CN106603314A - 基于osek直接网络管理的测试系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于OSEK直接网络管理的测试系统和方法，用于对被测ECU阵列的网络管理进行测试，所述被测ECU阵列为待测ECU集合，该系统包括：上位机，下位机，通过PXI总线与所述下位机相连的开关量板卡、CAN数据采集板卡；所述开关量板卡通过输入/输出接口与被测ECU阵列相连；所述CAN数据采集板卡通过CAN总线与被测ECU阵列相连；所述下位机根据所述上位机的指令对所述开关量板卡和所述CAN数据采集板卡进行控制，并将所述CAN数据采集板卡接收的CAN报文上传给上位机；所述上位机根据所述下位机上传的CAN报文确定网络管理故障问题。利用本发明，可以实现全面、准确的测试。

Description

基于OSEK直接网络管理的测试系统和方法
技术领域
本发明涉及车辆管理网络测试技术领域，具体涉及一种基于OSEK直接网络管理的测试系统和方法。
背景技术
随着汽车产业的快速发展，汽车不再只是人们的代步工具，更多功能的加入，使得汽车ECU数量成倍上升。不同生产厂商制造的ECU在同一辆汽车中协同工作，互相传输数据，构成了汽车控制器局域网。虽然ECU数量的上升使功能更加强大，但伴随着的功耗也会增多。尤其是在不启动发动机而使用汽车的某些功能时，这样的困扰便更加明显。因此，为了使汽车网络工作更加有效，尽最大可能做到高效低耗，就引入了网络管理的概念。根据这个概念，在某些不需要特定ECU工作的状况下，如果能将部分ECU处于低功耗的待机状态，而一旦需要其工作，又能立即将其唤醒，成为解决这一状况的策略构想，即网络管理策略。
网络管理有很多种，目前应用较广泛的是基于OSEK(Open Systems and theCorresponding Interfaces for Automotive Electronics)的直接网络管理策略。OSEK直接网络管理的目的是实施对当前网络上所有节点的状态监控，并保证所有节点在同一时间进入休眠状态。每个节点的状态都可以被网络上其他的节点所监控，因此被监控的节点将向网络上发送网络管理报文。
针对网络管理的测试，一般是在整车项目到达试制阶段后，利用整车进行测试。将Tellus或CANoe(网络监测工具)与整车OBD(On-Board Diagnostic，车载诊断系统)接口进行连接，测试人员对钥匙、车门、启动开关等设备进行操作，并通过网络监测工具对CAN网络报文进行监控，综合判断车辆能否进入正常的休眠及唤醒，发现问题后，利用人工来排查，所需要的时间长，耗费人力、物力大。
为此，申请号为201310697293.9的中国专利申请提出了一种基于OSEK直接网络管理机制的自动测试系统，该系统通过PC机、CAN接口卡及被测控制器组成测试系统，利用CANoe对网络管理报文进行仿真，进而实现对被测控制器自动化测试。该方案虽然可以针对单个零部件的网络管理功能进行仿真、测试，但是在整车实际应用中，经常会出现新增节点或节点丢失的情况，现有方案无法实现针对这种情况下令牌环能否重新建立的测试；而且，针对单个零部件的测试中，现有方案无法将开关量等休眠、唤醒的条件加到自动化的测试系统中。
发明内容
本发明提供一种基于OSEK直接网络管理的测试系统和方法，以解决现有技术不能针对车辆各种不同工况进行有效测试的问题。
为此，本发明提供如下技术方案：
一种基于OSEK直接网络管理的测试系统，用于对被测ECU阵列的网络管理进行测试，所述被测ECU阵列为待测ECU集合，所述系统包括：上位机，下位机，通过PXI总线与所述下位机相连的开关量板卡、CAN数据采集板卡；所述开关量板卡通过输入/输出接口与被测ECU阵列相连；所述CAN数据采集板卡通过CAN总线与被测ECU阵列相连；
所述开关量板卡用于模拟与待测ECU休眠及唤醒相关的开关信号；
所述CAN数据采集板卡用于模拟网络管理报文的发送和接收；
所述下位机用于根据所述上位机的指令对所述开关量板卡和所述CAN数据采集板卡进行控制，并将所述CAN数据采集板卡接收的CAN报文上传给上位机；
所述上位机根据所述下位机上传的CAN报文确定网络管理故障问题。
优选地，所述与待测ECU休眠及唤醒相关的开关信号包括门开信号、钥匙档位信号。
优选地，所述上位机包括：存储单元和显示单元；
所述存储单元用于存储测试程序；
所述显示单元用于提供测试控制界面、网络管理状态迁移界面、以及被测ECU状态界面。
优选地，所述系统还包括：通过PXI总线与所述下位机相连的测量装置，用于测量被测ECU阵列的输入电流和/或测量被测ECU阵列中各待测ECU的电流。
优选地，所述系统还包括：电源，用于为所述下位机和所述被测ECU阵列供电。
优选地，所述下位机、开关量板卡、CAN数据采集板卡、测量装置、以及所述电源集成在一个机箱中。
一种基于OSEK直接网络管理的测试方法，用于对被测ECU阵列的网络管理进行测试，所述被测ECU阵列为待测ECU集合，所述方法包括：
模拟网络管理报文；
模拟发送所述网络管理报文时的开关信号，并根据所述开关信号控制所述被测ECU阵列中待测ECU的状态；
发送所述网络管理报文；
启动发送计数器和接收计数器；
根据计数器限值及接收到的各被测ECU的CAN报文确定网络管理故障问题。
优选地，所述方法还包括：设置网络管理状态迁移机制；
所述模拟网络管理报文包括：
根据所述网络管理状态迁移机制模拟网络管理报文。
优选地，所述网络管理状态包括：正常模式状态、正常模式下等待网络休眠状态、网络休眠模式状态。
本发明实施例提供的基于OSEK直接网络管理的测试系统和方法，可以同时实现对多个待测ECU的测试，而且可以根据需要，使被测ECU阵列中的待测ECU数量动态变化，即加入一个或多个新的ECU或断开其中的一个或多个ECU，从而实现网络节点增加或丢失情况下令牌环能否重新建立的测试，另外，通过开关量板卡模拟与待测ECU休眠及唤醒相关的开关信号，实现模拟控制器网络管理活动在整车上的实际工作状态，提高了测试结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明基于OSEK直接网络管理的测试系统的结构框图；
图2是本发明测试系统中上位机中提供的界面示意图；
图3是本发明实施例中网络管理状态之间跳转示意图；
图4是本发明基于OSEK直接网络管理的测试方法的流程图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。
直接网络管理的令牌环通讯顺序完全独立于网络架构，每一个节点都有一个自己指向的继承节点，令牌环的第一个节点为最后一个节点的继承节点。每一个节点都必须能够发送网络管理报文给任何其他节点，同时也必须能接收到其他节点发出的网络管理报文。当新增一个节点或一个节点离线，令牌环能够被打破，重新建立新的稳定的环，OSEK网络管理的软件架构与实际连接的物理架构无关。
OSEK直接网络管理基于令牌环对网络进行控制，需要由令牌环来同步整个网络的网络管理，除了正常的应用消息帧之外，针对每个节点定义了专用的网络管理消息帧来传输网络信息和控制应用帧收发。当某个节点仍需要网络功能需要加入到网络通讯中时，该节点发送“Alive”消息向其它节点表明它仍然存在。所有发送“Alive”的节点会建立一个逻辑环来达到网络范围内所有节点的同步。当某个节点不需要使用网络功能时，它发送“Sleep Indication”告知其它节点。当所有节点都发送了“Sleep Indication”后，会发送“Sleep Acknowledge”信息确认所有节点进入休眠模式。
在逻辑环中定义的通讯序列是独立于网络拓扑结构的，每个节点都会被分配一个后续节点，逻辑环中的第一个节点是最后一个节点的后续节点。网络给每个节点定义了独一无二的地址，源地址和目的地址都需要明确的包含在网络管理帧中。所有的网络管理帧都是广播发送的。
本发明提供一种基于OSEK直接网络管理的测试系统及方法，实现对被测ECU阵列的网络管理的测试。所述被测ECU阵列中有两个或两个以上的待测ECU，而且可以根据需要，使被测ECU阵列中的待测ECU数量动态变化，即加入一个或多个新的ECU或断开其中的一个或多个ECU，从而实现网络节点增加或丢失情况下令牌环能否重新建立的测试，另外，通过开关量板卡模拟与待测ECU休眠及唤醒相关的开关信号，实现模拟控制器网络管理活动在整车上的实际工作状态，提高了测试结果的准确性。
如图1所示，是本发明基于OSEK直接网络管理的测试系统的结构框图。
在该实施例中，所述系统包括：上位机1，下位机3，通过PXI总线与所述下位机3相连的开关量板卡4、CAN数据采集板卡5；所述开关量板卡4通过输入/输出接口与被测ECU阵列9相连；所述CAN数据采集板卡5通过CAN总线与被测ECU阵列9相连。其中：
所述开关量板卡4用于模拟与待测ECU休眠及唤醒相关的开关信号，比如门开信号、钥匙档位信号等；所述开关信号具体可以采用开关量来表示，指控制继电器的接通或者断开所对应的值，即“1”和“0”；
所述CAN数据采集板卡5用于模拟网络管理报文的发送和接收；
所述下位机3用于根据所述上位机1的指令对所述开关量板卡4和所述CAN数据采集板卡5进行控制，并将所述CAN数据采集板卡5接收的CAN报文上传给上位机1；
所述上位机1根据所述下位机3上传的CAN报文确定网络管理故障问题，上位机1与下位机3之间可以通过串行总线，比如RS232进行通信。
进一步地，如果需要测量被测ECU的耗电情况，如图1所示，还可以在本发明系统中设置测量装置6，测量装置6通过PXI总线与所述下位机相连，可以测量被测ECU阵列的输入电流和/或测量被测ECU阵列中各待测ECU的电流，比如，测量装置6具体可以是电流表或示波器。
另外，如图1所示，还可以在本发明系统中设置为下位机及被测ECU阵列供电的电源7，当然，在实际应用中，也可以采用该系统外的电源，对此本发明不做限定。比如，需要为被测系统提供12V或24V的直流稳压电源时，电源7可以采用TOELLNER公司的TOE8815-64程控电源。
进一步地，在实际应用中，可以将该系统与被测ECU阵列之间的各种线路及接口集成在一起，如图1中示出的电源及信号输入输出接口8，这样，可以方便模块及设备之间的连接。
另外，也可以将上述下位机3、开关量板卡4、CAN数据采集板卡5、测量装置6、以及电源7集成在一个机箱中2，便于移动、携带，不仅有利于在台架上进行网络管理的测试，而且可以很方便地进行实车的测试，方便了用户的使用。
上述开关量板卡4可以采用NI公司PXI-6528型号的板卡，CAN数据采集板卡5可以采用NI公司PXI-8513型号的板卡。
在本发明实施例中，所述上位机1包括：存储单元和显示单元(图中未示)。其中，所述存储单元用于存储测试程序；所述显示单元用于提供测试控制界面、网络管理状态迁移界面、以及被测ECU状态界面，如图2所示。其中：所述测试控制界面包括电源状态控制，可以给被测ECU供给常电及IGN电，同时还包括被测ECU需要的开关状态控制。所述网络管理状态迁移界面包含下表1中所示的四个层次，即一级、二级、三级、四级，状态之间满足相应的条件可以进行跳转，如图3所示，通过状态迁移界面可以快速定位网络管理问题所在。
表1
所述被测ECU状态界面包括被测ECU节点在线/离线选择框、节点名称框、节点的ID、节点的后继节点ID、工作状态灯(Mode)、休眠指示灯(SI)、休眠确认灯(SA)、模拟休眠按钮(Sleep)、模拟唤醒按钮(Wake Up)。工作状态灯又分为Alive(节点上线，黄色)、Ring(正常工作状态，绿色)、Limp Home(故障状态，黑色)几种状态。
利用本发明，可以通过上位机提供的显示界面直观地看到各个ECU当前的状态，实现对多个待测ECU的在环测试。当然，当待测ECU只有一个时，通过上位机软件界面发送测试指令，也可以根据状态界面可以看出ECU是否执行相应指令，实现对单个ECU的测试。
根据表1所示的网络管理状态迁移机制，可以很好地模拟车辆的实际运行情况，具体的状态迁移有以下几种情况：
(1)测试程序调用启动网络管理子程序时，实现网络管理OFF到ON的转变，此时执行初始化CAN通讯节点；当调用停止网络管理子程序时，实现相反的跳转。
(2)在网络管理处于正常状态下，当节点需要CAN通讯，调用唤醒网络子程序时，实现正常预休眠模式到正常模式的跳转；当节点不需要CAN通讯，且调用网络休眠子程序时，实现相反的跳转。
(3)在网络管理处于跛行模式下，当节点需要CAN通讯，调用唤醒网络子程序时，实现跛行预休眠模式到跛行模式的跳转；当节点不需要CAN通讯，且调用网络休眠子程序时，实现相反的跳转。
(4)当被测ECU复位工作结束，并且接收、发送计数器未达到限值时，实现网络复位到正常模式的跳变；如果发送的网络管理报文超限，则实现相反的跳转。
(5)当接收或发送计数器超过限值时，实现网络复位到跛行模式的跳变；当待测ECU节点接收到任一条Sleep Acknowledge＝0的报文时，实现相反的跳变。
(6)在网络管理处于正常状态下，当节点需要CAN通讯，调用唤醒网络子程序时，或者待测ECU节点收到包含sleep indication＝0的网络管理报文时，实现正常模式下等待网络休眠到网络复位的跳变；当等待时间超过限值后，实现正常模式下等待网络休眠到网络休眠的跳变。
(7)在网络管理处于跛行模式下，当节点需要CAN通讯，调用唤醒网络子程序时，或者待测ECU节点收到包含sleep indication＝0的网络管理报文时，实现跛行模式下等待网络休眠到网络复位的跳变；当等待时间超过限值时，实现跛行模式下等待网络休眠到网络休眠的跳变。
(8)当发送计数器达到限值后，实现正常模式到跛行模式的跳变。当接收到一条包含"sleep acknowledge＝1"的Ring报文，或者一条包含“sleepacknowledge＝1”的Ring报文被发出时，实现正常预休眠模式到正常模式下等待网络休眠的跳转。
(9)当接收到一条包含"sleep acknowledge＝1"的Ring报文，或者在限值时间内没有Ring报文发出，实现跛行预休眠模式到跛行模式下等待网络休眠的跳转。
为了更加明晰网络管理迁移的机制，下面结合图3举例说明由网络管理正常到休眠的跳转过程，图3中各跳转流程分别为：
①节点不需要网络通讯时，调用休眠子程序，进入正常预休眠模式；
②节点在正常预休眠模式下接收到一条Sleep Acknowledge＝1的报文或者发出一条包含Sleep Acknowledge＝1的报文，由正常预休眠模式进入等待网络休眠模式；
③节点接收报文的时间超过时间限值，则由等待网络休眠模式进入网络休眠模式；
④在网络休眠模式下，节点调用唤醒子程序，或被CAN通讯唤醒时，进入正常模式；
⑤节点在正常预休眠模式下，需要网络通讯时，调用唤醒子程序，进入正常模式。
由网络管理正常模式到网络休眠模式的跳转过程如下：
当前网络管理状态为正常模式、测试系统状态与被测各ECU节点均处于正常状态，即网络中各EUC节点能够建立逻辑环，并能够正常工作。
初始状态如下：
(1)操作模式为主动模式(NMActive)；
(2)本地网络管理系统设置networkstatus.bussleep＝0，表示当前网络管理处理正常状态下；
(3)网络管理状态为NMNormal，即正常状态；
(4)测试系统状态与被测节点均处于正常状态，在整个网络中已建立逻辑环，并正常工作。
测试过程如下：
(1)测试系统发送CallGotoMode(Sleep)报文，指示被测节点进入休眠模式；
(2)被测节点接收到CallGotoMode(Sleep)报文后，发送第一帧报文，其中，sleep.ind(休眠指示)位被置位，进入正常预休眠模式；测试测试系统中其他的节点收到该报文后，调用GotoMode(Sleep)服务；
(3)被测节点发送第二帧报文，其中，sleep.ack(休眠响应)位被置位，并且当前被测节点的网络状态为NMTwbsNormal，表示被测节点当前处于由正常模式到网络休眠模式的中间状态；测试系统接收到该报文后，发送CallGetStatus报文，等待NetStatusMsg报文的响应，以读取被测节点当前的状态；
(4)测试系统接收到被测节点发送的第二帧报文达到TwaitBusSleep(时间限值)后，进入NMBusSleep状态，即网络休眠模式；测试系统再次发送CallGetStatus报文，等待NetStatusMsg报文的响应，读取被测节点当前的状态。
数据分析：
在上位机界面对测试结果进行对比分析，当测试结果与期望结果一致时，证明系统各待测节点符合OSEK流程；当出现结果不一致时，测试系统向被测系统发送服务请求，获取被测系统中网络管理模块当前的状态以及配置信息，并与OSEK NM管理协议进行对比，可以对测试问题进行快速定位。
基于该系统，在进行测试时，可以按以下步骤进行：
S1：将待测ECU连接到系统中，并根据测试工况，连接ECU的电源、唤醒源开关、CAN总线等。
S2：上电后，启动测试，ECU被唤醒，可以直观地在被测ECU的状态界面显示网络管理当前所处的状态。
S3：新增加节点或离线节点后，网络管理能否正常的建环。
S4：下电后，关闭唤醒源，检测系统能否正常休眠，网络管理故障时，跳转到状态迁移界面，可以快速定位问题点。
S5：网络休眠，检测系统的静态电流，结束测试并生成自动化测试报告。
本发明实施例提供的基于OSEK直接网络管理的测试系统，可以同时实现对多个待测ECU的测试，而且可以根据需要，使被测ECU阵列中的待测ECU数量动态变化，即加入一个或多个新的ECU或断开其中的一个或多个ECU，从而实现网络节点增加或丢失情况下令牌环能否重新建立的测试，另外，通过开关量板卡模拟与待测ECU休眠及唤醒相关的开关信号，实现模拟控制器网络管理活动在整车上的实际工作状态，提高了测试结果的准确性。
相应地，本发明实施例还提供一种基于OSEK直接网络管理的测试方法，实现对被测ECU阵列中的一个或多个待测ECU的网络管理测试。如图4所示，是该方法的一种测试流程，包括以下步骤：
步骤401，模拟网络管理报文；
步骤402，模拟发送所述网络管理报文时的开关信号，并根据所述开关信号控制所述被测ECU阵列中待测ECU的状态；
步骤403，发送所述网络管理报文；
步骤404，启动发送计数器和接收计数器；
步骤405，根据计数器限值及接收到的各被测ECU的CAN报文确定网络管理故障问题。
具体地，可以根据车辆实际运行过程中与待测ECU休眠及唤醒相关的开关信号，比如门开信号、钥匙档位信号等进行相关测试，而且可以预先设置如上述表1所示的网络管理状态迁移机制，根据所述网络管理状态迁移机制模拟网络管理报文。具体不同状态的迁移过程在前面已有详细说明，在此不再赘述。
本发明实施例提供的基于OSEK直接网络管理的测试方法，可以同时实现对多个待测ECU的测试，而且可以根据需要，使被测ECU阵列中的待测ECU数量动态变化，即加入一个或多个新的ECU或断开其中的一个或多个ECU，从而实现网络节点增加或丢失情况下令牌环能否重新建立的测试，另外，通过开关量板卡模拟与待测ECU休眠及唤醒相关的开关信号，实现模拟控制器网络管理活动在整车上的实际工作状态，提高了测试结果的准确性。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及系统；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种基于OSEK直接网络管理的测试系统，用于对被测ECU阵列的网络管理进行测试，所述被测ECU阵列为待测ECU集合，其特征在于，所述系统包括：上位机，下位机，通过PXI总线与所述下位机相连的开关量板卡、CAN数据采集板卡；所述开关量板卡通过输入/输出接口与被测ECU阵列相连；所述CAN数据采集板卡通过CAN总线与被测ECU阵列相连；
所述开关量板卡用于模拟与待测ECU休眠及唤醒相关的开关信号；
所述CAN数据采集板卡用于模拟网络管理报文的发送和接收；
所述下位机用于根据所述上位机的指令对所述开关量板卡和所述CAN数据采集板卡进行控制，并将所述CAN数据采集板卡接收的CAN报文上传给上位机；
所述上位机根据所述下位机上传的CAN报文确定网络管理故障问题。
2.根据权利要1所述的系统，其特征在于，所述与待测ECU休眠及唤醒相关的开关信号包括门开信号、钥匙档位信号。
3.根据权利要1所述的系统，其特征在于，所述上位机包括：存储单元和显示单元；
所述存储单元用于存储测试程序；
所述显示单元用于提供测试控制界面、网络管理状态迁移界面、以及被测ECU状态界面。
4.根据权利要1至3任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：通过PXI总线与所述下位机相连的测量装置，用于测量被测ECU阵列的输入电流和/或测量被测ECU阵列中各待测ECU的电流。
5.根据权利要4所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：电源，用于为所述下位机和所述被测ECU阵列供电。
6.根据权利要5所述的系统，其特征在于，所述下位机、开关量板卡、CAN数据采集板卡、测量装置、以及所述电源集成在一个机箱中。
7.一种基于OSEK直接网络管理的测试方法，用于对被测ECU阵列的网络管理进行测试，所述被测ECU阵列为待测ECU集合，其特征在于，所述方法包括：
模拟网络管理报文；
模拟发送所述网络管理报文时的开关信号，并根据所述开关信号控制所述被测ECU阵列中待测ECU的状态；
发送所述网络管理报文；
启动发送计数器和接收计数器；
根据计数器限值及接收到的各被测ECU的CAN报文确定网络管理故障问题。
8.根据权利要7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：设置网络管理状态迁移机制；
所述模拟网络管理报文包括：
根据所述网络管理状态迁移机制模拟网络管理报文。
9.根据权利要8所述的方法，其特征在于，所述网络管理状态包括：正常模式状态、正常模式下等待网络休眠状态、网络休眠模式状态。
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