通信矩陣與DBC數據庫管理系統的設計與實現

中圖分類號：U463.62 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）10-0096-03

【Abstract】The communication layer design engineer of the automotive electronic and electrical architecture in the vehicle manufacturer needs to synchronously manage the local area network communication matrix of the vehicle controler，the CANcommunication matrixof components，thedatabase container filesof each network segment，and the DBC filesofomponents，andthese filesare interrelated.When managed independently，engineers need tospenda considerable amount of time processing filesand converting communication matrix Excel tables into DBC database files. Thissystemhasachieved the conversionof the Excel fileof thevehicle communication matrix intothe communication matrix fileofcomponents，DBC filesofeach network segmentandDBCfilesofcomponents，solving the problemof low file management and dataconversion eficiencyinthe existing technology and significantly improving work efficiency.

【Keywords】DBC; communication matrix; conversion method

0 引言

隨著汽車電子技術高速發展，汽車通信網絡化趨勢凸顯，其中控制器局域網CAN總線技術應用最為廣泛[。整車廠汽車電子電氣架構通信層設計工程師需同步管理整車CAN網絡通信協議、零部件CAN網絡通信協議、各網段數據庫容器（DatabaseContainer，DBC）文件及零部件DBC文件。當前，通信矩陣管理多采用各控制器單獨管理后匯總為整車通信矩陣的方式，一個信號常由一個控制器發送、多個控制器接收，需存在于多個文件中，信號定義變更時需同步修改多份文件，重復工作耗時多；而本系統僅需管理整車通信矩陣一個文件，即可自動生成多個零部件通信矩陣。

當前DBC文件管理多使用Vector公司的CANdb++ Editor軟件編制，耗時久、轉換效率低且易出錯。本系統通過軟件讀取Excel通信矩陣文件內容，按DBC文件格式寫入，可按整車/網段/控制器生成DBC文件，將工程師從重復的DBC編輯工作中解放，專注于通信矩陣專業設計。系統前端采用HTML與JavaScript開發，部署于服務器，局域網內電腦均可使用，且設有多類功能與提示信息；后端采用Java開發。

1設計通信矩陣模板

1.1設計商用車通信矩陣模板的基本要素

商用車通信矩陣通常采用29位CAN標識符（CANID）的擴展幀數據格式，通信協議基本要素包括：報文名稱（Message Name）、報文類型（MessageType）、報文標識符（MessageCANIdentifier）、參數組編號（ParameterGroupNumber）、協議數據單元格式（ProtocolDataUnit，PDUFormats）、報文發送類型（MessageSendType）、報文周期時間（MessageCycle Time，ms）、報文長度（MessageLength，Byte）、信號名稱（SignalName）、信號描述（SignalDescription）、備注（Remarks）、排列格式（Byte Order：Intel/MotorolaLSB/Motorola MSB）、SLOT編號（SLOTIdentifier）、SLOT名稱（SLOT Name）、起始字節（StartByte）、起始位（StartBit）、信號長度（BitLength，Bit）、信號發送類型（Signal Send Type）、數據類型（Data Type）、精度（Resolution）、偏移量（Offset）、物理最小值（Signal minimumValue，phys）、物理最大值（Signal maximumValue，phys）、總線最小值（SignalminimumValue，HEX）、總線最大值（SignalmaximumValue，HEX）、初始值（InitialValue，Hex）無效值（InvalidValue，Hex）非使能值（InactiveValue，Hex）、單位（Unit）、信號值描述（SignalValueDescription）、報文快速發送周期（MessageCycle TimeFast，ms）、報文快速發送次數（MessageNumber of Transmission）、報文延時時間（MessageDelay Time，ms）。

通信協議部分基本要素如圖1所示。通信協議基本要素涵蓋報文屬性（如報文名稱、CANID）、信號屬性（如信號長度、精度）及收發控制屬性（如報文周期時間、快速發送次數），為后續矩陣設計提供標準化框架；通過報文名稱可識別控制器名稱與網段，例如“T-Box_B_TD”中，T-Box為發送控制器名稱，B代表車身（Body）CAN網段，TD為時間日期（TimeData）報文含義；選擇J1939標準SLOT可規范信號設計，提升通信一致性。

1.2 設計整車各網段的CAN網絡節點

根據車型配置需求與功能模塊化選擇，確定CAN總線的網絡拓撲，在通信矩陣設計階段明確發送節點與接收節點。設計表格時，建議按網段分組排列控制器，每組首行標注網段名稱，下方列出該網段所有控制器（第1行列出各網段控制器，第2行列出各控制器所屬網段，后續行則標注各報文與信號的發送／接收節點），清晰呈現節點間通信關系。整車各網段的CAN網絡節點設計如圖2所示。

2設計整車通信矩陣

圖1通信協議部分基本要素

圖2整車各網段的CAN網絡節點設計

圖3選擇并讀取通信矩陣文件

在設計整車通信矩陣前，需先明確各控制器系統構成，包括傳感器、執行器，以及輸入、輸出信號類型；同時確定需在儀表顯示的信號，以及需通過智能車載終端（T-Box）上傳至數據中臺的信號。以預碰撞緊急制動輔助系統（Advanced Emergency BrakingSystem，AEBS）為例，其通信需求如下。

1）接收信號：整車控制器（VCU）發送的加速踏板、制動踏板、扭矩、轉速等信號及對應報文；變速器控制器（TCU）發送的擋位信號及對應報文；電子制動系統（EBS）發送的輪速、XBR狀態、Z軸旋轉率、Y軸橫向加速度、X軸縱向加速度等信號及對應報文；車身控制器（BCM）發送的轉向、雨刮、AEBS按鍵開關等信號及對應報文；T-Box發送的時間報文。

2）發送信號：AEBS狀態、前向碰撞預警、車道偏離預警、XBR請求等信號及對應報文。

3）其他需求：儀表需接收并顯示AEBS狀態、前向碰撞預警、車道偏離預警等狀態，以提醒駕駛員；T-Box需接收AEBS狀態、故障碼等信號及對應報文，用于遠程數據分析。

3讀取并解析通信矩陣

3.1 讀取整車通信矩陣文件

如圖3所示，將依據第2章通信矩陣模板設計好的整車通信矩陣文件，通過Web頁面上傳至系統；系統后端通過Java語言讀取文件內容，并將數據存儲在鏈表中，為后續解析與轉換奠定基礎。本系統后端采用Java開發，前端采用HTML與JavaScript開發，實現前后端高效交互。

注意：

電子電氣架構通信矩陣工具鏈

1）使用本工具前需按照企標編寫通信矩陣Excel表，否則報錯2）通信矩陣內容放置在Excel第2個sheet。sheet中前兩行為表頭，內容從第三行開始3）CAN轉DBC不能【同時輸入ECU和網段】，ETH通信矩陣暫無需【輸入字段】4）多合一DBC可自行配置ECU，多個ECU用英語逗號隔開。比如：MCU，DC/DC，KYJ，HEPS，需和通信矩陣收發命名一一對應5）工具鏈版本：dbc4.6請輸入ECU 請輸入網段XCAN轉DBC... 拆分CAN整車矩陣...選擇個文件... 選擇.. 選擇個文件... 選擇.

3.2解析并校驗整車通信矩陣

對整車通信矩陣數據的解析與校驗，是按照DBC文件格式中的要素提取矩陣信息，并依據通信矩陣設計規則對內容進行校驗，保障數據準確性。具體而言，系統基于Vector公司 CANdb++ Editor軟件編制的DBC文件格式，對通信矩陣數據進行解析，得到報文、信號、節點等關鍵信息；同時根據各控制器的收發關系（通信矩陣中標注的 S= 發送、 R= 接收），確定單個控制器的通信協議；根據各控制器所屬網段，確定各網段所有控制器的收發信號與報文，即明確各網段DBC文件的核心內容。

此外，系統利用DBC數據庫與J1939協議規則，整理出校驗規則，可自動校驗人工設計的通信矩陣是否存在錯誤，并按錯誤類型分類、逐行提示給通信層設計工程師，錯誤信息精確到“錯誤類型 + 矩陣行數”，便于工程師針對性修改，大幅提升通信矩陣設計準確性，進而保障轉換后DBC文件的準確率。

本系統采用的核心校驗規則如下。

1）報文名稱：需包含控制器名稱與網段名稱，首位為字母，且僅由字母、數字和下劃線構成。2）報文CANID（標識符）查重：按網段維度校驗，同一網段內不可存在重復CANID。3）參數組編號校核：依據J1939-21協議數據單元格式，校驗CANID與參數組編號的匹配性。4）協議數據單元格式校核：依據J1939-21協議，校驗CANID與協議數據單元格式的一致性。5）信號名稱：僅由字母、數字和下劃線構成，首字符必須為字母，且建議統一使用大寫，區分大小寫。6）排列格式：僅允許為Intel（英特爾格式）、MotorolaLSB（摩托羅拉低位）、MotorolaMSB（摩托羅拉高位）三類。7）起始字節校核：起始字節數值不得超過報文長度。8）起始位校核：結合排列格式與報文長度，校驗起始位是否超出合理范圍。9）物理最小值校核：校驗物理最小值是否在信號物理值的合理區間內。10）物理最大值校核：校驗物理最大值是否在信號物理值的合理區間內。11）信號值描述校核：校驗信號值描述中的枚舉值是否超出信號總線最大值的范圍。

4控制器通信協議與DBC數據庫生成

4.1各控制器通信協議生成

基于整車通信矩陣中各控制器的收發關系，以及解析得到的報文列表、信號列表、節點列表，可按照通信矩陣模板，選擇輸出單個或多個控制器的通信矩陣。在圖3所示的“選擇整車通信矩陣\"操作中，同步輸入單個控制器名稱，系統即可自動生成該控制器的通信矩陣，無需人工拆分整車與控制器通信矩陣，也無需分別維護多份文件，大幅提升管理效率。

4.2生成各網段和各控制器的DBC數據庫

根據整車通信矩陣中信號與報文的收發關系，以及解析得到的報文列表、信號列表、節點列表，可解析并輸出各網段與各控制器的DBC數據庫。DBC文件本質為文本文件，系統參考Vector公司CANdb++ Editor軟件編制的DBC文件格式，通過Java程序將讀取的通信矩陣各列內容，按DBC文件格式寫入輸出文件，生成的DBC文件可直接供車輛研發與測試人員使用。DBC部分文件如圖4所示。具體生成流程如下。

1）建立鏈表結構：創建報文鏈表、信號鏈表、節點鏈表等，分別用于存儲通信矩陣中的報文信息、信號信息、節點信息。

2）數據存儲：讀取通信矩陣每行信息，通過判斷該行是否包含‘報文名稱’或‘CANID’區分報文行與信號行，將對應信息分別存人報文鏈表與信號鏈表；通過每行標注的S（發送）、R（接收），確定節點鏈表中的發送節點與接收節點，明確各控制器的收發報文與信號。

報文鏈表屬性：報文名稱、報文類型、報文標識符、報文發送類型、報文周期時間、報文長度。

信號鏈表屬性：排列格式、起始位、信號長度、精度、偏移量、物理最小值、物理最大值、總線最小值、總線最大值、初始值、無效值、非使能值、單位。

3）格式轉換與寫入：基于 CANdb++ Editor軟件的DBC文件格式，將鏈表中存儲的通信矩陣數據，按DBC文件格式轉換并寫入輸出文件，生成各網段與各控制器的DBC文件。

本系統部署于服務器后，局域網內電腦均可通過前端頁面訪問使用。通過規范通信矩陣模板、自動解析與轉換數據，系統實現了“整車通信矩陣 $$ 零部件通信矩陣 + 各網段DBC文件 + 零部件DBC文件”的一站式生成，無需人工拆分零部件通信矩陣、編輯各網段DBC文件，顯著提升數據轉換效率。

5方法驗證與分析

本系統的創新點在于：設計并實現了以“整車通信矩陣”為核心的管理系統，通過管理單個整車通信矩陣文件，即可同步管理整車所有零部件的通信矩陣，并自動生成各網段與零部件的DBC文件。系統通過整理DBC文件與J1939協議的核心要素，設計標準化通信矩陣模板，用于整車CAN通信協議設計；再通過Java程序提取整車CAN通信矩陣內容，按格式輸出各網段、控制器的DBC文件，以及各控制器的通信矩陣。

目前，本系統已在多個車型項目中應用，獲得行業廣泛認可，有效解決三類核心問題： ① 滿足零部件開發工程師的DBC文件需求，即快速提供符合需求的DBC文件，用于底層軟件配置； ② 滿足系統工程師的網段DBC文件需求，即自動生成各網段DBC文件，便于數據采集與分析； ③ 滿足通信工程師的矩陣管理需求，即減少多份通信矩陣的維護工作，降低重復操作成本。

6 結束語

本方法通過設計標準化整車通信矩陣模板，規范矩陣填寫格式；再通過代碼自動分析矩陣內容，生成零部件通信矩陣、各網段DBC文件、各控制器DBC文件，實現三大核心功能：從整車通信矩陣拆分零部件通信矩陣、將整車通信矩陣轉換為各網段DBC文件、將整車通信矩陣轉換為各控制器DBC文件。

該方法將通信層設計工程師從繁瑣的重復工作中解放：無需維護多份通信矩陣，僅管理單個整車通信矩陣即可；無需手動編輯DBC文件，專注于整車CAN通信矩陣的專業設計即可快速獲取所有所需文件。同時，系統的自動校驗功能，可基于DBC數據庫與J1939協議規則，精準識別通信矩陣中的錯誤并提示，保障設計正確性，為汽車電子電氣架構通信層設計提供高效、可靠的技術支撐。

參考文獻

[1]曾桂芬.基于通信矩陣轉化成DBC數據庫的研究[J].汽車電器，2018（9）：57-59.

（編輯 凌波）