李桂偉，丁健，蔡永祥

（中汽研（天津）汽車工程研究院有限公司，天津 300300）

CAN總線是一種串行總線通信協(xié)議，目前在汽車的電子控制單元中應(yīng)用十分廣泛，能夠有效實(shí)現(xiàn)汽車上不同控制器之間的數(shù)據(jù)交互。CANoe軟件是德國(guó)Vector公司推出的一款專業(yè)CAN/LIN等總線網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)和測(cè)試軟件，利用該軟件可以實(shí)現(xiàn)整車的網(wǎng)絡(luò)建模、仿真和測(cè)試等工作。目前CANoe軟件已在汽車行業(yè)內(nèi)廣泛使用。CAPL（CAN Access Programming Language）語(yǔ)言是CANoe軟件自帶的一種類C編程語(yǔ)言，使用CAPL語(yǔ)言能夠擴(kuò)展CANoe軟件功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)軟件功能的二次開(kāi)發(fā)。

本文針對(duì)于控制器功能邏輯驗(yàn)證中CAN總線網(wǎng)絡(luò)仿真需求，利用CANoe軟件的CAPL編程語(yǔ)言結(jié)合Interaction Layer（以下簡(jiǎn)稱IL）交互層的方式，搭建整車總線網(wǎng)絡(luò)仿真模型，幫助測(cè)試人員更快速更高效地完成整車不同控制器的功能邏輯驗(yàn)證工作。

1 總線仿真需求分析

控制器功能邏輯驗(yàn)證處于整車開(kāi)發(fā)V模型的右邊，主要包括了硬件在環(huán)測(cè)試、黃板車臺(tái)架測(cè)試、實(shí)車測(cè)試等（圖1）。在功能邏輯驗(yàn)證中對(duì)于不同的被測(cè)件，測(cè)試人員需要模擬不同的總線環(huán)境、發(fā)送事件報(bào)文、注入總線故障等，因此待開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)仿真模型應(yīng)同時(shí)具有以下功能。

圖1 整車開(kāi)發(fā)V模型

1）能夠快速配置總線環(huán)境，靈活切換控制器報(bào)文的發(fā)送/停止，最大程度上滿足不同被測(cè)件的總線環(huán)境要求。

2）能夠在模型運(yùn)行過(guò)程中動(dòng)態(tài)改變仿真報(bào)文的周期，滿足故障注入的測(cè)試要求。

3）網(wǎng)絡(luò)仿真模型應(yīng)具有事件報(bào)文發(fā)送能力。

4）網(wǎng)絡(luò)仿真模型應(yīng)能夠方便測(cè)試人員改變信號(hào)的信號(hào)值。

5）網(wǎng)絡(luò)仿真模型應(yīng)包含CheckSum和Rolling Counter等校驗(yàn)算法，避免因不正確的算法引入非預(yù)期的總線故障。

2 創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)

整車網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)利用CANoe軟件提供的CANdb++數(shù)據(jù)庫(kù)編輯工具結(jié)合汽車研發(fā)過(guò)程中的整車通信矩陣進(jìn)行創(chuàng)建（圖2）。在整車通信矩陣中，定義了網(wǎng)絡(luò)上所有的報(bào)文信息（報(bào)文ID、報(bào)文發(fā)送類型等）、信號(hào)信息（信號(hào)長(zhǎng)度、信號(hào)起始位、真值表等）以及報(bào)文的發(fā)送和接收節(jié)點(diǎn)。使用CANdb++編輯工具可以將整車通信矩陣在CANdb++編輯器中創(chuàng)建相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)對(duì)象、報(bào)文對(duì)象、信號(hào)對(duì)象，對(duì)象創(chuàng)建完成之后，再依次建立節(jié)點(diǎn)與報(bào)文、報(bào)文與信號(hào)之間的所屬關(guān)系。

圖2 編輯網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)

由于搭建網(wǎng)絡(luò)仿真模型需要使用CANoe軟件IL交互層，因此在創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的信息完整度要求較高，因此除了建立網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、報(bào)文和信號(hào)等對(duì)象外，還需要為節(jié)點(diǎn)、報(bào)文和信號(hào)定義屬性，如圖3所示。為了滿足IL交互層使用要求，設(shè)置的節(jié)點(diǎn)屬性應(yīng)包括：ILUsed、NodeLayer-Modules，報(bào)文 屬性應(yīng)包括：GenMsgILSupport、GenMsgCycleTime、GenMsgSendType等。

圖3 節(jié)點(diǎn)、報(bào)文屬性設(shè)置

其中NodeLayerModules屬性定義了IL交互層使用的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，即“CANoeILNLVector.dll”，該動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)是實(shí)現(xiàn)IL交互層報(bào)文仿真的主要部分，在CAPL程序?qū)崿F(xiàn)的邏輯控制中也會(huì)用到動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中定義的函數(shù)。

3 定義CAPL程序

CAPL程序是網(wǎng)絡(luò)仿真模型中邏輯控制的核心部分，利用系統(tǒng)變量和不同類型的CAPL事件，同時(shí)結(jié)合CANoeILNLVector.dll動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)提供的IL交互層控制函數(shù)，共同完成CAPL程序編寫(xiě)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)仿真模型邏輯控制功能。

在編寫(xiě)CAPL程序之前，首先需要?jiǎng)?chuàng)建模型需要的系統(tǒng)變量。系統(tǒng)變量搭建起控制面板和CAPL程序之間的橋梁，測(cè)試人員可以通過(guò)控制面板上關(guān)聯(lián)了系統(tǒng)變量的控件控制CAPL程序中事件程序的執(zhí)行。為了滿足邏輯驗(yàn)證對(duì)網(wǎng)絡(luò)仿真模型的功能需求，模型需要使用的系統(tǒng)變量如圖4所示，其中NODES組中定義的變量是為了實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)報(bào)文的發(fā)送/停止功能，EventSend組中的變量實(shí)現(xiàn)事件報(bào)文控制功能，CyclicSet組、EnableCyclic組和SelectedPeriod組中的變量共同組合實(shí)現(xiàn)報(bào)文周期的動(dòng)態(tài)更改及控制功能。

圖4 創(chuàng)建系統(tǒng)變量

系統(tǒng)變量創(chuàng)建完成之后，可以利用系統(tǒng)變量、CAPL事件和IL交互層控制函數(shù)構(gòu)建仿真模型的CAPL程序。在CAPL程序中用到的主要事件是on start事件和on sysvar事件，用到 的IL交 互 層 控 制函 數(shù) 分 別為：ILDisableMsg（）、ILEnableMsg（）、ILSetMsgEvent（）、ILFaultInjectionSetMsgCycleTime（）、ILFaultInjectionResetMsgCycleTime（）、ILControlStart（）。以BCM節(jié)點(diǎn)為例，CAPL程序如下。

on start

{

//IL交互層控制初始化

ILControlStart（）；

ILDisableMsg（"BCM1"）；

ILDisableMsg（"BCM2"）；

}

on sysvar（IL：：NODES：：Enable_AllNodes|IL：：NODES：：Enable_BCM）

{

//控制報(bào)文發(fā)送/停止

if（@sysvar：：IL：：NODES：：Enable_AllNodes&&@sysvar：：

IL：：NODES：：Enable_BCM）

{

ILEnableMsg（"BCM1"）；

ILEnableMsg（"BCM2"）；

}

else

{

ILDisableMsg（"BCM1"）；

}

}

on sysvar（IL：：EnableCyclic：：IL_BCM：：BCM1|IL：：SelectedPeriod：：IL_BCM：：BCM1|IL：：CyclicSet：：IL_BCM：：BCM1）

{

//設(shè)置報(bào)文的發(fā)送周期

if（@sysvar：：IL：：EnableCyclic：：IL_BCM：：BCM1&&@sysvar：：IL：：SelectedPeriod：：IL_BCM：：BCM1）

{

ILFaultInjectionSetMsgCycleTime（BCM1，@sysvar：：IL：：CyclicSet：：IL_BCM：：BCM1）；

}

從國(guó)內(nèi)需求端來(lái)看，根據(jù)記者調(diào)查，東北地區(qū)生產(chǎn)企業(yè)的采購(gòu)在持續(xù)進(jìn)行，大型復(fù)合肥企業(yè)的生產(chǎn)也未間斷，大型流通企業(yè)也在有節(jié)奏地進(jìn)行儲(chǔ)備。短時(shí)間來(lái)看，尿素市場(chǎng)供需平穩(wěn)。

else

{

ILFaultInjectionResetMsgCycleTime（BCM1）；

}

}

on sysvar（IL：：EventSend：：IL_BCM：：BCM1|IL：：EventSend：：IL_BCM：：BCM2）

{

//事件報(bào)文控制

if（@sysvar：：IL：：EventSend：：IL_BCM：：BCM1==1）

ILSetMsgEvent（BCM1）；

if（@sysvar：：IL：：EventSend：：IL_BCM：：BCM2==1）

ILSetMsgEvent（BCM2）；

}

上述程序?qū)崿F(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)仿真模型中BCM節(jié)點(diǎn)報(bào)文發(fā)送/停止功能、報(bào)文周期改變功能、事件報(bào)文發(fā)送功能等。對(duì)于報(bào)文中包含的Rolling Counter信號(hào)和Checksum校驗(yàn)信號(hào)，為了避免引入不必要的總線故障，可以通過(guò)調(diào)用如下的兩個(gè)自定義函數(shù)實(shí)現(xiàn)Rolling Counter信號(hào)和Checksum校驗(yàn)信號(hào)的正確發(fā)送。

CLOCK_Signal（signal*sig，int Maxvalue）

{

//CLOCK函數(shù)

（getSignal（sig）==Maxvalue）?＄sig=0：＄sig++；

}

CRC8_Signal（signal*sig，message*msg）

{

//CRC算法函數(shù)

byte value[7]；

byte crc=0xFF；

byte poly=0x1D；

int byte_flag=0，bit_flag=0，num=0；

for（num=0；num<7；num++）

{

value[num]=msg.byte（num）；

}

for（byte_flag=0；byte_flag<7；byte_flag++）

{

crc^=value[byte_flag]；

for（bit_flag=0；bit_flag<8；bit_flag++）

{

if（crc&0x80）

{

crc=（crc<<1）^poly；

}

else

{

crc=（crc<<1）；

}

}

}

＄sig=crc；

}

4 編輯控制面板

為方便測(cè)試人員操作，控制面板上的控件需直觀體現(xiàn)仿真模型的主要功能，例如面板上應(yīng)包括節(jié)點(diǎn)報(bào)文發(fā)送/停止控件、信號(hào)控件、報(bào)文周期更改控件等，如圖5所示。在編輯控制面板時(shí)，信號(hào)對(duì)應(yīng)的控件需要與數(shù)據(jù)庫(kù)中的信號(hào)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，而控制報(bào)文發(fā)送/停止、周期更改等的控件需要與已創(chuàng)建的系統(tǒng)變量進(jìn)行關(guān)聯(lián)。通過(guò)控制面板，測(cè)試人員可以在面板上進(jìn)行勾選、設(shè)置等操作，實(shí)現(xiàn)快速便捷的仿真控制。

圖5 編輯控制面板

5 仿真模型驗(yàn)證

在網(wǎng)絡(luò)仿真模型搭建完成后，利用CANoe軟件運(yùn)行仿真模型，以驗(yàn)證仿真模型的功能是否符合功能邏輯驗(yàn)證的需要。

1）節(jié)點(diǎn)報(bào)文發(fā)送/停止控制：操作模型控制面板選擇Enable IL前面的復(fù)選框和Enable IL of Node區(qū)域內(nèi)任意網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)前面的復(fù)選框，可以在CANoe軟件的Trace界面上看到選擇節(jié)點(diǎn)的報(bào)文已經(jīng)正常發(fā)送，報(bào)文發(fā)送的周期與DBC數(shù)據(jù)庫(kù)中定義的周期一致，并且若該報(bào)文包含Checksum信號(hào)和Rolling counter信號(hào)，可以看到信號(hào)值隨著報(bào)文的發(fā)送正確改變（圖6）。

圖6 報(bào)文發(fā)送/停止驗(yàn)證

2）報(bào)文周期動(dòng)態(tài)調(diào)整：選擇模型控制面板IL Control區(qū)域內(nèi)任意正在發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，打開(kāi)報(bào)文周期控制面板。在控制面板上同時(shí)選擇Enable和User前面的選擇框，在報(bào)文周期輸入框中設(shè)置不同的報(bào)文周期，可以看到Trace界面上正在發(fā)送的報(bào)文的發(fā)送周期變成設(shè)置的周期值（圖7）。

圖7 測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行效果截圖

圖7 報(bào)文周期改變驗(yàn)證

3）信號(hào)值操作/事件報(bào)文控制：選擇TX Signals區(qū)域內(nèi)仿真發(fā)送的節(jié)點(diǎn)，打開(kāi)報(bào)文控制面板，操作更改面板上任意信號(hào)的信號(hào)值，可以看到Trace界面上該報(bào)文發(fā)送的信號(hào)值按照面板上的改變值更改（圖8）。同時(shí)在控制面板上的Event Timing區(qū)域，可以找到Send Once按鈕，每點(diǎn)擊一次，可以在Trace界面上看到報(bào)文發(fā)送一次。

圖8 信號(hào)值改變/事件報(bào)文驗(yàn)證

6 結(jié)束語(yǔ)

網(wǎng)絡(luò)仿真模型在汽車功能邏輯驗(yàn)證中具有十分重要的作用，一個(gè)功能完善的仿真模型不僅能夠幫助測(cè)試工程師提高工作效率，而且可以實(shí)現(xiàn)很多手動(dòng)操作難以實(shí)現(xiàn)的功能。雖然Vector公司的CANoe軟件為用戶提供了多種仿真報(bào)文方式，例如利用CANoe軟件中的IG節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)、CANoe軟件的IL交互層實(shí)現(xiàn)或者CAPL編程實(shí)現(xiàn)，但是使用這些方式中的任何一種搭建的仿真模型要么開(kāi)發(fā)難度大，要么擴(kuò)展能力差，都有一些不足的地方存在。為了避免上述問(wèn)題，本文選擇以CAPL編程和IL交互層相結(jié)合的方式搭建網(wǎng)絡(luò)仿真模型，模型編程難度較低，開(kāi)發(fā)時(shí)間短，擴(kuò)展能力強(qiáng)，并且模型操作簡(jiǎn)便，更能夠滿足現(xiàn)在測(cè)試快速迭代的要求。