張少宇，孫永鋒，倪麗

（安徽江淮汽車股份有限公司， 安徽 合肥 230601）

基于“V開發(fā)模式”的汽車CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)設計方法分析

張少宇，孫永鋒，倪麗

（安徽江淮汽車股份有限公司， 安徽 合肥 230601）

本文介紹了基于“V開發(fā)模式”的汽車CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)設計方法。該方法吸收了“V開發(fā)模式”的優(yōu)點，將汽車CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)設計過程和驗證過程有機的結(jié)合起來，提高了設計的效率和網(wǎng)絡系統(tǒng)的質(zhì)量，是一種有效的汽車CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)開發(fā)方法。

V開發(fā)模式；CAN網(wǎng)絡

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

前言

CAN(Controller Area Network)是控制器局域網(wǎng)的縮寫。1986年德國BOSCH公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議，此后，ISO和SAE組織對其進行了標準化，制定了基于CAN2.0規(guī)范的ISO 11898和SAE J1939標準，分別面向乘用車和商用車領(lǐng)域。CAN總線技術(shù)在汽車產(chǎn)業(yè)中的應用，不僅可以提高人們對安全性、舒適性和低成本的要求，而且有助于實現(xiàn)汽車產(chǎn)品快速升級換代的模塊化和智能化要求，還會使整車的故障檢測更方便，系統(tǒng)的穩(wěn)定性更高。CAN總線技術(shù)以其眾多的優(yōu)點成為汽車電子行業(yè)的主流技術(shù)。

V開發(fā)模式是一種面向客戶的開發(fā)模式，該模式可以減少設計的反復過程、縮短開發(fā)周期，節(jié)省成本，提升產(chǎn)品設計的質(zhì)量，在汽車ECU開發(fā)領(lǐng)域得到了廣泛的應用。

本文將V開發(fā)模式應用于汽車CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)設計的全過程，介紹了一種有效的CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)的設計方法。

1、V開發(fā)模式

V開發(fā)模式是在快速應用開發(fā) (RAD, Rap Application Development)模型基礎(chǔ)上演變而來，由于將整個開發(fā)過程構(gòu)造成一個V字形而得名。該模式可以很大程度地縮短開發(fā)周期，節(jié)省成本，提高設計的質(zhì)量，除廣泛應用于汽車ECU開發(fā)外，也已成功應用到航空、國防、醫(yī)療設備、工業(yè)過程控制等領(lǐng)域。

下面以汽車ECU開發(fā)為例，按照V開發(fā)模式圖橫向?qū)南群蟓h(huán)節(jié)順序，對V開發(fā)模式作簡單闡述。V開發(fā)模式的流程如圖1所示。

在V開發(fā)模式中，左邊是設計和分析，是軟件設計實現(xiàn)的過程；右邊是對設計的結(jié)果進行測試，是動態(tài)測試驗證過程。各個階段的對比分析如下：

需求分析和功能設計對應驗收測試

設計人員在做需求分析、產(chǎn)品功能設計的同時，測試人員可以審查需求分析的結(jié)果，從而了解產(chǎn)品的設計特性、用戶的真正需求，據(jù)此確定驗收目標，策劃測試活動。

系統(tǒng)設計對應系統(tǒng)測試

系統(tǒng)設計人員在做系統(tǒng)設計時，測試人員可以了解系統(tǒng)是如何實現(xiàn)的，基于什么樣的平臺，這樣可以設計系統(tǒng)的測試方案和測試計劃，并事先準備系統(tǒng)的測試環(huán)境，包括硬件和第三方軟件的采購。

詳細或程序設計對應功能測試

當設計人員在做詳細設計時，測試人員可以參與設計，對設計進行評審，找出設計的缺陷，同時設計功能測試用例，完善測試計劃，并基于這些測試用例開發(fā)測試腳本。

編程對應單元測試

在設計人員編程的同時，測試人員可以進行單元測試，盡快找出程序中的錯誤。充分的單元測試可以大幅度提高程序質(zhì)量、減少成本。

從圖1上我們能清楚地看到，V開發(fā)模式強調(diào)開發(fā)的協(xié)作和速度，將開發(fā)實現(xiàn)和驗證有機地結(jié)合起來，在保證軟件質(zhì)量情況下縮短開發(fā)周期。該模式能幫助我們建立一套更有效的、更具有可操作性的產(chǎn)品開發(fā)流程。

2、汽車CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)設計

整車CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)的開發(fā)通常經(jīng)歷概念設計、工程設計和試制試驗三個階段。具體如下所示：

概念設計

此階段的工作首先是依據(jù)市場調(diào)研的結(jié)果，從整車、動力和工藝工程等領(lǐng)域進行可行性分析，明確整車網(wǎng)絡系統(tǒng)的開發(fā)需求；

在此基礎(chǔ)上，綜合考慮成本、擴展性、一致性和相關(guān)法規(guī)要求，策劃網(wǎng)絡系統(tǒng)設計方案，即整車網(wǎng)絡系統(tǒng)控制策略設計，形成網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)；

另外，還必須考慮供應商的開發(fā)能力，CAN 總線工程師要考察供應商的CAN網(wǎng)絡開發(fā)經(jīng)驗、對網(wǎng)絡標準的理解程度、軟硬件開發(fā)經(jīng)驗和網(wǎng)絡測試手段和經(jīng)驗等。

工程設計

此階段的工作是的制定《網(wǎng)絡協(xié)議規(guī)范》、《診斷協(xié)議規(guī)范》和《網(wǎng)絡測試規(guī)范》等相應的規(guī)范，為供應商開發(fā)產(chǎn)品提供設計依據(jù)，引導其開發(fā)設計出符合要求的產(chǎn)品。

首先依據(jù)ISO 11898協(xié)議和SAE J1939協(xié)議制定《網(wǎng)絡協(xié)議規(guī)范》，內(nèi)容涵蓋物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層；確定網(wǎng)絡系統(tǒng)的管理規(guī)范；

根據(jù)ISO11898等相關(guān)協(xié)議制定《診斷協(xié)議規(guī)范》；

在樣車試制前期，工程師需要根據(jù)《網(wǎng)絡協(xié)議規(guī)范》和《診斷協(xié)議規(guī)范》建立通信數(shù)據(jù)庫、診斷數(shù)據(jù)庫；編寫網(wǎng)絡測試的程序、編寫測試管理程序、建立網(wǎng)絡仿真模型，為樣件和樣車的測試做準備；制定節(jié)點、系統(tǒng)和實車的《網(wǎng)絡測試規(guī)范》、《診斷規(guī)范》。

試制試驗

這一階段覆蓋整個項目開發(fā)后期，主要對供應商開發(fā)的產(chǎn)品進行單元、系統(tǒng)集成功能測試和診斷測試，解決產(chǎn)品中存在的問題，確保產(chǎn)品正確設計，滿足可靠性和在線診斷的要求，具備量產(chǎn)條件。

3、V開發(fā)模式在江淮汽車CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)開發(fā)中的應用分析

下面以江淮汽車CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)開發(fā)為例，分析V開發(fā)模式在CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)開發(fā)中的應用。江淮汽車產(chǎn)品研發(fā)體系分為5個階段，分別是產(chǎn)品規(guī)劃階段(PP)、產(chǎn)品策劃階段(PDP)、造型開發(fā)階段(SD)、設計開發(fā)階段(DD)和設計驗證階段(DV)。江淮汽車CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)開發(fā)流程如圖4所示：

PP階段

市場人員進行市場需求收集、整理，設計人員從整車的角度進行可行性分析。根據(jù)可行性分析，進行產(chǎn)品定義，明確整車網(wǎng)絡系統(tǒng)的開發(fā)目標。

與此同時，測試人員可以審查產(chǎn)品可行性分析報告，了解產(chǎn)品的設計特性、用戶的真正需求，確定整車網(wǎng)絡系統(tǒng)的最終驗收目標。

PDP階段

基于開發(fā)目標、相關(guān)法規(guī)要求和《CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)平臺規(guī)劃》，進行網(wǎng)絡系統(tǒng)方案設計構(gòu)想，編制《網(wǎng)絡系統(tǒng)設計方案說明書》，確定網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)圖。

測試人員可以了解系統(tǒng)的實現(xiàn)方式，設計系統(tǒng)的測試計劃和方案，并準備系統(tǒng)的測試環(huán)境。

SD階段

設計人員參照ISO 11898和SAE J1939協(xié)議制定《網(wǎng)絡協(xié)議規(guī)范》，確定《網(wǎng)絡管理規(guī)范》，建立整車通信數(shù)據(jù)庫（整車信號列表和通信矩陣）。根據(jù)ISO 11898等相關(guān)協(xié)議制定《網(wǎng)絡系統(tǒng)診斷協(xié)議規(guī)范》，建立診斷數(shù)據(jù)庫。指導供應商進行網(wǎng)絡系統(tǒng)零部件開發(fā)。

在這一過程中，測試人員可以參與協(xié)議規(guī)范的制定，對規(guī)范進行評審，同時根據(jù)協(xié)議規(guī)范設計測試用例，基于測試用例開發(fā)測試腳本。

DD階段

供應商進行零部件軟硬件開發(fā)。在此期間CAN 總線工程師需要根據(jù)網(wǎng)絡協(xié)議制定節(jié)點、系統(tǒng)和實車的網(wǎng)絡測試規(guī)范；建立網(wǎng)絡仿真模型；編寫測試管理程序；制作DBC文件和CDD文件。并進行單元測試，協(xié)助開發(fā)人員查找程序中的錯誤，整改不合格項目，提高程序的質(zhì)量。

DV階段

對供應商開發(fā)的產(chǎn)品進行功能驗證和診斷測試，確保產(chǎn)品正確設計。對設計合格的零部件進行系統(tǒng)集成測試，驗證系統(tǒng)的通信功能、在線診斷功能和容錯性能，評估網(wǎng)絡系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性。

最后，由產(chǎn)品人員依據(jù)整車的驗收目標，對量產(chǎn)車輛進行驗收測試。

4、結(jié)束語

本文介紹的基于V模式的汽車CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)開發(fā)方法，吸收V開發(fā)模式高效協(xié)作的優(yōu)點，減少了從CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)規(guī)劃、設計開發(fā)到實現(xiàn)、設計驗證各個環(huán)節(jié)的人為失誤，在最短的開發(fā)周期內(nèi)以最低的成本完成CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)的設計任務。基于V模式的汽車CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)開發(fā)方法是一種有效的汽車CAN網(wǎng)絡系統(tǒng)開發(fā)管理方法，具有很高的使用價值。

[1] 李霞,孫永峰,藺春明.基于CAN總線的商用車網(wǎng)絡平臺化設計探究[J].專用汽車, 2013.08,82-85.

[2] 羅峰,孫澤昌.汽車CAN總線系統(tǒng)原理、設計與應用[M].電子工業(yè)出版社.

Research on Automobile Controller Area Network Design Based on V Development Model

Zhang Shaoyu, Sun Yongfeng, Ni Li
(Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601)

An automobile Controller Area Network design method based on V development model was given in this paper. According to this method, the design process of Controller Area Network and the verification procedure was implemented at the same time. This strategy can improve the design efficiency and quality effectively, thus, it's an effective design method.

V development mode; Controller Area Network

U462.1

A

1671-7988(2015)03--

張少宇，工程師，就職于安徽江淮汽車技術(shù)中心，從事電器設計工作，研究方向為車載網(wǎng)絡技術(shù)。