基于CANoe的can總線通信模擬研究

摘 要：文章介紹基于CANoe環(huán)境，來模擬控制器與ECU控制單元在can總線上的數(shù)據(jù)通信過程。

關(guān)鍵詞：can總線；信號；消息；環(huán)境變量

1 引言

CAN，全稱為“Controller Area Network”，即控制器局域網(wǎng)，是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一，在自動(dòng)化領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但速度高、實(shí)時(shí)性和可靠性好。

CANoe是德國Vector公司開發(fā)的一款功能非常強(qiáng)大的CAN總線開發(fā)測試軟件，可以實(shí)現(xiàn)真實(shí)總線的實(shí)時(shí)監(jiān)控，半實(shí)物仿真和全虛擬總線的仿真。它包含CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫編輯器CANdb++，虛擬節(jié)點(diǎn)CANPL語言編程，用戶自定義面板組件 Panel Generator以及一些集成的調(diào)試監(jiān)控組件，能滿足各種開發(fā)測試的需要。本文將介紹如何基于這些工具模擬CAN總線的數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)特定的一些功能。

2 CAN總線數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)

CANdb++是CANoe內(nèi)置的工具，用來描述CAN總線的一些對象，這些對象包括：（1）CAN節(jié)點(diǎn)。具體包括CAN總線網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的名稱以及通信ID。（2）信號signal。信號signal代表一種類型的變量，一般用消息中的一位或者幾位來表示。一般包含的主要信息有：startbit，即開始位；length，即這個(gè)變量的長度是多少位的。除此之外還有最大值最小值的設(shè)置等等。（3）消息Message。Message的實(shí)質(zhì)就是在CAN總線上通信的數(shù)據(jù)幀，一個(gè)Message包含的主要信息有：ID，表明這個(gè)數(shù)據(jù)幀是從哪個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的；DLC，也就是數(shù)據(jù)幀的長度，即多少個(gè)字節(jié)（Byte）；信號signal，一個(gè)消息一般含有一個(gè)或多個(gè)信號。（4）環(huán)境變量（environment variables）。環(huán)境變量是信號的另一個(gè)身份，用以在CANPL編程和Panel面板時(shí)進(jìn)行變量綁定。

在使用CANdb++之前，首先需要在CANoe中建立一個(gè)CAN總線的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。將兩個(gè)虛擬節(jié)點(diǎn)分別命名為CAB和ECU，用來表示控制器單元和ECU單元。如圖1所示。

圖1

打開CANdb++，建立數(shù)據(jù)庫。其中重要的幾個(gè)項(xiàng)目是Environment variables，network nodes，Message和Signals。在CANdb++的左側(cè)欄可以查看。

首先建立兩個(gè)節(jié)點(diǎn)，分別為cab_node和ECU_node，然后建立兩個(gè)Message，分別表示CAB發(fā)給ECU的消息和ECU發(fā)給CAB的消息。根據(jù)我們實(shí)際采集的通信數(shù)據(jù)，將兩個(gè)Message的ID分別設(shè)置為0x2A4和0x2A5（16進(jìn)制），DLC設(shè)置為3，表示每個(gè)消息長度為3個(gè)字節(jié)。

然后再建立所需要的信號。根據(jù)需要，建立了5個(gè)信號，并將這5個(gè)信號都綁定到CAB_to_ECU這個(gè)消息上，每個(gè)信號長度為1bit，即都只占用CAB_to_ECU這個(gè)消息的1位。具體是第幾位根據(jù)采集的實(shí)際通信數(shù)據(jù)經(jīng)過分析可以得到，并做相應(yīng)的設(shè)置。最終建好的數(shù)據(jù)庫如圖2所示。

3 基于 Panel Desinger的界面設(shè)計(jì)

在CANoe的主界面中點(diǎn)擊file->open Panel Desinger即可打開Panel Designer組件。Panel Designer是一個(gè)很簡單易學(xué)的工具，通過拖拽控件和屬性設(shè)置即可完成界面的設(shè)計(jì)和變量的綁定。

ToolBox是各種常用的顯示控件，包括有按鈕，指示燈開關(guān)，復(fù)選框，文本框，靜態(tài)文本等等。

通過拖拽ToolBox里的指示燈和靜態(tài)文本控件，我們建立一個(gè)如圖3所示的界面。

圖3

界面完成后，需要在Properties中進(jìn)行一些設(shè)置。Display Only屬性表示是否只顯示，在這里可以設(shè)置為true，指示燈不需要進(jìn)行操作，只需要讀取變量進(jìn)行顯示；State Count 設(shè)置為2，表示只有兩個(gè)狀態(tài)；Switch Value設(shè)置為0：1，表示指示燈只有0或1的取值；Symbol Filter設(shè)置為Environment Variables，然后點(diǎn)擊Symbol，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)列表，一一綁定到數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)的環(huán)境變量。完成之后點(diǎn)擊保存，保存好的文件為.xvp格式的文件。類似地設(shè)置CAB端的界面，并將所有控件與數(shù)據(jù)庫中相應(yīng)的環(huán)境變量綁定。

4 基于CANPL編程語言進(jìn)行通信模擬

CANPL全稱為CAN Access Programming Language，是一種類C語言的編程語言，語法與C語言基本相同，不同的是，它是一種面向事件的編程語言，有自己特定的程序結(jié)構(gòu)。

CANPL的事件語句大體上分為三種，即總線事件，鍵盤事件，時(shí)間事件。

總線事件：on message Message{……} 表示接受到指定消息時(shí)執(zhí)行。

鍵盤事件：on key 'a'表示按鍵盤'a'時(shí)反應(yīng)。

時(shí)間事件：timer Mytimer 將Mytimer申明為以秒為單位的定時(shí)器；setTimer（Mytimer，20）表示將定時(shí)器設(shè)置為20秒間隔，并啟動(dòng)。

通過編寫CANPL程序，實(shí)現(xiàn)CAB和ECU雙節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信，在Canoe的Trace版面下可以查看模擬過程中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。最終數(shù)據(jù)如圖4。

參考文獻(xiàn)

[1]史久根.CAN現(xiàn)場總線系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)，2004年.

[2]陳覺曉，孫澤昌.基于canoe的實(shí)時(shí)can總線數(shù)據(jù)紀(jì)錄軟件的設(shè)計(jì)方法[J].測控技術(shù)，2006 vol25（2）：45-47.

[3]CANoe Manual Verion 52.[R].Germany：Vector InformatikGmbH，2005.

作者簡介：徐雨晨（1990-），男，安徽省合肥市，同濟(jì)大學(xué)軟件工程專業(yè)，碩士，研究方向：多媒體與虛擬現(xiàn)實(shí)。