基于手動測試硬件的BUS OFF自動化測試解決方案

李林澤，孟 鑫，徐 嫚，黃祖朋，謝佶宏，邵 杰

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545007）

引言

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶動了汽車電子技術(shù)的進步，其在汽車行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，使汽車操作更為安全、穩(wěn)定。CAN網(wǎng)絡(luò)是汽車普遍使用的一種通信技術(shù)，在系統(tǒng)內(nèi)汽車能夠接收不同的數(shù)據(jù)信息，以及發(fā)送數(shù)據(jù)信息，CAN 網(wǎng)絡(luò)推動了汽車計算機網(wǎng)絡(luò)走向了更高的發(fā)展領(lǐng)域[1]。隨著新能源汽車的崛起，越來越多的新功能、新科技搭載在新能源汽車上，從而導(dǎo)致上 CAN節(jié)點增多。各主機廠為了管理數(shù)量龐大的CAN節(jié)點，會根據(jù)ISO 11898及ISO 11595標準協(xié)議制定更符合整車項目的 CAN通訊策略來管控 CAN網(wǎng)絡(luò)上的各節(jié)點。為了保證零部件廠商開發(fā)出的上 CAN節(jié)點軟件及硬件能夠滿足主機廠的CAN通訊策略，需要對CAN節(jié)點進行零件級、系統(tǒng)級、整車級三項 CAN網(wǎng)絡(luò)測試。為了更好地完成這項工作，本文結(jié)合工作實踐經(jīng)驗，提出了一種新的測試方案，該方案具有搭載簡單、操作簡單、拓展性強、可自動化等優(yōu)點，不僅解放人力和物力上的投入，大大減少測試周期，提高效率，降低成本，而且使測試更加規(guī)范化、標準化，減少由于人為的操作失誤引起的錯誤結(jié)果[2]。

1 BUS OFF簡介

CAN總線的協(xié)議規(guī)定，ECU在總線上發(fā)送報文，若出現(xiàn)發(fā)不出去的情況，ECU會立刻嘗試重新發(fā)送，當連續(xù)255次無法發(fā)送，ECU自己進入總線關(guān)閉模式，即BUS OFF，該狀態(tài)下，ECU是無法發(fā)送報文的。ECU在自己內(nèi)部檢測到BUS OFF后，從邏輯上退出了總線，暫時不影響其他節(jié)點通訊，由于ECU自身也不明白是什么原因?qū)е翨US OFF，于是在內(nèi)部記錄“xx年xx月xx日xx時xx分xx秒，汽車電量、里程、xx是多少”，“我”BUSOFF了，即故障診斷。然后ECU開始計時，達到特定時間后，重啟自身的CAN模塊，這一套具體的恢復(fù)規(guī)則，即故障恢復(fù)機制。

2 測試方案系統(tǒng)搭建

以零件級測試為例，如表1所示，所述系統(tǒng)包括：并聯(lián)在雙絞線即 CAN總線上的一個以上的 CAN節(jié)點和型號為VH6501的CAN總線干擾儀、供電的電源及開關(guān)，通過USB線與CAN總線干擾儀相連的安裝了CANoe軟件的上位機。

表1 硬件單元表

若為整車級測試，電源、開關(guān)替換為整車KL30電源，CAN節(jié)點替換為整車節(jié)點，即CAN總線干擾儀直接接入整車CAN網(wǎng)段。

以零件級測試舉例說明，連接方式如圖1所示，CAN節(jié)點是連接在 CAN總線上的電子設(shè)備，如汽車上的車身控制器、防制動抱死控制器和電機控制器等。CAN節(jié)點的數(shù)量可以是一個，也可以是多個，并且可以同時對多個 CAN節(jié)點進行故障檢測。因此，為了提高檢測效率，一般會設(shè)置多個CAN節(jié)點。

圖1 硬件連接圖

電源是為 CAN節(jié)點工作供電的，一般采用穩(wěn)壓電源。開關(guān)用來控制電源供電的通斷，串聯(lián)在電源正極和 CAN節(jié)點之間。

CAN總線干擾儀連接在 CAN總線上，通過干擾 CAN節(jié)點發(fā)送的報文數(shù)據(jù)中的特定的位或者特定位的特定長度（最小6.25 ns），如某個位是“1”的，將其干擾為“0”，實現(xiàn)其干擾功能。通過驗證 CAN節(jié)點發(fā)送錯誤數(shù)據(jù)所處的狀態(tài)（主動錯誤狀態(tài)、被動錯誤狀態(tài)、總線關(guān)閉Bus Off狀態(tài)）、采樣點位置是否符合規(guī)范定義判斷其受干擾情況。CAN總線干擾儀可采用德國Vector公司生產(chǎn)的VH6501。VH6501的前身CANstress是Vector早期針對傳統(tǒng)CAN的總線干擾儀產(chǎn)品，只有干擾功能，不能同時監(jiān)控總線上的CAN報文數(shù)據(jù)，如果采用CANstress進行Bus Off故障檢測，還需要設(shè)置一個CAN報文監(jiān)控設(shè)備。由于干擾設(shè)備與監(jiān)控設(shè)備分離，使CANstress對一個CAN節(jié)點實施干擾后，需重新進行干擾配置才能對其它CAN節(jié)點實施干擾。VH6501是新一代總線干擾儀，在CANstress的功能上進行了升級和擴展。一方面，VH6501可用作干擾儀，在上位機上導(dǎo)入事先編寫好的軟件腳本、DBC數(shù)據(jù)庫，然后打開軟件腳本相關(guān)的panel工具，輸入待測試 CAN節(jié)點，發(fā)送干擾信號對報文進行干擾；另一方面，VH6501可在上位機的CANoe軟件控制下，監(jiān)控總線上的CAN報文數(shù)據(jù)，生成記錄文件（Trace文件）。

3 測試方案系統(tǒng)軟件實現(xiàn)

如上所述，VH6501要實現(xiàn)干擾，需要導(dǎo)入事先編寫好的軟件腳本、DBC數(shù)據(jù)庫，然后打開軟件腳本相關(guān)的panel工具，其中軟件腳本是本測試方案系統(tǒng)的主要軟件部分。沒有腳本就無法驅(qū)動 VH6501，它不像 CANstress有個專屬的APP去操控，所以通過編寫CANoe腳本，包括操作界面設(shè)計，即可實現(xiàn)操作的邏輯（干擾模式、干擾報文信息、運行、停止、保存等等），再導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫，結(jié)合調(diào)用干擾報文相關(guān)的函數(shù)并設(shè)置循環(huán)，即可實現(xiàn)自動化測試甚至自動化解析。具體操作流程為：連接VH6501硬件，在CANoe總線仿真界面創(chuàng)建VH6501的仿真節(jié)點，從仿真節(jié)點進入CANoe軟件自帶的腳本編輯器CAPL Browser，也可以導(dǎo)入編寫好的腳本。腳本使用CALP語言編寫，協(xié)議中有相關(guān)函數(shù)直接調(diào)用來配置干擾模式及作出干擾動作，然后還要使用CANoe內(nèi)部的panl設(shè)計工具設(shè)計一款對應(yīng)腳本軟件的人機交互界面，使用環(huán)境變量將腳本代碼和界面關(guān)聯(lián)起來，這只是對ECU簡單地進行干擾，由于用代碼進行的驅(qū)動，可以繼續(xù)豐富代碼來實現(xiàn)自動化測試，即將運行、監(jiān)控、停止、保存的邏輯代碼寫好，導(dǎo)入待測車型的整車DBC數(shù)據(jù)庫文件，DBC里面定義好車型中的節(jié)點 ID及收發(fā)報文的信息，程序中設(shè)置每次測試干擾的報文就從 DBC中讀取，以及測試完成后以節(jié)點名稱、報文ID命名trce文件及自動保存，此過程代替了手動輸入節(jié)點名稱和報文ID的操作。過程如圖2所示。

圖2 干擾流程圖

4 分析測試結(jié)果

在測試過程中在上位機上保存了trce文件，對其中的數(shù)據(jù)進行分析，判斷是否滿足標準要求。圖3為BUS OFF恢復(fù)時序圖，標準中對BUS OFF故障通訊行為及恢復(fù)機制有以下評價標準：（1）上電/復(fù)位后，連續(xù)BUS OFF標志被設(shè)置為0，第1次BUS OFF屬于首次BUS OFF，所以要求T1小于 40 ms，越快越好。（2）如果t6大于 100 ms，則連續(xù)BUS OFF標志位被設(shè)置為0，那么第6次BUS OFF仍然屬于首次BUS OFF。（3）如果t6小于100 ms，則連續(xù)BUS OFF標志位被設(shè)置為1，那么第6次BUS OFF仍然屬于連續(xù)BUS OFF。（4）在極限情況下，當BUS OFF恢復(fù)后無正常報文發(fā)送時，即報文發(fā)送與下一次BUS OFF之間的時間不等于0 ms（t 6=0 ms），所以要求 T2、T3、T4、T5、T7、T8、T9、均在200±30 ms范圍內(nèi)。

圖3 BUSOFF恢復(fù)時序圖

用 CANoe軟件回放功能，可分析數(shù)據(jù)是否滿足標準定義。

5 結(jié)束語

CAN網(wǎng)絡(luò)測試的自動化，不僅節(jié)省了人力物力，還很大程度地提升了測試效率。雖說自動化測試能帶來的好處很多，但是由于成本的原因，實際上部分測試項的復(fù)雜度還很高，自動化程度并不是越高越好。比如，整車的CAN網(wǎng)絡(luò)測試，問題點變化大，自動化測試設(shè)備很難分析得出預(yù)期的結(jié)果。本文描述的自動化測試系統(tǒng)，實際上就是基于純手動測試的硬件實現(xiàn)的。導(dǎo)入自動化的腳本，成本上沒有增加，卻比使用網(wǎng)絡(luò)自動化測試的板卡的設(shè)備性價比更高。本文提出的低成本自動化測試方案，為主機廠提高測試能力提供了的新方向。