基于CANoe數(shù)據(jù)回放測試的研究和分析

李志濤（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心　　河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定　071000）

基于CANoe數(shù)據(jù)回放測試的研究和分析

李志濤
（長城汽車股份有限公司技術(shù)中心河北省汽車工程技術(shù)研究中心，河北 保定071000）

隨著電子電器技術(shù)的發(fā)展與測試技術(shù)的突飛猛進(jìn)，在汽車測試領(lǐng)域，數(shù)據(jù)回放成為了數(shù)據(jù)處理、分析的重要技術(shù)手段，數(shù)據(jù)回放技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。本文介紹基于CANoe軟件的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理分析功能，在線回放預(yù)先采集的車輛通信數(shù)據(jù)，進(jìn)行相關(guān)動態(tài)測試及總線對標(biāo)測試的方法。

CANoe；數(shù)據(jù)回放；CAN總線

數(shù)據(jù)回放技術(shù)，作為現(xiàn)代信號檢測技術(shù)的重要組成部分，是數(shù)據(jù)采集技術(shù)的后續(xù)和衍生。其與數(shù)據(jù)采集技術(shù)、信號處理技術(shù)相結(jié)合，已在雷達(dá)、通信、水聲遙測、遙感、地震勘測等許多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用［1］。隨著汽車電子電器技術(shù)的發(fā)展以及車載數(shù)據(jù)采集技術(shù)的普及，大量車輛通信數(shù)據(jù)采集設(shè)備在車輛研發(fā)測試中的應(yīng)用，如何能快速有效、充分精確地應(yīng)用采集到的車輛通信數(shù)據(jù)，解決車輛開發(fā)測試中的問題，已經(jīng)成為數(shù)據(jù)回放技術(shù)的研究重點(diǎn)之一。

1　數(shù)據(jù)回放概述

20世紀(jì)90年代至今，數(shù)據(jù)采集技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也從開始的實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)方面邁向了軍事領(lǐng)域、航空以及高端的電子設(shè)備，其中數(shù)據(jù)的記錄與數(shù)據(jù)的回放始終扮演著不可或缺的角色。目前，數(shù)據(jù)回放技術(shù)采用的開發(fā)工具主要包括：Visual C++、PCI（Peripheral Component Interconnect：外部部件互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)）總線、Matlab［2］，開發(fā)相應(yīng)工具對采集記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行回放、分析。國內(nèi)外的研究方向均主要集中在軍事、航空、工業(yè)領(lǐng)域，在汽車領(lǐng)域主要進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而輔助進(jìn)行問題的排查判定，其發(fā)展趨勢向?qū)崟r數(shù)據(jù)一致、快速數(shù)據(jù)回放、高精度同步、簡捷易分析不斷邁進(jìn)?？紤]到數(shù)據(jù)回放技術(shù)的通用性和易移植特點(diǎn)，故對基于CANoe數(shù)據(jù)回放技術(shù)在汽車測試領(lǐng)域的研究具有重要意義。

CANoe做為專業(yè)的總線開發(fā)測試工具，不但具有強(qiáng)大的總線設(shè)計仿真功能，而且在總線測試領(lǐng)域具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理與分析功能，通過軟件中相應(yīng)的功能模塊可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回放處理，如基于軟件中的Measurement setup（測量模塊）與ReplayBlock（回放模塊）窗口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)離線與在線回放［3］功能。

1）測量模塊數(shù)據(jù)回放功能Measurement setup窗口如圖1所示。本功能模塊主要在離線狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的回放與分析。配置CANoe軟件環(huán)境為離線模式，在測量模塊窗口左側(cè)的文件夾圖標(biāo)中導(dǎo)入采集的數(shù)據(jù)文件，運(yùn)行CANoe環(huán)境，相應(yīng)回放數(shù)據(jù)可直接回放至右側(cè)對應(yīng)的統(tǒng)計窗口 （Statistics）、總線統(tǒng)計窗口 （Bus Statistics）、數(shù)據(jù)監(jiān)控窗口（Trace）、數(shù)據(jù)窗口（Date）、圖形窗口（Graphics）。數(shù)據(jù)回放時，靈活應(yīng)用各窗口的數(shù)據(jù)分析功能，實(shí)現(xiàn)對采集數(shù)據(jù)的強(qiáng)大處理功能，如總線數(shù)據(jù)信息狀態(tài)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)值分析、數(shù)據(jù)趨勢圖形繪制等，可便捷地獲取所關(guān)注數(shù)據(jù)值的信息，協(xié)助問題排查及原因判定。

圖1　Measurement setup窗口

2）回放模塊的數(shù)據(jù)回放功能Replay Block（回放模塊）應(yīng)用如圖2所示。此功能模塊可在連接真實(shí)控制器節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的在線回放。數(shù)據(jù)回放時把采集的數(shù)據(jù)回放至與真實(shí)節(jié)點(diǎn)連接的子網(wǎng)上，真實(shí)節(jié)點(diǎn)可接收響應(yīng)回放數(shù)據(jù)。打開Simulation setup（仿真配置）窗口，添加ReplayBlock（回放模塊）模塊，在回放模塊中導(dǎo)入預(yù)先采集的數(shù)據(jù)信息文件，完成回放模塊的配置，運(yùn)行CANoe環(huán)境，實(shí)現(xiàn)基于回放模塊的在線數(shù)據(jù)回放測試功能。

2　基于數(shù)據(jù)回放的電器功能測試

車輛開發(fā)設(shè)計中要開展大量實(shí)車路試工作，測試驗(yàn)證相應(yīng)電器零部件電器功能，需投入大量的財力和物力，協(xié)調(diào)眾多資源，成本巨大［4］。為實(shí)現(xiàn)早期測試驗(yàn)證，縮短測試周期，節(jié)約成本，可通過采集真實(shí)的路試數(shù)據(jù)，構(gòu)建路試圖譜，基于這些真實(shí)的路試數(shù)據(jù)，采用CANoe軟件的回放技術(shù)，進(jìn)行基于數(shù)據(jù)回放的車輛電器功能測試與驗(yàn)證。

如AFS（Adaptive front light system，自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)）作為車輛上使用頻率較高的高科技配置，需進(jìn)行大量的路試測試，驗(yàn)證其電器功能的正確性。該系統(tǒng)需選擇不同路試條件與環(huán)境，驗(yàn)證系統(tǒng)的照明調(diào)整是否正確，如彎道隨動調(diào)節(jié)、動態(tài)自動調(diào)節(jié)、高速公路照明調(diào)節(jié)、城市道路照明調(diào)節(jié)、惡劣天氣照明調(diào)節(jié)及左右側(cè)行駛模式切換后照明調(diào)整等。通常情況下，在不應(yīng)用HIL（Hardware inloop硬件在環(huán)）測試設(shè)備的情況下，很難實(shí)現(xiàn)相應(yīng)測試環(huán)境模擬、數(shù)據(jù)模型及詳細(xì)策略的仿真，因此，可應(yīng)用數(shù)據(jù)回放測試技術(shù)，對AFS進(jìn)行燈光調(diào)整功能的測試與驗(yàn)證。

1）實(shí)車路試數(shù)據(jù)圖譜建立在實(shí)車路試時，存儲相應(yīng)路試工況與環(huán)境下的總線通信數(shù)據(jù)，并對相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理，建立對應(yīng)路試工況的數(shù)據(jù)文件，構(gòu)建AFS燈光調(diào)整路試數(shù)據(jù)圖譜。實(shí)車路試圖譜如圖3所示。

圖3　　實(shí)車路試圖譜

2）實(shí)車測試環(huán)境配置在仿真窗口中添加回放模塊，導(dǎo)入采集的路試圖譜數(shù)據(jù)文件，添加SF（software filter，軟件過濾），濾除相應(yīng)路試圖譜數(shù)據(jù)中的所有AFS總線數(shù)據(jù)，配置回放數(shù)據(jù)文件觸發(fā)方式及條件；應(yīng)用CANoe硬件接口 （CANcaseXL）建立與實(shí)車的連接，實(shí)車電源模式切換至車輛工作狀態(tài)，同時應(yīng)用CANoe發(fā)送定義的UDS（Unified diagnostic serices，標(biāo)準(zhǔn)診斷服務(wù)）診斷服務(wù)，禁止車輛上除AFS以外所有控制器的總線數(shù)據(jù)收發(fā)功能。完成CANoe軟硬件與標(biāo)桿車輛連接的配置和實(shí)車上相應(yīng)真實(shí)控制器節(jié)點(diǎn)總線數(shù)據(jù)收發(fā)功能的配置［5］。實(shí)車測試環(huán)境配置如圖4所示。

3）實(shí)車數(shù)據(jù)回放測試依據(jù)配置文件的觸發(fā)方式及條件，在實(shí)車靜止?fàn)顟B(tài)下，依次運(yùn)行采集的真實(shí)路試數(shù)據(jù)圖譜文件，同時觀察在依次回放相應(yīng)路譜文件時，AFS前照燈調(diào)整功能是否與期望調(diào)整結(jié)果一致，從而在不應(yīng)用先進(jìn)測試設(shè)備、無需構(gòu)建測試模型與設(shè)計復(fù)雜測試邏輯的條件下，實(shí)現(xiàn)在車輛靜止?fàn)顟B(tài)時，AFS系統(tǒng) “動態(tài)路試”下燈光調(diào)整功能的測試驗(yàn)證。

3　基于數(shù)據(jù)回放的總線對標(biāo)測試

車輛CAN總線所處電磁環(huán)境比較惡劣，尤其某些車輛具有高電壓、大電流和多功率器件特性，電磁環(huán)境更加惡劣，給CAN總線設(shè)計帶來很大挑戰(zhàn)［6］。在車輛總線開發(fā)設(shè)計中，對標(biāo)桿車輛進(jìn)行逆向測試是收集標(biāo)桿車數(shù)據(jù)參數(shù)的重要技術(shù)方法。同樣總線開發(fā)中，為明確標(biāo)桿車相應(yīng)總線開發(fā)需求、策略、邏輯定義等，可進(jìn)行標(biāo)桿車輛測試，分析獲取標(biāo)桿車的相關(guān)技術(shù)參數(shù)信息，指導(dǎo)總線開發(fā)及相應(yīng)問題的解決。應(yīng)用基于CANoe軟件的數(shù)據(jù)回放功能，同時結(jié)合使用標(biāo)桿車專用故障診斷工具，來實(shí)現(xiàn)標(biāo)桿車輛的總線對標(biāo)測試，如DLC（Date length code，數(shù)據(jù)長度編碼）故障監(jiān)控策略、報文超時監(jiān)控策略、信號值故障處理等［7］。3.1總線子網(wǎng)數(shù)據(jù)文件庫建立與分析

在標(biāo)桿車輛總線通信工作模式下，連接CANoe軟件采集記錄標(biāo)桿車各子網(wǎng)總線數(shù)據(jù)文件，建立標(biāo)桿車各子網(wǎng)數(shù)據(jù)記錄文件庫 （PT_CAN——動力傳動CAN子網(wǎng)、CF_CAN——舒適CAN子網(wǎng)、AD_CAN——輔助CAN子網(wǎng)、XX_CAN——其他CAN子網(wǎng)）。如圖5所示。

圖4　　實(shí)車測試環(huán)境配置

圖5　　各子網(wǎng)總線數(shù)據(jù)記錄文件

應(yīng)用CANoe軟件監(jiān)控總線各子網(wǎng)上的總線數(shù)據(jù)，對標(biāo)桿車各子網(wǎng)上的控制器進(jìn)行移除操縱，同時監(jiān)測CANoe軟件數(shù)據(jù)窗口，記錄在總線子網(wǎng)上相應(yīng)控制器移除后，從CANoe軟件數(shù)據(jù)窗口上消失的總線報文幀ID（Identifier，識別號），依次對標(biāo)桿車各總線子網(wǎng)上控制器進(jìn)行移除操作，同時記錄控制器移除后對應(yīng)離線的總線報文幀ID，初步判定各控制器發(fā)送的報文幀ID與總線報文幀數(shù)量。

在CANoe數(shù)據(jù)窗口監(jiān)測總線數(shù)據(jù)發(fā)送情況，基于總線開發(fā)、測試經(jīng)驗(yàn)，初步判斷相應(yīng)總線報文幀中是否應(yīng)用RC（Roullingcounter，循環(huán)計數(shù)）與CS （Ch-ecksum，校驗(yàn)和）邏輯。

3.2標(biāo)桿控制器確定與標(biāo)桿數(shù)據(jù)處理

在采集的子網(wǎng)數(shù)據(jù)文件庫中選取對標(biāo)控制器。對該控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)報文幀進(jìn)行處理，如標(biāo)桿對象選擇確定為PT（Power transmission，動力傳動）子網(wǎng)中某控制器，結(jié)合初步分析判斷結(jié)果，在PT子網(wǎng)數(shù)據(jù)文件中對該標(biāo)桿控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)報文幀進(jìn)行處理，改寫該標(biāo)桿控制器相應(yīng)數(shù)據(jù)報文幀的DLC、RC、CS、SN（Signal，信號）、TO（Time out）等參數(shù)。刪除發(fā)送時序中部分總線報文幀。建立相應(yīng)標(biāo)桿測試數(shù)據(jù)圖譜文件（PT_CAN_BM——PT_CAN子 網(wǎng) 標(biāo) 桿 數(shù) 據(jù) 、PT_CAN_CS——PT_CAN子網(wǎng)Checksum數(shù)據(jù)文件、PT_CAN_DLC——PT_CAN子網(wǎng)數(shù)據(jù)長度編碼數(shù)據(jù)文件、PT_CAN_RC——PT_CAN子網(wǎng)RC數(shù)據(jù)文件、PT_CAN_SN——PT_CAN子 網(wǎng) 信 號 數(shù) 值 文 件 、PT_CAN_TO——PT_CAN子網(wǎng)報文超時數(shù)據(jù)文件），如圖6所示。

圖6　　標(biāo)桿測試數(shù)據(jù)圖譜

3.3標(biāo)桿車測試環(huán)境配置

在標(biāo)桿車輛上選取標(biāo)桿控制器，并在標(biāo)桿車輛上移除該控制器。通過CANoe硬件接口 （CANcaseXL）建立與標(biāo)桿車的連接，同時連接標(biāo)桿車輛專用故障診斷工具。ReplayBlock窗口配置如圖7所示。在CANoe仿真窗口中添加回放模塊，導(dǎo)入采集的標(biāo)桿車圖譜數(shù)據(jù)文件，添加SF濾除回放文件中標(biāo)桿控制器以外的數(shù)據(jù)報文，配置回放數(shù)據(jù)文件觸發(fā)方式及條件；完成軟硬件配置與連接。

圖7　ReplayBlock窗口配置

4　結(jié)論

經(jīng)過多次運(yùn)用與實(shí)踐，該數(shù)據(jù)回放測試方法在長城H8 AFS動態(tài)電器功能測試與其它涉及動態(tài)數(shù)據(jù)環(huán)境的測試上進(jìn)行了良好應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了AFS的早期定性測試驗(yàn)證，同時在標(biāo)桿車總線對標(biāo)測試中得到廣泛應(yīng)用。此方法運(yùn)用靈活、便捷，提高了工作效率，降低了工作強(qiáng)度，可在有限資源的情況下，解決測試工作中的重大問題，提供了一種先進(jìn)、可行、有效的測試方法與理念。

本文研究的方向是經(jīng)過作者多年的實(shí)踐測試工作經(jīng)歷及經(jīng)驗(yàn)，把此數(shù)據(jù)回放方法巧妙地用于相關(guān)測試方向，解決了實(shí)踐測試工作過程中遇到的一些疑難問題，具有相應(yīng)的推廣與實(shí)踐價值。

3.4總線對標(biāo)測試與分析

標(biāo)桿車輛電源模式切換至總線工作模式，子網(wǎng)上各真實(shí)控制器開始發(fā)送總線報文幀，運(yùn)行CANoe回放模塊中的PT_CAN_BM數(shù)據(jù)文件 （PT_CAN_BM未對采集的標(biāo)桿控制器發(fā)送的報文進(jìn)行任何處理），回放標(biāo)桿控制器所發(fā)送的總線報文至子網(wǎng)上，然后應(yīng)用車輛診斷工具清除故障碼，再次讀取故障信息［8-9］。若有故障信息，記錄故障信息，然后分別在回放完P(guān)T_ CAN_BM數(shù)據(jù)文件后依次回放數(shù)據(jù)回放模塊中的PT_ CAN_CS、PT_CAN_DLC、PT_CAN_RC、PT_CAN_SN、PT_CAN_TO數(shù)據(jù)文件，在回放過程中同時應(yīng)用標(biāo)桿車輛故障診斷工具清除故障碼后讀取故障信息，進(jìn)行分析判定。

按如上方式，重復(fù)多次改寫PT_CAN_CS、PT_ CAN_DLC、PT_CAN_RC、PT_CAN_SN、PT_CAN_TO文件中的相應(yīng)數(shù)據(jù)參數(shù)信息，如CR數(shù)值、DLC長度、Checksum數(shù)值、信號值信息、刪除或增加部分特定報文信息，再次回放改寫的數(shù)據(jù)文件至總線子網(wǎng)上，同時應(yīng)用標(biāo)桿車輛故障診斷工具讀取標(biāo)桿控制器以外控制器存儲的故障信息，檢查改變每一數(shù)據(jù)值后，是否開始記錄故障信息、增加相應(yīng)故障信息、故障信息變化，從而判斷Checksum故障監(jiān)控策略、循環(huán)計數(shù)故障監(jiān)控策略、DLC故障監(jiān)控策略、信號數(shù)值故障監(jiān)控策略、報文超時故障監(jiān)控策略、跛行模式策略等。

通過回放采集的標(biāo)桿車數(shù)據(jù)文件，并對標(biāo)桿車數(shù)據(jù)文件進(jìn)行特定處理，結(jié)合標(biāo)桿車輛專用故障診斷工具的應(yīng)用，來進(jìn)行總線對標(biāo)測試，實(shí)現(xiàn)總線邏輯、策略對標(biāo)，獲取相應(yīng)參數(shù)及其策略，為總線開發(fā)并對解決總線相關(guān)問題提供重要參考。

附注釋

CANoe數(shù)據(jù)回放：把通過應(yīng)用相應(yīng)總線測試工具（如CANoe、Vspy3、Tells等）或總線記錄工具 （如Vector的GL1000、）采集的總線數(shù)據(jù)，用CANoe數(shù)據(jù)回放功能 （如上文所描述）進(jìn)行總線數(shù)據(jù)回放，主要用于通過回放這些采集的數(shù)據(jù)分析，排查相關(guān)問題。

［1］向科峰.基于LabVIEW的歷史數(shù)據(jù)回放設(shè)計［J］.裝備制造技術(shù).2011（6）：86-87.

［2］劉國立，等.Visual Basic程序設(shè)計［M］.北京：科學(xué)出版社，2003.

［3］Vector.CANoe_Manual_EN（Version 7.2）［M］.Germany：Vector Informatik GmbH.

［4］郭東文，金勇，樊秀云.基于CPCI總線的數(shù)據(jù)回放系統(tǒng)設(shè)計［J］.測控技術(shù)，2009，28（專）：128-130.

［5］王任重，陳凌珊.基于CANoe的車載通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與仿真［J］.上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報，2013，27（4）：338-342.

［6］唐鍵，鄒利寧，胡艷峰.整車CAN總線測試［J］.汽車電器，2014（12）：74-75.

［7］饒云濤，王進(jìn)宏，鄭勇蕓，等.現(xiàn)場總線CAN原理與應(yīng)用技術(shù)［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2003.

［8］ISO/DIS 15765-2：Road vehicles-diagnostics on controller area netwotks（CAN）［S］.

［9］ISO/DIS 15765-3：Road vehicles-diagnostics on controller area netwotks（CAN）［S］.

（編輯楊景）

Research and Analysis of Data Playback Test Based on CANoe

LI Zhi-tao
（R&D Center of Great Wall Motor Co.Ltd.，Automotive Engineering Technical Center of Hebei，Baoding 071000，China）

In the field of vehicle test，with the development of electronic and electric technology and the rapid advance of test technique，data playback becomes an important technique instrument of data processing and analysis. It has been used widely.The methods of related dynamic test and bus standard test are introduced through on-line playbacking the collected vehicle communication data based on the powerful data processing and analysis function of the CANoe software.

CANoe；playback；CAN bus

U463.6

A

1003-8639（2016）02-0048-04

2015-04-21；

2015-09-09

李志濤 （1983-），男，河北保定人，汽車測試工程師，主要研究方向?yàn)榭偩€網(wǎng)絡(luò)測試與車輛電器功能測試。