CN104378260B

CN104378260B - Can 总线的负载率测试方法及装置、系统

Info

Publication number: CN104378260B
Application number: CN201410658598.3A
Authority: CN
Inventors: 曾杨; 刘振兴; 于晓颖; 习可; 陶泽安
Original assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Zoomlion Heavy Industry Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2018-11-27
Anticipated expiration: 2034-11-18
Also published as: CN104378260A

Abstract

本发明提供了一种CAN总线的负载率测试方法及装置、系统，其中，该方法包括：获取测试时间段内CAN总线信号电平的变化规律；根据所述变化规律确定在所述测试时间段内传输的单个报文的持续时间，以及所述测试时间段内传输的报文数量；根据所述报文数量和所述持续时间，确定所述测试时间段内所有报文的总持续时间；根据所述总持续时间以及所述测试时间段确定所述CAN总线的负载率。采用本发明提供的上述技术方案，解决了相关技术中，CAN总线的负载率测试方案存在实现复杂，成本较高等问题，从而降低了CAN总线负载率测试的复杂度和成本。

Description

CAN 总线的负载率测试方法及装置、系统

技术领域

本发明涉及控制局域网(Controller Area Network，简称为CAN)总线领域，具体而言，涉及一种CAN总线的负载率测试方法及装置、系统。

背景技术

负载率是CAN总线的一项重要运行技术指标，是衡量CAN总线系统正常运行的重要参数。CAN总线报文主要包括数据帧、远程帧、错误帧、过载帧。每一个帧都是以“显性”位开始(高电平)，以“隐性”位结束(低电平)。帧的电平信号遵循特定的变化规律，且相邻帧之间会有相应的帧间隙。

目前，常用的CAN总线负载率测试仪器有CAN示波器、CAN开发环境(CAN openenvironment，简称为CANoe)等，其测试原理是通过总线报文信号数据采集模块，捕捉一段时间内的CAN总线所有电平信号，并根据CAN总线特定的协议，解析所采集的总线报文数据位信息(包括可能存在的数据帧、远程帧、错误帧、过载帧)，通过计算单位时间内实际数据传输速率与理论最大数据传输速率之间的比值，即可得出总线负载率。

现有测试技术是基于快速、先进的控制处理芯片，实时采集CAN总线报文信号数据并快速处理，但是实现较为复杂且成本较高。并且，目前的CAN总线测试设备均为综合性测试仪器，功能较多，价格较高，但对于仅需了解CAN总线负载率的用户来说，使用成本较高，不利于推广使用。

针对相关技术中的上述问题，目前尚无有效地解决方案。

发明内容

本发明提供一种CAN总线的负载率测试方法及装置、系统，以解决相关技术中CAN总线的负载率测试方案存在实现复杂，成本较高等问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种CAN总线的负载率测试方法，所述方法包括：获取测试时间段内CAN总线信号电平的变化规律；根据所述变化规律确定在所述测试时间段内传输的单个报文的持续时间，以及所述测试时间段内传输的报文数量；根据所述报文数量和所述持续时间，确定所述测试时间段内所有报文的总持续时间；根据所述总持续时间以及所述测试时间段确定所述CAN总线的负载率。

优选地，所述变化规律包括：所述CAN总线信号电平的上升沿或下降沿的变化频率。

优选地，根据所述变化规律确定在所述测试时间段内传输的每个报文的持续时间，包括：在所述报文出现下降沿，并且低电平信号持续第一预设时间段后，将首次出现上升沿的第一时间点作为所述报文的开始时刻；在所述开始时刻后的第二时间点出现下降沿，并且在出现下一个上升沿之前低电平信号持续第二预设时间段时，将所述第二时间点作为所述报文的结束时刻；根据所述开始时刻和所述结束时刻确定所述报文的持续时间。

优选地，所述第一预设时间段和所述第二预设时间段均大于预设阈值Th，其中Th通过以下之一方式确定：

Th＝at_位，a为常数，t_位为位时间，该位时间用于表示数据位所占用的时间；

Th＝a/B_t，B_t为波特率。

优选地，t_位通过以下之一方式确定：

t_位＝t/2，其中，t为所述测试时间段内两个上升沿或下降沿之间的最短间隔时间；

t_位＝1/B_t。

优选地，B_t通过以下之一方式获取：启动波特率的测量过程；根据所述测量过程确定所述B_t；从预设配置数据中获取预先配置的所述B_t。

根据本发明的另一个方面，提供了一种CAN总线的负载率测试装置，所述装置包括：获取模块，用于获取测试时间段内CAN总线信号电平的变化规律；第一确定模块，用于根据所述变化规律确定在所述测试时间段内传输的每个报文的持续时间，以及所述测试时间段内传输的报文数量；第二确定模块，用于根据所述报文数量和所述持续时间，确定所述测试时间段内所有报文的总持续时间；第三确定模块，用于根据所述总持续时间以及所述测试时间段确定所述CAN总线的负载率。

优选地，所述获取模块，用于获取所述CAN总线信号电平的以下变化规律：所述CAN总线信号电平的上升沿或下降沿的变化频率。

根据本发明的又一个方面，提供了一种CAN总线的负载率测试系统，包括：逻辑电平检测电路，用于检测CAN总线信号电平，并将检测到的CAN总线信号电平输出至控制模块；所述控制模块，与所述逻辑电平检测电路耦合连接，用于确定所述CAN总线信号电平的变化规律；根据所述变化规律确定在所述测试时间段内传输的单个报文的持续时间，以及所述测试时间段内传输的报文数量；根据所述报文数量和所述持续时间，确定所述测试时间段内所有报文的总持续时间；以及根据所述总持续时间以及所述测试时间段确定所述CAN总线的负载率。

优选地，上述CAN总线的负载率测试系统还包括：人机交互模块，与所述控制模块连接，用于为所述控制模块与用户的交互提供界面。

应用本发明提供的技术方案，由于可以利用CAN总线逻辑电平信号的变化规律确定报文的持续时间，以及测试时间段内传输的报文数量，进而确定CAN总线在测试时间段内的负载率，因此，可以解决相关技术中，CAN总线的负载率测试方案存在实现复杂，成本较高等问题，从而降低了CAN总线负载率测试的复杂度和成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为根据本发明实施例的CAN总线的负载率测试方法的流程图；

图2为根据本发明优选实施例的CAN总线相邻部分时间示意图；

图3为根据本发明优选实施例的CAN信号电平示意图；

图4为根据本发明优选实施例的波特率和位时间测试流程图；

图5为根据本发明实施例的CAN总线的负载率测试装置的结构框图；

图6为根据本发明实施例的CAN总线的负载率测试系统的结构框图；

图7为根据本发明优选实施例的CAN总线的负载率测试系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明实施例以CAN总线的负载率为研究对象，基于CAN总线的信号电平变化规律，最终实现CAN总线负载率的测试。以下详细说明。

图1为根据本发明实施例的CAN总线的负载率测试方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下处理步骤：

步骤S102，获取测试时间段内CAN总线信号电平的变化规律；

步骤S104，根据上述变化规律确定在上述测试时间段内传输的单个报文的持续时间，以及上述测试时间段内传输的报文数量；

步骤S106，根据上述报文数量和上述持续时间，确定上述测试时间段内所有报文的总持续时间；

步骤S108，根据上述总持续时间以及上述测试时间段确定上述CAN总线的负载率。

通过上述各个处理步骤，由于可以利用CAN总线逻辑电平信号的变化规律确定报文的持续时间，以及测试时间段内传输的报文数量，进而确定CAN总线在测试时间段内的负载率，相对于相关技术中需要使用快速先进的控制处理芯片，实时采集CAN总线报文的信号数据，技术实现较为简单，并且，通过上述各个步骤提供的测试方案可以简化硬件结构，降低成本，便于推广使用。

在本发明实施例中，可以利用上述CAN总线信号电平的上升沿或下降沿的变化频率作为上述变化规律，进而确定测试时间段内每个报文的持续时间，在一个优选实施例中，可以通过以下方式实现：

在上述报文出现下降沿，并且低电平信号持续第一预设时间段后，将首次出现上升沿的第一时间点作为上述报文的开始时刻；在上述开始时刻后的第二时间点出现下降沿，并且在出现下一个上升沿之前低电平信号持续第二预设时间段时，将上述第二时间点作为上述报文的结束时刻；根据上述开始时刻和上述结束时刻确定上述报文的持续时间。其中，上述第一预设时间段和上述第二预设时间段均大于预设阈值Th，其中Th通过以下之一方式确定：Th＝at_位，a为常数，t_位为位时间，该位时间用于表示数据位所占用的时间；Th＝a/B_t，B_t为波特率。其中，a可以是用户根据经验确定，也可以根据需求灵活设定。

t_位通过以下之一方式确定，但不限于此：(1)t_位＝t/2，其中，t为上述测试时间段内两个上升沿或下降沿之间的最短间隔时间；(2)t_位＝1/B_t。该最短间隔时间的含义可以理解为：在进行CAN总线负载率测试时，总线的波特率虽然已经确定，但测试系统并不清楚当前总线的波特率(即位时间的倒数)，需要进行测试，最短间隔时间就是用来测试位时间的。两个上升沿或两个下降沿之间的时间可能是2个位或者多个位时间，采用一段较长时间内捕捉的最短间隔时间，从总线位构成的原理来看，是2个比特位的时间。

为了更好地理解该报文的持续时间的确定方式，以下结合一个优选实施例详细说明：

首先说明一下CAN总线报文的结构。

根据CAN总线协议(CAN Specification V2.0)，根据帧结构的不同，CAN总线报文分为：数据帧、远程帧、错误帧、过载帧，其数据结构为：

数据帧

数据帧由7个不同的位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、数据场、CRC场、应答场、帧结尾。数据场的长度可以为0。

远程帧

远程帧由6个不同的位场组成：帧起始、仲裁场、控制场、CRC场、应答场、帧末尾。

错误帧

错误帧包括两个位场：错误标志、错误界定符。

过载帧

过载帧包括两个位场：过载标志和过载界定符。

位流编码：帧的部分，诸如帧起始、仲裁场、控制场、数据场以及CRC序列，均通过位填充的方法编码。无论何时，发送器只要检测到位流里有5个连续识别值的位，便自动在位流里插入一补码位。数据帧或远程帧(CRC界定符、应答场和帧末尾)的剩余位场形式相同，不填充。错误帧和过载帧的形式也相同，但并不通过位填充的方法进行编码。在每一个帧之间会有一个帧间空间(包括间歇场、总线空闲的位场)，该部分均为隐性电平。

基于该上述报文结构，报文的持续时间可以通过以下步骤实现：

步骤1，如图2所示，T₀为该测试装置某一时刻检测到的高电平上升沿信号，当该报文出现低电平下降沿信号，且经过t时间段后，在T₁时刻出现一个高电平上升沿信号，如果间隔时间t＞11t_位,则T₁时刻为一个新的报文的开始。当该报文持续一段时间，在T₂时刻出现低电平下降沿信号，且低电平(下一个高电平上升沿信号出现之前)持续时间超过11t_位，则根据CAN总线报文的电平变化规律(数据帧、远程帧的应答位的第二位为“隐性”位，帧末尾为连续7个“隐性”位；错误帧的错误界定符、过载帧的过载界定符均为连续8个“隐性”位)，可知该报文的结束时刻为：(T_２+8*t_位)时刻；

步骤2，计算每一个帧的时间。如图6所示，以第一个报文为例进行说明，根据测试所判断报文的起始、结束时间，该报文的持续时间可近似为：T_a＝(T₂+8*t_位)-T₁。

基于上述步骤1和步骤2，便可以计算出负载率：

如图6所示，T_n为所测到的第n个报文的开始时刻，则总测试持续时间为：T_总＝(T_n-T₁)，该测试时间内报文所占用的时间为T_报文＝(n-1)*T_a，则该CAN总线系统该时间段内的峰值负载率为：

需要说明的是，本实施例所确定的负载率具有一定的容错性的，即其是存在一些误差的，但是，该误差并不影响测试结果，例如：

基于CAN总线报文(数据帧、远程帧)按照CAN总线协议(CAN Specification V2.0)所定义的电平变化规律进行数据的发送，准确率高；如果数据帧、远程帧的应答场应答失败，则会存在一点计算误差，但基本可以忽略。简单分析如下：

如果数据帧或远程帧的应答场应答失败，应答场将会出现两个连续的低电平(正常分别为一高、一低电平)，则该报文的最后一个下降沿的判断将出现在CRC场的某一位信号中。根据位填充的规则，误差最大的情况就是：此时CRC场最后一个下降沿为CRC场的倒数第五位，则该数据帧或远程帧将少计算6个数据位，而一个数据帧所的位数达到171位，远程帧所有的位数达到43位。如果测试时间比较长，测试的报文类型、数量均较多，则基本可以忽略这个误差对测试影响。

在本发明的一个优选实施例中，B_t可以通过以下之一方式获取，但不限于此：

(1)启动波特率的测量过程；根据上述测量过程确定上述B_t，该测试方式在具体实施过程中可以通过以下方式实现，但不限于此：

通过对硬件逻辑电平的判断，在一定的时间段内，记录间隔时间最短的两个上升沿或下降沿之间的时间为t(如图3所示)。则该CAN总线网络相应每一个数据位的时间t_位＝t/2，波特率为B_t＝2/t(与实际CAN总线网络波特率比较，可验证测试所的CAN总线数据位时间t_位的计算是否正确)。其具体的测试流程图如图4所示：

步骤S402，对设备进行初始化处理；

步骤S404，设置测试持续时间，即设置测试时间段；

步骤S406，利用逻辑电平检测电路实时触发CAN总线电平信号上升沿或下降沿信号；

步骤S408，根据所触发的CAN总线电平信号上升沿或下降沿的变化频率，获取间隔时间最短的两个上升沿或下降沿之间的时间t；

步骤S410，计算CAN总线的位时间、波特率；

步骤S412，输出并显示波特率数据；

步骤S414，判断波特率与实际运行之是否一致，如果一致，则结束，否则，转步骤S404，重新进行测量。

(2)从预设配置数据中获取预先配置的上述B_t，即波特率可以是用户预先配置的，例如可以通过人机交互界面输入等，另外，可以利用波特率B_t值，通过换算，获得该CAN总线网络相应每一个数据位的时间t_位＝1/B_t。

在本发明实施例中，还提供了一种CAN总线的负载率测试装置，该装置用于实现上述方法，如图5所示，该装置包括：

获取模块50，用于获取测试时间段内CAN总线信号电平的变化规律；

第一确定模块52，连接至获取模块50，用于根据上述变化规律确定在上述测试时间段内传输的单个报文的持续时间，以及上述测试时间段内传输的报文数量；

第二确定模块54，连接至第一确定模块52，用于根据上述报文数量和上述持续时间，确定上述测试时间段内所有报文的总持续时间；

第三确定模块56，连接至第二确定模块54，用于根据上述总持续时间以及上述测试时间段确定上述CAN总线的负载率。

通过上述各个模块实现的功能，同样可以较为简单地实现负载率的测试，并且，可以简化硬件结构，降低成本，便于推广使用。

在一个优选实施例中，获取模块50，用于获取上述CAN总线信号电平的以下变化规律：上述CAN总线信号电平的上升沿或下降沿的变化频率。

需要说明的是，上述各个模块是可以通过软件或硬件来实现的，对于后者，可以通过以下方式实现，但不限于此：上述各个模块可以位于同一处理器中，也可以位于不同的处理器中，也可以以不同组合的形式位于不同的处理器中。当然，对于硬件实现并不限于上述形式，例如还可以表现为以下形式：

一种CAN总线的负载率测试系统，如图6所述，包括：

逻辑电平检测电路60，用于检测CAN总线信号电平，并将检测到的CAN总线信号电平输出至控制模块62；

控制模块62，与上述逻辑电平检测电路耦合连接，用于确定上述CAN总线信号电平的变化规律；根据上述变化规律确定在上述测试时间段内传输的单个报文的持续时间，以及上述测试时间段内传输的报文数量；根据上述报文数量和上述持续时间，确定上述测试时间段内所有报文的总持续时间；以及根据上述总持续时间以及上述测试时间段确定上述CAN总线的负载率。

可选地，如图6所示，上述系统还可以包括：人机交互模块64，与控制模块62连接，用于为控制模块62与用户的交互提供界面。

在一个优选实施例中，CAN总线的负载率测试系统也可以表现为图7所示结构形式：

本装置硬件系统结构简单，如图7所示，主要包括五个部分：逻辑电平检测电路60、控制模块62、人机交互模块64、按钮、显示屏。其中：

逻辑电平检测电路60用于检测CAN总线高低电平的上升沿、下降沿信号，当CAN信号出现电平变化时，检测电路即触发。

控制模块62可采用单片机(或其它控制芯片)作为控制处理芯片，对所触发的高低电平的上升沿、下降沿信号进行实时处理，并通过内部计算，得出总线波特率、负载率。

人机交互模块64，用于设备操作人员能直观、便捷的使用设备，其中电源键用于启动装置的工作；

波特率测试按钮，用于启动CAN总线波特率的测量；负载率测试按钮，用于启动CAN总线负载率的测量。

键盘，用于设置波特率、负载率测试的测试持续时间，以及输入波特率的数值。

显示屏，用于显示CAN总线网络的波特率，以及测试所得CAN总线信号的负载率。

本实施例提供的CAN总线的负载率测试系统的实现原理如下：基于CAN总线信号的电平变化规律，通过实时检测CAN总线信号电平的上升沿或下降沿，并记录其发生的次数和时间，通过上升沿或下降沿的频率变化规律，获取CAN总线传输信号的位时间(或波特率)，以及该测试时间内报文的数量、每一个报文的持续时间，并计算出被测CAN总线网络的负载率。该测试方案可通过搭建简易硬件、软件平台即可实现，成本低，可广泛应用于现场测试人员对CAN总线负载率运行状况的监测。

本实施例提供的负载率的测试方案可以应用于所有基于CAN总线网络的产品，例如CAN示波器、CAN开发环境(CAN open environment，简称为CANoe)设备等，也可以是单独作为一个设备使用。可以广泛应用于设计验证和故障诊断等应用场景。

本发明的实施例还提供了一种存储介质。可选地，在本实施例中，上述存储介质可以存储用于执行步骤S102-S108的程序的代码。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种控制局域网CAN总线的负载率测试方法，其特征在于，所述方法包括：

获取测试时间段内CAN总线信号电平的变化规律；

根据所述变化规律确定在所述测试时间段内传输的单个报文的持续时间，具体包括：

在所述报文出现下降沿，并且低电平信号持续第一预设时间段后，将首次出现上升沿的第一时间点作为所述报文的开始时刻，

在所述开始时刻后的第二时间点出现下降沿，并且在出现下一个上升沿之前低电平信号持续第二预设时间段时，将所述第二时间点作为所述报文的结束时刻，

根据所述开始时刻和所述结束时刻确定所述报文的持续时间；

根据所述变化规律确定在所述测试时间段内传输的报文数量，并根据所述报文数量和所述持续时间确定所述测试时间段内所有报文的总持续时间；

根据所述总持续时间以及所述测试时间段确定所述CAN总线的负载率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述变化规律包括：所述CAN总线信号电平的上升沿或下降沿的变化频率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一预设时间段和所述第二预设时间段均大于预设阈值Th，其中Th通过以下之一方式确定：

Th＝a/B_t，B_t为波特率。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，t_位通过以下之一方式确定：

t_位＝1/B_t。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，B_t通过以下之一方式获取：

启动波特率的测量过程；根据所述测量过程确定所述B_t；

从预设配置数据中获取预先配置的所述B_t。

6.一种控制局域网CAN总线的负载率测试装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取测试时间段内CAN总线信号电平的变化规律；

第一确定模块，用于根据所述变化规律确定在所述测试时间段内传输的每个报文的持续时间，具体包括：

根据所述开始时刻和所述结束时刻确定所述报文的持续时间；以及

所述第一确定模块还用于根据所述变化规律确定在所述测试时间段内传输的报文数量；

第二确定模块，用于根据所述报文数量和所述持续时间，确定所述测试时间段内所有报文的总持续时间；

第三确定模块，用于根据所述总持续时间以及所述测试时间段确定所述CAN总线的负载率。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述获取模块，用于获取所述CAN总线信号电平的以下变化规律：所述CAN总线信号电平的上升沿或下降沿的变化频率。

8.一种控制局域网CAN总线的负载率测试系统，其特征在于，包括：

逻辑电平检测电路，用于检测CAN总线信号电平，并将检测到的CAN总线信号电平输出至控制模块；

所述控制模块，与所述逻辑电平检测电路耦合连接，用于确定所述CAN总线信号电平的变化规律；根据所述变化规律确定在所述测试时间段内传输的单个报文的持续时间，具体包括：在所述报文出现下降沿，并且低电平信号持续第一预设时间段后，将首次出现上升沿的第一时间点作为所述报文的开始时刻，在所述开始时刻后的第二时间点出现下降沿，并且在出现下一个上升沿之前低电平信号持续第二预设时间段时，将所述第二时间点作为所述报文的结束时刻，根据所述开始时刻和所述结束时刻确定所述报文的持续时间；根据所述变化规律确定在所述测试时间段内传输的报文数量，并根据所述报文数量和所述持续时间，确定所述测试时间段内所有报文的总持续时间；以及根据所述总持续时间以及所述测试时间段确定所述CAN总线的负载率。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，还包括：人机交互模块，与所述控制模块连接，用于为所述控制模块与用户的交互提供界面。