汽车CAN/LIN总线测试流程和测试工具解析
汽车can/lin总线测试流程和测试工具解析
汽车can/lin总线系统测试的关键是测试流程、测试标准和测试工具，掌握专业的总线分析和测试工具的使用技术，开发测试软件并将它们应用到测试过程是对中国汽车厂家和汽车工程师的重大挑战，本文介绍can/lin总线设计、仿真、分析和测试工具。
恒润提供can/lin总线测试方案和在这些工具平台之上的测试软件开发咨询服务，帮助客户进行can/lin总线方面的测试。这些工具包括用于can/lin网络系统和电控单元仿真和测试的工具canoe；记录、评价can总线信号电平的工具canscope；can总线干扰生成工具canstress；can总线数据记录器canlog。
汽车总线测试流程
概括的讲，汽车总线的测试流程主要包括四个阶段：
1. 制订测试计划。制订测试计划是测试开始前必须的工作，包括了测试需要达到的目标，使用的资源、遵从的标准以及工具等方方面面，是测试顺利实施的指导性文件。主要内容有：目标；总体测试策略；测试的完整性需求；具体规则(如何时停止测试)；资源需求；职责(如测试用例设计，执行，检查)；测试用例库；测试标准；工具(canoe, canscope, canstress, canlog)；测试软/硬件配置；系统集成计划。
2. 测试用例。测试用例的设计是一项复杂的工作，既需要直觉又需要专门技术。
3. 测试向量。包括测试向量和分解每一个测试用例。
4. 测试过程。经过授权的专业人员系统地执行测试。
测试步骤如下：1).单元测试(white box, glass box, check code correctness；2).集成测试(bottom up, top down, big bang, sandwich；3).功能测(black box,perspecification,component。
测试工具主要包括软件测试环境和和辅助的硬件测试工具两部分。
软件测试环境
在汽车总线网络开发和测试过程中，主要应用的软件测试环境是canoe。 canoe (can open environment)是德国vector公司开发的功能强大的开发工具。它能支持总线开发的整个过程-从最初的设计、仿真到最终的分析测试和产品的售后服务。canoe 实现了网络设计、仿真和测试的无缝集成，其开发、测试流程如图1所示。
图1：利用canoe进行产品开发和测试流程
1. 通讯设计/模型生成。新工程的第一个任务就是在数据库中定义通讯矩阵，然后是在canoe中生成模型。
2. 通讯确认。支持的通讯确认包括系统的功能分配、功能测试和整个系统的集成。
3. 剩余总线仿真/功能测试。剩余总线仿真向总线系统产品供应商提供了理想的测试环境。使他们既可以进行整个系统的测试，又可以高效地进行电控单元、模块和集成测试。此外用户还可以在oscan库(oscan library)的帮助下直接运行can控制器代码。
4. 测试。canoe通过特殊功能“测试特性设置”支持ecu和网络测试。有了这些功能，就可以创建各种测试。例如验证单个开发步骤的测试，检查原型，执行蜕变测试和兼容性测试。此外，包含在测试服务库中的检查和仿真功能可以简化测试环境的设置和执行。
5. 诊断。canoe可以分析kwp2000诊断通讯。诊断控制台(诊断特性设置的一部分)通过基于candelastudio的诊断描述文件提供了对所有诊断服务的交互访问。诊断请求可以被选择、参数化，并显示出来。故障存储器控制台提供了对某个ecu故障存储器简便、快捷的访问。因此，所有参数都以符号进行显示。
6. 分布式开发/集成。对于涉及多个供应商的工程，可以进行网络节点的独立并行开发。
硬件测试工具
在can/lin总线网络测试过程中，借助其它的测试工具，会进一步加快测试过程。这些硬件测试工具包括(如图2所示)：
1、记录和评估can总线电平的测量设备canscopecanscope提供了强健的记录模块和易于使用的评估软件。记录模块通过rs-232和usb连接到pc。可以分析各种因素对总线特性的影响：电缆类型和长度、总线驱动器和终端、不同故障形式、emc等。对于目标调试，可以设定各种触发条件。例如当出现某个特定的can报文或出现错误?总线电平超过正常水平或低于正常水平就会触发记录进程，触发环境被完整记录下来，比较电压曲线。
图2：测试系统示意图
2. can网络干扰生成工具canstresscan网络对于总线通讯的扰动和故障具有很强的抗干扰能力。为了测试系统在干扰和故障情况下是否能够正常工作，需要能够产生can总线干扰的设备。
canstress就是供开发和测试者使用的综合性can总线干扰生成工具。该设备能够以可以复现的方式对总线的物理特性和逻辑电平施加干扰。canstress是手持式硬件模块。它可以直接插入can总线。它包含灵活的触发和干扰逻辑。它包含大量的通过软件控制的电阻。它们可以用来构成总线上的电阻系列，总线间的连接电阻，电极间的连接电阻。canstress支持的故障形式和测试模式包括：总线故障仿真，can系统故障，can控制器干扰，可编程短路和掉电等。在总线间插入可编程静态电容可以用于仿真各种总线长度。
3、can系统可编程记录器canlog 3通过下载不同的配置，可编程记录器canlog 3能够接受、保存和评价来自不同can总线的报文。canlog 3可以支持4个can通道。通过相应的接口，可以按照用户需求进行通道分配。允许的工作电压范围5～45伏，符合汽车工业标准。
解决方案特性
恒润的can/lin总线开发、测试工具是由德国vector informatik公司提供的。vector公司是基于can/lin电子系统网络开发工具的领导厂商。vector公司的解决方案和开发工具产品深受国际知名汽车厂商和汽车电子供应商的信赖。
1. 汽车总线网络开发和测试一体的解决方案
从上述介绍可以看出，该解决方案具有最初的产品设计可发和测试能力，为汽车行业can/lin总线开发提供了从设计、仿真、到分析和测试的功能强大的全方位解决方案。实现了开发工具在各个开发环节的无缝集成。在测试过程中，可以采用两种测试方式：交互测试(人工测试)和自动测试(无人监督)。在交互测试过程中，测试者可以交互地启动/重启某个测试过程，或者为测试提供输入激励；在自动测试过程中，通过预先配置，可以自动启动/停止和执行测试过程，按定义的方式执行。在两种测试方式下，测试过程结束可以生成html/xml测试报告，记录准确的测试结果。
图3：显示界面和仪表库
2. 友好的用户界面和图形化的显示方式
该系统的软件测试环境提供了友好的用户界面和图形化的显示方式。提供了图形化显示功能模块和评估模块。在测试过程中，显示每条报文的中的不同信号的数值，总线上所有活动的列表， 包括报文、错误帧和超载帧；总线统计表显示报文速率，错误率，总线负载和can控制器状态。另外，针对汽车应用，提供了相应的仪表库，模拟真实的驾驶室内仪表显示。如图3所示。
3. 支持多种总线协议
通过与相应的模块配合，该测试环境支持多种总线协议的仿真和测试，如can总线、lin总线、most和flexray总线，支持的总线协议有j1939、iso11783、canopen、devicenet等。
4. 良好的扩展性
该系统同样具有良好的兼容性和扩展性。在测试的过程中，根据需要，可以增加额外的测试工具，如ipetronik.等，进一步拓宽了其应用范围。
图4：测试案例实现了can总线座椅控制自动测试
应用案例
图4所示的测试案例实现了can总线座椅控制自动测试。测试工程师只要启动测试，测试软件就按照事先编好的测试流程逐项进行功能测试和通讯测试，并记录整个测试过程并报告测试结果。功能测试包含头枕高度调整，座椅高度调节，座椅前后位置调整，座椅倾角调整和报文功能测试。通讯测试则包含启动测试，请求/响应测试和报文周期精度测试。在测试的过程中，以图形化的方式显示当前系统的状态信息和测试流程。
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汽车总线测试流程
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1. 制订测试计划。制订测试计划是测试开始前必须的工作，包括了测试需要达到的目标，使用的资源、遵从的标准以及工具等方方面面，是测试顺利实施的指导性文件。主要内容有：目标；总体测试策略；测试的完整性需求；具体规则(如何时停止测试)；资源需求；职责(如测试用例设计，执行，检查)；测试用例库；测试标准；工具(canoe, canscope, canstress, canlog)；测试软/硬件配置；系统集成计划。
2. 测试用例。测试用例的设计是一项复杂的工作，既需要直觉又需要专门技术。
3. 测试向量。包括测试向量和分解每一个测试用例。
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测试工具主要包括软件测试环境和和辅助的硬件测试工具两部分。
软件测试环境
在汽车总线网络开发和测试过程中，主要应用的软件测试环境是canoe。 canoe (can open environment)是德国vector公司开发的功能强大的开发工具。它能支持总线开发的整个过程-从最初的设计、仿真到最终的分析测试和产品的售后服务。canoe 实现了网络设计、仿真和测试的无缝集成，其开发、测试流程如图1所示。
图1：利用canoe进行产品开发和测试流程
1. 通讯设计/模型生成。新工程的第一个任务就是在数据库中定义通讯矩阵，然后是在canoe中生成模型。
2. 通讯确认。支持的通讯确认包括系统的功能分配、功能测试和整个系统的集成。
3. 剩余总线仿真/功能测试。剩余总线仿真向总线系统产品供应商提供了理想的测试环境。使他们既可以进行整个系统的测试，又可以高效地进行电控单元、模块和集成测试。此外用户还可以在oscan库(oscan library)的帮助下直接运行can控制器代码。
4. 测试。canoe通过特殊功能“测试特性设置”支持ecu和网络测试。有了这些功能，就可以创建各种测试。例如验证单个开发步骤的测试，检查原型，执行蜕变测试和兼容性测试。此外，包含在测试服务库中的检查和仿真功能可以简化测试环境的设置和执行。
5. 诊断。canoe可以分析kwp2000诊断通讯。诊断控制台(诊断特性设置的一部分)通过基于candelastudio的诊断描述文件提供了对所有诊断服务的交互访问。诊断请求可以被选择、参数化，并显示出来。故障存储器控制台提供了对某个ecu故障存储器简便、快捷的访问。因此，所有参数都以符号进行显示。
6. 分布式开发/集成。对于涉及多个供应商的工程，可以进行网络节点的独立并行开发。
硬件测试工具
在can/lin总线网络测试过程中，借助其它的测试工具，会进一步加快测试过程。这些硬件测试工具包括(如图2所示)：
1、记录和评估can总线电平的测量设备canscopecanscope提供了强健的记录模块和易于使用的评估软件。记录模块通过rs-232和usb连接到pc。可以分析各种因素对总线特性的影响：电缆类型和长度、总线驱动器和终端、不同故障形式、emc等。对于目标调试，可以设定各种触发条件。例如当出现某个特定的can报文或出现错误?总线电平超过正常水平或低于正常水平就会触发记录进程，触发环境被完整记录下来，比较电压曲线。
图2：测试系统示意图
2. can网络干扰生成工具canstresscan网络对于总线通讯的扰动和故障具有很强的抗干扰能力。为了测试系统在干扰和故障情况下是否能够正常工作，需要能够产生can总线干扰的设备。
canstress就是供开发和测试者使用的综合性can总线干扰生成工具。该设备能够以可以复现的方式对总线的物理特性和逻辑电平施加干扰。canstress是手持式硬件模块。它可以直接插入can总线。它包含灵活的触发和干扰逻辑。它包含大量的通过软件控制的电阻。它们可以用来构成总线上的电阻系列，总线间的连接电阻，电极间的连接电阻。canstress支持的故障形式和测试模式包括：总线故障仿真，can系统故障，can控制器干扰，可编程短路和掉电等。在总线间插入可编程静态电容可以用于仿真各种总线长度。
3、can系统可编程记录器canlog 3通过下载不同的配置，可编程记录器canlog 3能够接受、保存和评价来自不同can总线的报文。canlog 3可以支持4个can通道。通过相应的接口，可以按照用户需求进行通道分配。允许的工作电压范围5～45伏，符合汽车工业标准。
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图3：显示界面和仪表库
2. 友好的用户界面和图形化的显示方式
该系统的软件测试环境提供了友好的用户界面和图形化的显示方式。提供了图形化显示功能模块和评估模块。在测试过程中，显示每条报文的中的不同信号的数值，总线上所有活动的列表， 包括报文、错误帧和超载帧；总线统计表显示报文速率，错误率，总线负载和can控制器状态。另外，针对汽车应用，提供了相应的仪表库，模拟真实的驾驶室内仪表显示。如图3所示。
3. 支持多种总线协议
通过与相应的模块配合，该测试环境支持多种总线协议的仿真和测试，如can总线、lin总线、most和flexray总线，支持的总线协议有j1939、iso11783、canopen、devicenet等。
4. 良好的扩展性
该系统同样具有良好的兼容性和扩展性。在测试的过程中，根据需要，可以增加额外的测试工具，如ipetronik.等，进一步拓宽了其应用范围。
图4：测试案例实现了can总线座椅控制自动测试
应用案例
图4所示的测试案例实现了can总线座椅控制自动测试。测试工程师只要启动测试，测试软件就按照事先编好的测试流程逐项进行功能测试和通讯测试，并记录整个测试过程并报告测试结果。功能测试包含头枕高度调整，座椅高度调节，座椅前后位置调整，座椅倾角调整和报文功能测试。通讯测试则包含启动测试，请求/响应测试和报文周期精度测试。在测试的过程中，以图形化的方式显示当前系统的状态信息和测试流程。
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