基于VSPY3的CAN總線多幀數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與應(yīng)用

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）

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基于VSPY3的CAN總線多幀數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與應(yīng)用

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）

摘要：通過對CAN總線數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的研究及總線測試實踐工作經(jīng)驗，提出一種基于VSPY3工具設(shè)計多幀總線數(shù)據(jù)庫的方法。實現(xiàn)了CAN總線多幀數(shù)據(jù)信息的讀取、解析，解決了CANoe軟件中CANdb++不支持多幀數(shù)據(jù)庫建立的難題。在總線測試中具有重大的實用性和推廣價值。

關(guān)鍵詞：CAN總線；數(shù)據(jù)幀；多幀數(shù)據(jù)幀；數(shù)據(jù)庫

隨著汽車電子技術(shù)的高速發(fā)展，汽車通信網(wǎng)絡(luò)化趨勢越發(fā)凸顯，其中CAN總線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用［1］。為滿足車輛電子電器功能發(fā)展的需求，汽車多子網(wǎng)與多類型總線拓?fù)湓谲囕v總線架構(gòu)中不斷普及應(yīng)用，為確保總線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)目煽啃耘c時效性，一些功能緊密相關(guān)，同時與主干總線子網(wǎng)無數(shù)據(jù)交互的控制器，應(yīng)用私有CAN總線子網(wǎng)。私有CAN總線子網(wǎng)中傳輸?shù)目偩€數(shù)據(jù)信息部分?jǐn)?shù)據(jù)幀采用多幀數(shù)據(jù)幀格式，其總線數(shù)據(jù)的傳遞與信息交互，與其它總線子網(wǎng)定義的標(biāo)準(zhǔn)總線數(shù)據(jù)幀在數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)量上存在差異，無法應(yīng)用CANoe軟件中專業(yè)的汽車總線數(shù)據(jù)庫設(shè)計工具CANdb++進(jìn)行DBC數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，給總線測試與數(shù)據(jù)的解析帶來較大困難。如何設(shè)計兼容多幀數(shù)據(jù)幀的總線數(shù)據(jù)庫文件，成為汽車電子電器總線測試工作的技術(shù)瓶頸。

1　總線數(shù)據(jù)庫概述及多幀數(shù)據(jù)幀

圖1　DBC數(shù)據(jù)庫文件

1.1總線數(shù)據(jù)庫概述

總線數(shù)據(jù)庫文件（DBC文件）用來描述單一CAN網(wǎng)絡(luò)中各邏輯節(jié)點信息，依據(jù)該文件可以用來監(jiān)視或分析CAN網(wǎng)絡(luò)中所有邏輯節(jié)點的運行狀態(tài)，也可用于開發(fā)ECU通信應(yīng)用軟件［2］。其次，總線DBC文件作為總線設(shè)計工作過程中的重要技術(shù)文件，集成了ECU的大量邏輯信息，如ECU邏輯地址、ECU結(jié)構(gòu)信息、報文信息、信號信息等，并且以上信息之間具有一系列的映射關(guān)系，主機(jī)廠可發(fā)布至零部件供應(yīng)商，作為總線開發(fā)的依據(jù)，同時該總線數(shù)據(jù)庫文件也是總線測試所亟需的重要技術(shù)輸入文件，用于提供數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)解析，輔助數(shù)據(jù)分析與問題判定。因此，該數(shù)據(jù)庫文件為承接總線開發(fā)、測試的“技術(shù)橋梁”。DBC數(shù)據(jù)庫文件如圖1所示。基于CANdb++設(shè)計的總線數(shù)據(jù)庫，其數(shù)據(jù)庫文件中所包含的各總線數(shù)據(jù)幀均為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀格式，不含多幀數(shù)據(jù)幀格式。

1.2多幀數(shù)據(jù)幀

CAN總線為串行數(shù)據(jù)協(xié)議總線，能夠同時傳輸多個報文（message），一個報文定義為一幀。CAN總線標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀格式如圖2所示。總線數(shù)據(jù)幀由幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、CRC場、ACK場、幀結(jié)束組成。一個標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀格式最多可容納并發(fā)送8個字節(jié)（byte0～byte7）的數(shù)據(jù)量信息，總線控制器應(yīng)用層所需發(fā)送的信息均封裝在該數(shù)據(jù)幀的8個數(shù)據(jù)字節(jié)中，總線控制器通過發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀，把所需發(fā)送的信息發(fā)送至總線上，進(jìn)行與外界數(shù)據(jù)信息的交互。

圖2　標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀

如圖2，因標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀最多可容納8個數(shù)據(jù)字節(jié)，所能承載的總線數(shù)據(jù)信息有限，當(dāng)私有CAN子網(wǎng)中部分總線報文傳輸?shù)男畔⒘枯^大，信息容量超出8個數(shù)據(jù)字節(jié)時，設(shè)計人員對此類總線報文進(jìn)行了特殊處理。基于標(biāo)準(zhǔn)化的網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)（ISO15765-2），在進(jìn)行大于8個數(shù)據(jù)字節(jié)的數(shù)據(jù)傳輸時，采用了多幀數(shù)據(jù)幀的傳輸方式［3］，即一個總線報文幀的數(shù)據(jù)信息由多個標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀組成，分為一個首幀（FF）、若干個連續(xù)幀（CF）構(gòu)成，如圖3所示。

圖3　多幀數(shù)據(jù)幀傳輸方式

依據(jù)ISO15765-2定義，在進(jìn)行多幀數(shù)據(jù)傳輸時，把總線控制器應(yīng)用層所需發(fā)送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行拆分，分別封裝在一個首幀（byte2～byte7）與若干個連續(xù)幀（byte1～byte7）中（連續(xù)幀的數(shù)量取決于總線控制器應(yīng)用層所需發(fā)送的數(shù)據(jù)量），完成數(shù)據(jù)信息的拆分、封裝后，總線控制器把此總線報文以多幀報文幀格式發(fā)送至總2016-4-14線上，從而實現(xiàn)總線數(shù)據(jù)信息的交互。

2　總線數(shù)據(jù)庫設(shè)計

CAN總線數(shù)據(jù)庫文件設(shè)計需要借助設(shè)計工具來快速完成。目前，應(yīng)用最多、最為典型的就是德國Vector公司CANoe軟件中的CANdb++ Editor［4］，CANdb++是集成在CANoe環(huán)境中的數(shù)據(jù)庫編輯工具，利用它可以把應(yīng)用層定義的各個參數(shù)加載到CANoe環(huán)境中，以便測試時實現(xiàn)總線報文及信號的解析。總線數(shù)據(jù)庫設(shè)計分為創(chuàng)建新的數(shù)據(jù)庫文件模版、創(chuàng)建信號、創(chuàng)建報文、創(chuàng)建節(jié)點，通過以上步驟將總線信號、報文、節(jié)點設(shè)計到CAN總線數(shù)據(jù)庫中，并將報文與對應(yīng)的節(jié)點關(guān)聯(lián)，明確該節(jié)點是發(fā)送報文還是接收報文，信號與報文相關(guān)聯(lián)，即報文中所攜帶的數(shù)據(jù)信息。應(yīng)用CANdb++設(shè)計CAN總線數(shù)據(jù)庫過程中，在創(chuàng)建報文時，CANdb++工具僅支持?jǐn)?shù)據(jù)長度（DLC）最大為8個數(shù)據(jù)字節(jié)的數(shù)據(jù)報文幀，如圖4所示。

圖4　標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀

當(dāng)數(shù)據(jù)報文幀數(shù)據(jù)長度大于8個數(shù)據(jù)字節(jié)時，則無法應(yīng)用CANdb++工具實現(xiàn)數(shù)據(jù)幀設(shè)計，創(chuàng)建大于8個數(shù)據(jù)字節(jié)的多幀格式的報文，即CANoe不支持多幀數(shù)據(jù)幀的總線數(shù)據(jù)庫的建立。因此，如何設(shè)計兼容標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀與多幀數(shù)據(jù)幀的總線數(shù)據(jù)庫文件，以便應(yīng)用此數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)總線開發(fā)、測試，成為必需解決的技術(shù)難題。

3　基于VSPY3［5］的多幀總線數(shù)據(jù)庫設(shè)計

VSPY3集成了總線仿真、測試功能，在總線開發(fā)過程中可進(jìn)行總線節(jié)點仿真、數(shù)據(jù)監(jiān)測、自動測試和車內(nèi)通信網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控等功能。其中應(yīng)用VSPY3中的Messages Editor模塊進(jìn)行總線數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，可編輯多幀數(shù)據(jù)報文幀，解決CANdb++無法設(shè)計多幀總線數(shù)據(jù)庫的問題。例如，建立包含HUT1、BCM3、BCM1、PEPS3、PEPS1總線報文幀的總線數(shù)據(jù)庫，其中HUT1報文幀為多幀數(shù)據(jù)幀（9個字節(jié)）格式。應(yīng)用VSPY3工具設(shè)計此包含多幀數(shù)據(jù)幀（HUT1）的總線數(shù)據(jù)庫，主要設(shè)計工作分為總線報文幀設(shè)計與總線信號定義，相應(yīng)設(shè)計流程和方法如下。

3.1總線報文幀設(shè)計

運行VSPY3，在Spy Networks選項中選擇Messages Editor，打開報文編輯菜單，在該操作環(huán)境中添加數(shù)據(jù)報文幀，如圖5所示。建立報文幀HUT1、BCM3、BCM1、PEPS3、PEPS1，然后分別添加各報文幀屬性定義，在此處需定義各總線報文幀的發(fā)送節(jié)點、報文幀的發(fā)送周期時間、報文幀ID、報文幀命名、報文幀長度。HUT1總線報文幀為多幀類型（9個字節(jié)），則需在Multiframe Message選項中選擇ISO15765-2。若非多幀類型，無需在Multiframe Message選項中選擇ISO15765-2。如完成以上對HUT1報文幀設(shè)計，則定義了一個發(fā)送節(jié)點為HUT、發(fā)送周期時間為100 ms、報文幀ID為0x42C、報文幀命名為HUT1、報文幀數(shù)據(jù)字節(jié)長度為9個字節(jié)的多幀格式的總線報文HUT1，因HUT1為多幀數(shù)據(jù)幀格式，需在Multiframe Message選項中選擇ISO15765-2。

圖5　總線報文幀定義

3.2總線信號定義

總線報文幀設(shè)計完成后，需在Signals in Message中創(chuàng)建信號，選中需編輯的信號，點擊fxEdit，如圖6所示。定義多幀總線報文幀HUT1的信號，在Edit Signal中定義該信號類型、信號位置及位數(shù)、信號釋義與數(shù)值匹配。如設(shè)計HUT1總線報文中信號名為TurnArrow（箭頭轉(zhuǎn)向）的信號，該信號類型為無符號型，信號位置為HUT1報文數(shù)據(jù)中首字節(jié)中的第一位，數(shù)據(jù)值0釋義為TurnLeft（左轉(zhuǎn)），數(shù)據(jù)值1釋義為TurnRight（右轉(zhuǎn)），完成以上屬性定義，即完成TurnArrow信號的設(shè)計。依次完成各總線報文幀信號創(chuàng)建與定義后，依據(jù)需求可保存生成相應(yīng)類型（*.dbc/*.vsdbc）的數(shù)據(jù)庫文件，創(chuàng)建完成具有標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀（BCM1、BCM3、PEPS1、PEPS3）與多幀報文幀（HUT1）兼容類型的總線數(shù)據(jù)庫文件。

圖6　總線信號定義

4　多幀總線數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用

總線數(shù)據(jù)庫是總線數(shù)據(jù)監(jiān)控、參數(shù)解析的基準(zhǔn)，由于CANoe工具不支持多幀總線數(shù)據(jù)幀的創(chuàng)建與解析，因此創(chuàng)建完成的總線數(shù)據(jù)庫文件需加載至VSPY3軟件中，在VSPY3中進(jìn)行總線報文幀信號監(jiān)測時，實現(xiàn)總線報文幀實時監(jiān)控與總線信號的解析，如圖7所示。多幀總線數(shù)據(jù)解析，其中多幀總線報文幀HUT1解析如下：數(shù)據(jù)字節(jié)長度為9，發(fā)送節(jié)點為HUT，報文幀ID為0x42C，信號TurnArrow數(shù)值為1，與實際右轉(zhuǎn)操作相符，HUT1總線報文幀被正確解析，信號釋義正確無誤。

圖7　多幀數(shù)據(jù)解析

5　結(jié)論

本文從主機(jī)廠總線開發(fā)、測試人員角度考慮，理論聯(lián)系實踐，提供了一種兼容多幀數(shù)據(jù)幀的總線數(shù)據(jù)庫的設(shè)計方法，解決了應(yīng)用CANoe工具無法設(shè)計兼容多幀總線數(shù)據(jù)庫的技術(shù)難題。采用總線測試工具VSPY3實現(xiàn)了多幀總線數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，滿足了總線測試工作需求，提高了總線測試效率，同時對具有多幀總線數(shù)據(jù)的私有CAN子網(wǎng)總線、功能測試提供了實際的借鑒和指導(dǎo)作用。

參考文獻(xiàn)：

［1］蔡偉杰，陳文強(qiáng)，由毅，等.整車CAN通信協(xié)議設(shè)計流程［J］.汽車電器，2011（6）：15-18.

［2］江永聰.基于DBC的汽車CAN報文遠(yuǎn)程采集與分析系統(tǒng)設(shè)計［J］.電子技術(shù)與軟件工程，2014（7）：203.

［3］ISO15765 -2（2004），Diagnostics on controller area networks（CAN）Part2：Network layer services［S］.

［4］Vector Informatik GmbH.User Manual Function Verson1.1 ［CP/CD］.Germany：［s.n.］，2012.

［5］Vehicle Spy Documentation［C］.Copyright 1997-2012 Intrepid control sys tems，Inc.

（編輯心翔）

Design and Application of CAN Bus Multi-frame Database Based On VSPY3

Li Zhi-tao
（R&D Center of Great Wall Motor Company，Automotive Engineering Technical Center of HeBei，Baoding 071000，China）

Abstract：A Vspy3 tool based bus database compatible with multiple frames design method is presented by studying CAN bus frame structure and practicing tests.It achieved the data reading and analyzing of CAN bus multiframe and solved the issue that CANdb++ is unable to establish multi-frame database in CANoe，which has great practicability and popularized value in bus test.

Key words：CAN bus；data frame；multiple date frame；database

中圖分類號：U463.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1003－8639（2016）06－0043－03

收稿日期：2015-12-7；修回日期：2015-12-28

作者簡介：李志濤（1983-），男，河北保定人，汽車測試工程師，主要研究方向為總線網(wǎng)絡(luò)測試與車輛電器功能測試。