一種CAN總線測試設(shè)備的設(shè)計

崔光宇，康蘭英，白麗成

（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，保定 071000）

一種CAN總線測試設(shè)備的設(shè)計

崔光宇，康蘭英，白麗成

（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，保定 071000）

介紹一種新型CAN總線測試設(shè)備的設(shè)計；通過簡單界面配置的方法，就可以同時實現(xiàn)總線監(jiān)控、對信號的位干擾和自動記錄數(shù)據(jù)等功能。該設(shè)備的采用進(jìn)一步降低了車廠在試驗設(shè)備方面的費(fèi)用，排除了測試過程中人為因素的干擾，保證了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)而減少了重復(fù)測試執(zhí)行的次數(shù)，提高了測試人員的工作效率。本設(shè)備集成了多個設(shè)備的功能，實現(xiàn)了單獨(dú)使用一個設(shè)備就可以完成CAN總線所有測試的目的。

電控單元；測試；成本；網(wǎng)絡(luò)

1 現(xiàn)狀

CAN 網(wǎng)絡(luò)在汽車領(lǐng)域已經(jīng)有了極其廣泛的應(yīng)用，因此CAN總線測試顯得尤為重要，包括從產(chǎn)品設(shè)計到開發(fā)以至售后都需要進(jìn)行CAN總線相關(guān)的測試［1］。目前主要使用CANOE和CANstress 2種工具進(jìn)行相關(guān)測試，其主要存在以下幾項問題：①上述2種工具無法實現(xiàn)物理層線錯誤及和時間強(qiáng)相關(guān)的自動測試，而手動操作會導(dǎo)致波形干擾，繼而影響測試結(jié)果；②有一些測試無法完成，如線錯誤測試需要進(jìn)行手動操作，也就是測試人員根據(jù)具體需求來手動制造各種線錯誤，其弊端就是手動操作容易抖動，并且故障注入時間也無法滿足測試要求；③行業(yè)內(nèi)Vector設(shè)備可開展相關(guān)測試，同時要使用CANOE和stress不但價格昂貴，而且需要同時使用2種工具，界面配置也比較復(fù)雜，不利于新人操作。

目前，常用的2種測試方法有以下幾點(diǎn)缺陷。

1）手動操作缺點(diǎn)①由于測試人員的不同，會出現(xiàn)人工制造缺陷的時間不一致，在故障注入的過程中難免出現(xiàn)手抖動及操作時間難以把控等問題，因而影響到測試結(jié)果，并且也會影響到測試的準(zhǔn)確性及可靠性，甚至?xí)霈F(xiàn)多種測試結(jié)果的現(xiàn)象；②一些測試單靠手工操作無法實現(xiàn)，比如持續(xù)時間無法控制、人手抖動產(chǎn)生誤差等，嚴(yán)重影響到測試效率和結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2）CANoe配合stress操作缺點(diǎn)①CAN stress不僅價格昂貴，市場上最常用的CAN stress（約七八萬人民幣）需要配合CANoe（大約20萬人民幣）才能進(jìn)行測試；②操作界面不人性化，需要配置3個以上窗口才可以完成配置，操作起來不方便；③能完成的測試項不全，缺少和時間相關(guān)的測試內(nèi)容。

2 新型CAN總線測試設(shè)備

2.1 研發(fā)意義

本設(shè)計的主要特點(diǎn)在于使用單片機(jī)控制汽車常用的繼電器來完成CAN測試［2］，其主要特點(diǎn)在于：①開發(fā)成本低；②界面操作簡單，軟件更人性化，操作更形象；③能完成目前CAN網(wǎng)絡(luò)的所有線錯誤測試，并為后期的總線測試開發(fā)提供接口，可以使用到LIN總線、VAN總線、CANFD以及USB測試過程中；④支持多種與計算機(jī)等設(shè)備連接方式，可以使用WIFI、USB、internet、Bluetooth。

2.2 原理介紹

2.2.1 硬件設(shè)計

PCB芯片見圖1。CAN總線測試工作原理見圖2。

圖1 PCB芯片

圖2 CAN總線測試工作原理

1）電源模塊電源模塊實現(xiàn)為整個系統(tǒng)供電的功能，主要有2種供電模式。

模式1：采用外接12V電源的形式。電源模塊含有變壓芯片將12V的電壓轉(zhuǎn)換成5V或者3.3V電壓供給單片機(jī)，也可以將12V電壓直接連接到干擾模塊，可以在測試CAN信號短接到電源時使用。

模式2：本系統(tǒng)可以采用USB供電。此時采用的是升壓芯片將USB輸出的5V電壓轉(zhuǎn)換成12V電壓，直接連接到干擾模塊，供CAN信號短接到電源時使用。

2）干擾模塊及繼電器模塊主要實現(xiàn)對CANH及CANL的搭鐵短路及對電源短路、CANH及CANL之間實現(xiàn)相互短路、CAN信號的位干擾以及BUSOFF干擾。

3）MCU MCU也就是微控制器，主要是為整個系統(tǒng)的正常工作提供各種控制信號［3］及判斷信號，這里主要的作用是實現(xiàn)計算機(jī)和本設(shè)備之間的通信以及和CAN網(wǎng)絡(luò)之間的通信。硬件電路采用美國微芯（Microchip）公司生產(chǎn)的8位汽車專用PIC18F26J50微控制器作為主芯片，能夠進(jìn)行LIN信號及模擬信號的獲取及通信。主要特點(diǎn)有：①具有CAN通信接口，可直接與CAN總線驅(qū)動器連接，進(jìn)入CAN網(wǎng)絡(luò)［4］；②具有LIN UART接口，可以實現(xiàn)LIN的主／從工作模式并能夠?qū)崿F(xiàn)自動重同步；③IIC接口，與存儲器直接連接進(jìn)行數(shù)據(jù)的修正以及數(shù)據(jù)的存儲；④SPI總線接口可以使得與控制芯片的交互速率達(dá)到10Mbit／s；⑤正常工作溫度可以達(dá)到150℃，滿足車輛需求。PIC18F26J50的管腳圖如圖3所示。

圖3 單片機(jī)引腳分布

4）CAN模塊CAN模塊分高速部分和低速部分。高速部分采用了市場上比較常見又可以兼容CAN_FD（flexible data rate）的TJA1044收發(fā)器，同時支持3.3V和5V，支持遠(yuǎn)程喚醒和低功耗等。其外圍電路如圖4所示。

低速部分采用了市場上比較常見又可支持睡眠喚醒的TJA1054收發(fā)器，同時可以根據(jù)實際需要選擇終端電阻的阻值來實現(xiàn)終端匹配的目的。其外圍電路如圖5所示。

圖4 CAN高速外圍電路

圖5 CAN低速外圍電路

5）編碼器模塊由于本測試設(shè)備需要實現(xiàn)包括短路、斷路在內(nèi)的7種測試，每種不同的工作狀態(tài)下對電路的要求截然不同，所以導(dǎo)致繼電器數(shù)目的增加。而每一路繼電器都需要有自己的控制信號，這樣如果完全使用MCU上面的GPIO（普通輸入輸出接口）是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，再者M(jìn)CU（中央控制單元）的工作負(fù)載也很難滿足要求［5］。鑒于以上2點(diǎn)，需要對GPIO進(jìn)行擴(kuò)展，所以采用了編碼器模塊，只用3個GPIO就可以實現(xiàn)對8個輸出信號的控制，進(jìn)而控制繼電器實現(xiàn)其正常工作。

本設(shè)備的CAN模塊采用的是MCU里面的ECAN（增強(qiáng)CAN）模塊，可以工作在高速、中速或者低速，同時具有CAN高速與低速收發(fā)器，它們和控制器相連處具有繼電器，切換時只需要在軟件界面進(jìn)行選擇就可以了。高速和中速CAN里有匹配電阻，可供選擇為終端ECU或者非終端ECU；低速CAN的配置可以選擇RTH和RTL的值來滿足測試需求［6］，RTH和RTL的值可以選擇為120Ω或者5.6kΩ。

綜上，這種硬件設(shè)計能夠滿足CAN總線錯誤測試部分的各項測試，能夠滿足不同CAN ECU的各項測試。

2.2.2 軟件界面

本設(shè)備的軟件設(shè)計使得操作界面進(jìn)一步簡化，操作較stress更加方便，只要操作圖6界面就可以完成所有配置（而canoe需要在八大窗口進(jìn)行分別配制），便于新人上手操作。同時，本設(shè)備硬件功能強(qiáng)大，既可以作為單獨(dú)的log工具來使用，也可以進(jìn)行物理層的線錯誤測試，界面操作更形象化，只需要用手點(diǎn)下開關(guān)就可以完成各項測試，也可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的過濾等功能。軟件運(yùn)行和非運(yùn)行界面見圖6和圖7。

3 結(jié)束語

通過對CAN總線測試設(shè)備的創(chuàng)新設(shè)計，完成了測試設(shè)備的集成和優(yōu)化。使用本設(shè)備可以降低車廠在CAN總線測試設(shè)備方面的費(fèi)用，同時可以降低測試過程中人為因素的干擾，進(jìn)一步保證了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而減少重復(fù)測試的次數(shù)，提高測試人員的工作效率。下一步可以進(jìn)行以下方向的設(shè)計：①可以將測試從傳統(tǒng)的計算機(jī)測試移植到手機(jī)上或者IPAD上面［7］，從而使CAN總線測試更方便、簡捷，同時可以開展遠(yuǎn)程操作；②在目前的技術(shù)上增加LIN、K-LINE等多種協(xié)議，也可以增加診斷模塊，以使其功能更加完善。還可以開發(fā)自動化測試，使測試更加簡便。

圖6 軟件界面（非運(yùn)行）

圖7 軟件界面（運(yùn)行）

［1］朱則剛.現(xiàn)代汽車的電子控制［J］.汽車工程師，2009（1）：49-54.

［2］李全利，遲榮強(qiáng).單片機(jī)原理及接口技術(shù)［M］.北京：高等教育出版社，2005.

［3］Microchip Technology Inc.PIC 12F1822／LF1822／PIC16F／LF1832 Data Sheet［R］.Chandler：Microchip Technology Inc，2009.

［4］吳正民.PIC單片機(jī)與PC串行通信的實現(xiàn)［J］.廣東第二師范學(xué)院學(xué)報，2003，23（2）：101-105.

［5］吳正民.PIC單片機(jī)特點(diǎn)及應(yīng)用時的注意事項［J］.實驗室研究與探索，2003，22（6）：79-82.

［6］劉和平.PIC18FXXX單片機(jī)原理及接口程序設(shè)計［M］.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2004.

［7］沈躍，溫舒.MPLAB IDEv8.20和APP001Ver.2開發(fā)板簡介及使用經(jīng)驗點(diǎn)滴［J］.電子世界，2009（5）：32-33.

［8］Microchip Technology Inc.PIC18F46J50 FAMILY Data Sheet［R］.Chandler：Microchip Technology Inc，2011.

（編輯 陳程）

A New Type CAN Test Device Design

CUI Guang-yu，KANG Lan-ying，BAI Li-cheng
（R&D Center of Great Wall Motor Company，Automotive Engineering Technical Center of HeBei，Baoding，Hebei 071000，China）

This article expounds a kind of CAN test tool design，which realizes CAN monitor，bit interference on signal and automatic data record function through simple interface configuration.This device can reduce the testing cost of OEM，remove artificial interference，ensure test result accuracy，reduce repeating test，and thus improve the working efficiency of testing staff.It contains functions of multiple devices，and enables CAN test being conducted on single device.

ECU；testing；cost；network

U463.6

A

1003－8639（2016）08－0052－03

2015-12-29；

2016-01-13

崔光宇，男，主要從事汽車電子電器測試相關(guān)工作；康蘭英，女，主要從事汽車電子電器測試相關(guān)工作；白麗成，男，主要從事汽車電子電器測試相關(guān)工作。