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[转帖]高效的汽车总线测试方案浅析

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发表于 2008-12-7 20:16:01 | 显示全部楼层 |阅读模式

集成电路和单片机在汽车上的广泛应用,使汽车上的电子控制单元越来越多,例如电子燃油喷射装置、防抱死制动装置(ABS)、安全气囊装置、电控门窗装置和主动悬架等。如果仍采用常规布线方式,即电线一端与开关相接,另一端与用电设备相通,将导致车上电线数目急剧增加,同时复杂电路也降低了汽车可靠性,增加了维修难度。为解决这一问题,并适应汽车功能不断增加、可靠性要求不断提高以及价格不断下降的趋势,越来越多的电子控制单元(ECU)将被引入到汽车工业中。目前,在高端汽车中一般会有50个以上的ECU。为了使这些ECU能够在一个共同的环境下协调工作,也为了进一步降低成本,人们设计了针对汽车通信网络的总线协议。
  目前,全世界有多达40多种车辆网络标准:控制区域网CAN、局部互联协议LIN(Local Interconnect Protocol),正在发展中的汽车网络技术还有高速容错网络协议FlexRay,用于汽车多媒体和导航的MOST(Media Oriented System Transport,媒体定向系统传输),以及与计算机网络兼容的蓝牙、无线局域网等无线网络技术。汽车通信网络还可以划分为四个不同的领域,车身控制系统、高安全的线控系统、低端控制系统和娱乐信息系统,每个领域都有其独特的要求。
  通过CAN、LIN、FlexRay、MOST等总线构建车载电子系统,测试工作是非常重要的一个环节。当通过串行总线进行通信时,产生的错误主要分为两种:(1)由于电气信号不稳定、电子干扰而导致的物理层错误;(2)由于控制芯片发出的信号不正确而导致的协议错误。日本横河电机公司开发研制的车载串行总线分析仪SB5000,具有1GHz的模拟带宽,5GS/s的实时采样率以及32位的逻辑分析,针对CAN、LIN、FlexRay等车载总线可实现自动触发、实时协议分析、自动识别、设置等功能,为车载总线的开发测试提供了完整的解决方案。下面以CAN、FlexRay总线为例,具体说明如何实现高效的汽车总线测试。
  CAN总线的控制器是根据CAN_H和CAN_L两根线上的电位差来判断总线电平。总线电平分为显性电平和隐性电平,二者必居其一。发送方通过使总线电平发生变化,将消息发送给接收方,如图1所示。

  在CAN协议中,所有的消息都以固定的格式发送。总线空闲时,所有与总线相连的单元都可以开始发送新消息。两个以上的单元同时开始发送消息时,根据标识符(Identifier以下称为ID)决定优先级。ID并不是表示发送的目的地址,而是表示访问总线的消息的优先级。两个以上的单元同时开始发送消息时,对各消息ID的每个位进行逐个仲裁比较。仲裁获胜(被判定为优先级最高)的单元可继续发送消息,仲裁失利的单元则立刻停止发送而进行接收工作。在汽车总线系统中,ABS、SAS、ECM等单元就是通过这种总线规则协调工作,共同完成对汽车的控制。

  对于CAN总线测试,首先要求能够捕捉到相应的波形。SB5000总线分析仪提供了强大的触发功能,包括帧起始触发、ID/Data条件触发、远程帧/错误帧触发等,使工程师可以在帧通信开始、出现相应ID或数据(包括ID和数据的组合)、发送远程帧或错误帧时,及时捕捉到需要的波形,并且可以实时进行解码。加载客户定义的DBC数据库,在解析窗口实时显示ID、Data所代表的信息,这样就可以非常直观地分析、监测总线上正在传送的数据内容。如图3所示:捕获到的物理波形和协议解析窗口可以同时显示在SB5000的屏幕上,物理波形可以通过放大窗口放大,从而使其波形质量能够得到详细观察;解析窗口显示序号、帧类型、时间、ID(或DBC数据库中定义的ID信息)、DLC、数据(或DBC数据库中定义的数据含义)、CRC校验、ACK等全部通信内容。SB5000汽车总线分析仪能够自动检测总线上正在传输的信号,根据信号自动设置T/div、记录长度、触发类型、触发点评、波特率、Polarity、实时解析窗口等,避免了测试前的繁琐设定。

  如图3所示,由于在SB5000中已经加载了DBC数据文件(*.dbc文件),在解析窗口中就会自动显示ID信息和data所代表的含义,而不单纯是ID和data的16进制/2进制数据。这样工程师在调试过程中,就可以直接读取到总线上正在传送的信息。
  工程师在进行汽车总线设计时,经常需要对两种以上的总线进行同步调试,以便完成多总线的协调工作。SB5000提供的串行总线双通道实时解码解析功能,可以使工程师方便地对两种总线进行同步跟踪测试,如图4所示。

  对于FlexRay总线,SB5000同样可以实现波形触发捕获、实时解析、多总线同步实时解码等功能。另外,SB5000支持最新的FlexRay通信协议2.1版本,并且根据最新的测试标准,提供了两种FlaxRay眼图测试模式,即周期模式(Cycle)和连续模式(Continuous)。周期模式是按照FlaxRay物理层测试规格FlexRay - Physical Layer Conformance Test Specification Version 1.0来进行的;而连续测试是横河电机自行开发的一种测试模式,工程师可自定义测试用模版,在放大窗口累积显示位序列波形,产生的眼图与模板进行比较,就可以判断通信质量是否满足要求。

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如图5所示,以连续模式为例,图中灰色的六边形为工程师定义的模板,位波形累积形成眼图,FlexRay眼图的测量结果显示在右侧窗口,并且可以实时进行更新。

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  以上简单介绍了LIN、CAN、FlexRay、MOST等汽车总线,以及使用汽车总线分析仪SB5000对其进行分析测试的方法。随着汽车工业的不断发展,各种高性能、高可靠性的下一代总线协议将不断推出,如何实现高效的总线测试是开发工程师面临的重要课题,选择功能强大的分析测试设备和完善的解决方案无疑是解决问题的捷径,相信测试技术的快速提升将为汽车工业的发展提供更强大、更可靠的技术支撑。

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