院 上海市 201804

3 基于Aurix的Car2x的實(shí)現(xiàn)

為了在實(shí)際中實(shí)現(xiàn)上節(jié)的仿真，本節(jié)我們將Aurix和MK2的GPS相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，同時(shí)我們將GPS傳輸出來(lái)的信息傳到CANoe上，更加清楚的顯示所傳輸?shù)男畔?nèi)容。

Aurix是英飛凌科技股份公司近日宣布推出滿足汽車行業(yè)動(dòng)力總成和安全應(yīng)用要求的全新 32位多核單片機(jī)系列 。它包含多達(dá)三顆獨(dú)立 32位 TriCore處理內(nèi)核。由于具備出色的實(shí)時(shí)性能，以及嵌入式安全與防護(hù)功能，因此AURIX系列可用于汽車的各個(gè)領(lǐng)域。本實(shí)驗(yàn)應(yīng)用了Aurix TC275的以太網(wǎng)功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。同時(shí)，使用TC275的CAN0和CAN1節(jié)點(diǎn)進(jìn)行GPS數(shù)據(jù)的傳輸。

MK2是Cohda為車聯(lián)網(wǎng)通信研發(fā)的一款ECU，集成了多種外設(shè)，可外接GPS設(shè)備，實(shí)時(shí)更新當(dāng)前的GPS信息。且MK2是基于Linux開源系統(tǒng)，基于這一系統(tǒng)的方便性，我們使用MK2上的GPS設(shè)備來(lái)獲取GPS信息，為了使得Aurix單片機(jī)能夠接收實(shí)時(shí)更新的GPS數(shù)據(jù)，需要同時(shí)在MK2的Linux系統(tǒng)里設(shè)置一個(gè)腳本文件，把MK2的GPS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為CAN數(shù)據(jù)，作為CAN0節(jié)點(diǎn)的輸入，再通過(guò)CAN1節(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)傳送到以太網(wǎng)模塊，最后通過(guò)以太網(wǎng)將GPS發(fā)送出去。

將此Aurix設(shè)置好一個(gè)固定的IP地址，同時(shí)配置好以太網(wǎng)模塊和MultiCAN模塊，并寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理程序。當(dāng)MK2上電的時(shí)候，GPS會(huì)自動(dòng)獲取位置信息，通過(guò)運(yùn)4 研究結(jié)論

由于目前車聯(lián)網(wǎng)在我國(guó)仍處于起步階段，因此車聯(lián)網(wǎng)在我國(guó)仍然有很大的發(fā)展?jié)摿?。本篇論文的利用了英飛凌公司的Aurix單片機(jī)能很好的發(fā)送相應(yīng)的GPS數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)性高，開發(fā)環(huán)境簡(jiǎn)易，同時(shí)在接下來(lái)的研究階段能夠利用3G網(wǎng)絡(luò)，無(wú)疑是與當(dāng)前的移動(dòng)產(chǎn)業(yè)接軌，在以后的車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中能起到一定的作用，會(huì)是車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個(gè)優(yōu)選方案。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

同濟(jì)大學(xué)中德學(xué)院 上海市 201804