CN106886214B - Can控制器芯片功能测试系统及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及CAN现场总线领域，为提高CAN控制器芯片测试效率并简化测试操作，并给出对应的测试方法，用以实现在测试覆盖率较高的情况下，简化测试操作并有效缩短CAN总线控制器芯片的测试周期。为此，本发明，CAN控制器芯片功能测试系统，结构是，一条CAN总线连接多个节点，每个节点由CAN控制器芯片，CAN收发器芯片，单片机以及上位计算机；由单片机控制CAN控制器芯片工作，通过单片机读取通信过程中CAN控制器芯片内部各个寄存器的情况，并将其显示在上位机屏幕上，单片机控制CAN控制器芯片正常工作，然后通过CAN收发器实现CAN节点与总线间的通信工作。本发明主要应用于CAN现场总线设计应用场合。

Description

CAN控制器芯片功能测试系统及测试方法

技术领域

本发明涉及CAN现场总线领域，具体涉及一种高效的CAN总线芯片功能测试系统及测试方法，可有效提高CAN总线芯片测试效率。具体讲,涉及CAN控制器芯片功能测试系统及测试方法。

背景技术

现场总线(Field bus)是近年来迅速发展起来的一种工业数据总线。它是应用在现场的，在测量控制设备之间实现双向、串行、多点通信的数字通信系统。主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和高级控制系统之间的信息传递问题。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。由于现场总线简单、可靠、经济实用等一系列突出的优点，因而受到了许多标准团体和计算机厂商的高度重视。现场总线技术自推广以来，已经在世界范围内应用于冶金、汽车制造、烟草机械、环境保护、石油化工、电力能源、纺织机械等多个领域。在汽车行业，现场总线控制技术应用的非常普遍，近两年国内新的汽车生产线和旧的生产线的改造，大部分都采用了现场总线的控制技术。国外设计的现场总线控制系统更加广泛，从单机设备到整个生产线的输送系统，全部采用现场总线的控制方法。

CAN现场总线是基于CAN协议的一种现场总线。CAN是控制网络Control AreaNetwork的简称，即控制器局域网络。与一般的通信总线相比,CAN总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计，CAN总线越来越受到人们的重视。CAN现场总线具有通信速率高、直接传输距离远、抗干扰能力强、几乎可以检测发生的任何错误等一系列优点。CAN的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。CAN总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。CAN已经形成国际标准，并已被公认为几种最有前途的现场总线之一。

在真正应用于工业控制的CAN总线系统中，一条总线上通常连接多个CAN节点。网络中各个节点都可同时向总线发送数据，总线则根据访问优先权控制各个节点。并且不同节点之间可以同时接收到相同的总线数据。CAN总线系统中的每个节点均包含收发器与控制器。CAN收发器的功能是实现数字逻辑电平与模拟差分电平之间的转换。而CAN控制器是用于控制数据的发送与接收、故障处理、仲裁等一系列逻辑功能，是CAN节点的主要组成部分。

CAN所具有的完善的通信协议均由控制器来实现。控制器功能的正确性是CAN总线系统正常工作的保障。因此，对于CAN总线控制器芯片功能的测试显得极为重要。

参考文献

1、Noh D H,Kim D S.Message Scheduling on CAN Bus for Large-Scaled ShipEngine Systems[J].Ifac Proceedings Volumes,2014,47(3):7911-7916.

2、来清民.手把手教你学CAN总线[M].北京:北京航空航天大学出版社,2010,109-112.

3、Andrzej,Mikulski,Maciej.On the adaptation of CAN BUS networkfor use in the ship electronic systems[J].Polish Maritime Research,2009,16(4):62-69.

4、宋清昆,吴立松.CAN总线智能节点设计[J].自动化技术与应用,2008,27(7):9-11。

发明内容

为克服现有技术的不足，提高CAN控制器芯片测试效率并简化测试操作，本发明旨在提出高效CAN总线控制器芯片功能测试系统，并给出对应的测试方法，用以实现在测试覆盖率较高的情况下，简化测试操作并有效缩短CAN总线控制器芯片的测试周期。为此，本发明采用的技术方案是，CAN控制器芯片功能测试系统，结构是，一条CAN总线连接多个节点，每个节点由CAN控制器芯片，CAN收发器芯片，单片机以及上位计算机；通过上位机为单片机编写控制程序，进而由单片机控制CAN控制器芯片工作，通过单片机读取通信过程中CAN控制器芯片内部各个寄存器的情况，并将其显示在上位机屏幕上，然后通过CAN收发器实现CAN节点与总线间的通信工作。

单片机模拟CAN节点，编写程序控制单片机某个输出点的电平信号变化，利用该电平信号模拟CAN节点收发数据的过程。

CAN控制器芯片功能测试方法，利用如下结构实现：CAN总线连接多个节点，每个节点由CAN控制器芯片，CAN收发器芯片，单片机以及上位计算机；通过上位机为单片机编写控制程序并观察通信过程CAN控制器芯片内部各个寄存器的情况，单片机控制CAN控制器芯片正常工作，然后通过CAN收发器实现CAN节点与总线间的通信工作；

测试具体步骤是：

帧的发送与接收主要测试总线与节点间各种帧的发送与接收情况，一方面由待测节点向总线发送数据，由模拟节点给出相应的应答，观察待测节点的发送完成情况；另一方面由模拟节点向待测节点发送数据，观察待测节点的接收完成情况，所述模拟节点为单片机模拟CAN节点收发电平；

仲裁测试是测试多节点同时发送数据时，总线对各节点间多个具有不同优先级的帧的选择情况，测试过程中，使待测节点与模拟节点同时向总线发送优先级不同的帧，观察总线对帧的选择情况；

错误测试则是利用模拟节点发送一些具有特定错误的帧，使待测节点接收，然后查看待测节点的反应情况；

故障处理针对CAN总线系统工作过程中可能出现的通信故障，包括总线关闭、强迫总线关闭、被动变主动；编写程序模拟故障发生情况，观察CAN控制器对故障的处理方式是否正确；

FIFO测试是为了测试CAN控制器FIFO的读、写情况，通过多次向FIFO写入、读出多个不同长度的帧，通过上位机观察读出的数据与CAN控制器芯片内部各个寄存器值，分别观察FIFO在满、空情况下对不同长度的帧的反应情况；

其他测试步骤包含自测模式、仅听模式、挂起传送、单次发送。其中自测模式即为单个CAN总线节点的内部测试；仅听模式时CAN控制器芯片不向总线发送数据，仅保持接收状态；挂起传送指将待发送的消息挂起，不进行发送，而是依照命令转为其他工作模式；单次发送指的是CAN控制器芯片仅能完成发送一次工作，在发生完成后，立即进入接收模式。

信号发生器连接到CAN控制器芯片特定引脚，用于发送设置好的特定测试信号；示波器连接到CAN总线上，用于实时监测CAN总线系统工作过程中总线上的信号。

本发明的特点及有益效果是：

CAN作为目前最流行的现场总线之一，已被应用于汽车、船舶等多个行业。为保证整个CAN总线系统的通信，CAN控制器功能的正确性显得极为重要。现有的测试方法逻辑性较差，整个测试过程耗时较长、消耗资源较多，并且功能覆盖不全面。本发明提出的测试系统，在不影响全面功能测试的前提下，降低了硬件消耗，使系统规模更小，操作更加简便。结合本发明提出的测试方法，可在高覆盖率的基础上，快速，高效的完成CAN控制器芯片的功能测试。

附图说明：

图1CAN总线系统机构框图。

图2CAN节点结构框图。

图3测试系统框图。

图4测试系统实物图。

具体实施方式

现有的CAN控制器芯片测试系统较为复杂，测试方法逻辑性较差。为提高CAN控制器芯片测试效率并简化测试操作，本发明设计了一种高效CAN总线控制器芯片功能测试系统，并给出了对应的测试方法。该系统结构清晰，操作简便。结合给出的测试方法，可在测试覆盖率较高的情况下，简化测试操作并有效缩短CAN总线控制器芯片的测试周期。

CAN总线系统工作过程不仅涉及到节点自身的通讯，还涉及双节点、乃至多节点之间的通信过程。CAN总线系统整体结构图如图1所示，一条总线上连接有多个CAN节点。测试过程中需模拟应用场景，即一条CAN总线连接多个节点。每个节点由CAN控制器芯片，CAN收发器芯片，单片机以及上位机(计算机)组成。通过上位机为单片机编写控制程序，进而由单片机控制CAN控制器芯片工作，通过单片机可以读取通信过程中CAN控制器芯片内部各个寄存器的情况，并将其显示在上位机屏幕上，单片机控制CAN控制器芯片正常工作，然后通过CAN收发器实现CAN节点与总线间的通信工作。测试过程中，需选择合适的单片机以及CAN收发器。关于单片机的选择，考虑到此测试中所需要用到的单片机功能、操作的简便性，此处选择STC12C5A60S2单片机用于测试。

CAN收发器的选择是极为关键的，市面上流行的CAN总线收发器多为TJA1040、TJA1050和MCP2551。这几款芯片功能相似且都极为强大。本测试中需要选择CAN总线收发器是为了验证控制器模块的功能正确性，测试过程中并未用到过多的收发器功能，在此测试中选用商用CAN收发器MCP2551。MCP2551作为CAN收发器符合ISO11898标准，可以和其他遵从ISO11898标准的收发器产品协同操作，满足测试要求。另外，此款收发器还具有很好的电磁兼容性以及低功耗特性。正常待测CAN节点的结构图如图2所示，由待测CAN控制器芯片、STC12C5A60S2单片机、商用收发器MCP2551、上位机(计算机)共同组成。

若每个节点都按照上述方式连接，会增加额外的硬件开销，使测试系统较为庞大。此处我们利用单片机模拟CAN节点，编写程序控制单片机某个输出点的电平信号变化，利用该电平信号模拟CAN节点收发数据的过程。通过该方法，可有效的简化测试系统，并且可以在排除其他控制器芯片影响的前提下，单独的测试CAN总线控制器芯片。整体测试系统结构框图如图3所示。

CAN控制器功能强大，测试过程不可能完全覆盖每个功能。本发明提出的测试方法，通过分析CAN总线系统工作过程中可能遇到的各类情况以及CAN控制器工作原理，将测试划分为帧的发送与接收、仲裁测试、错误测试、故障处理、FIFO测试、其他情况六大类。

帧的发送与接收主要测试总线与节点间各种帧的发送与接收情况，是各类测试的基础。一方面由待测节点向总线发送数据，由模拟节点给出相应的应答(包含正确应答与错误应答)，观察待测节点的发送完成情况；另一方面由模拟节点向待测节点发送数据，观察待测节点的接收完成情况。

仲裁测试是测试多节点同时发送数据时，总线对各节点间多个具有不同优先级的帧的选择情况。测试过程中，使待测节点与模拟节点同时向总线发送优先级不同的帧，观察总线对帧的选择情况。

错误测试则是利用模拟节点发送一些具有特定错误的帧，使待测节点接收，然后查看待测节点的反应情况。由于每种错误有唯一的反应情况与之对应，所以可以精确地观察出待测CAN控制器的功能是否正确。

故障处理针对CAN总线系统工作过程中可能出现的通信故障，如总线关闭、强迫总线关闭、被动变主动等。编写程序模拟故障发生情况，观察CAN控制器对故障的处理方式是否正确。

FIFO测试是为了测试CAN控制器FIFO的读、写情况。通过多次向FIFO写入、读出多个不同长度的帧，通过上位机观察读出的数据与CAN控制器芯片内部各个寄存器值，分别观察FIFO在满、空情况下对不同长度的帧的反应情况。

其他情况是对以上五大类测试的补充，包含自测模式、仅听模式、挂起传送、单次发送。其中自测模式即为单个CAN总线节点的内部测试；仅听模式时CAN控制器芯片不向总线发送数据，仅保持接收状态；挂起传送指将待发送的消息挂起，不进行发送，而是依照命令转为其他工作模式；单次发送指的是CAN控制器芯片仅能完成发送一次工作，在发生完成后，立即进入接收模式。

在本发明提出的测试系统中，利用上述测试方法，可快速高效的完成CAN控制器芯片的全面功能测试。

首先检查搭建测试系统所需要的其他器件(单片机、收发器等)与测试仪器，测试仪器包括稳压电源、信号发生器、示波器。稳压电源用于为测试系统供电，连接到各测试设备的电源端口；信号发生器连接到CAN控制器芯片特定引脚，用于发送设置好的特定测试信号；示波器连接到CAN总线上，用于实时监测CAN总线系统工作过程中总线上的信号。试确认各器件工作正常之后，按照上述测试系统的组成及结构框图，搭建测试系统。测试系统实物图如图4所示。依据本发明提出的测试方法，首先进行帧的发送与接收测试，在确定测试系统可以正常完成帧的发送与接收工作之后，按照仲裁测试、错误测试、故障处理、FIFO测试、其他情况的顺序，编写程序依次完成CAN控制器芯片的功能测试。记录测试结果，并与理论分析结果对比。

Claims (4)

1.一种CAN控制器芯片功能测试系统，其特征是，结构是，一条CAN总线连接多个节点，每个节点由CAN控制器芯片、CAN收发器芯片、单片机以及上位计算机构成；通过上位计算机为单片机编写控制程序，进而由单片机控制CAN控制器芯片工作，通过单片机读取通信过程中CAN控制器芯片内部各个寄存器的情况，并将其显示在上位计算机屏幕上，然后通过CAN收发器实现CAN节点与总线间的通信工作；单片机模拟CAN节点，编写程序控制单片机某个输出点的电平信号变化，利用该电平信号模拟CAN节点收发数据的过程。

2.一种CAN控制器芯片功能测试方法，其特征是，利用如下结构实现：CAN总线连接多个节点，每个节点由CAN控制器芯片，CAN收发器芯片，单片机以及上位计算机；通过上位计算机为单片机编写控制程序并观察通信过程CAN控制器芯片内部各个寄存器的情况，单片机控制CAN控制器芯片正常工作，然后通过CAN收发器实现CAN节点与总线间的通信工作；测试具体步骤是：

帧的发送与接收主要测试总线与节点间各种帧的发送与接收情况，一方面由待测节点向总线发送数据，由模拟节点给出相应的应答，观察待测节点的发送完成情况；另一方面由模拟节点向待测节点发送数据，观察待测节点的接收完成情况，所述模拟节点为单片机模拟CAN节点收发电平；

仲裁测试是测试多节点同时发送数据时，总线对各节点间多个具有不同优先级的帧的选择情况，测试过程中，使待测节点与模拟节点同时向总线发送优先级不同的帧，观察总线对帧的选择情况；

错误测试则是利用模拟节点发送一些具有特定错误的帧，使待测节点接收，然后查看待测节点的反应情况；

故障处理针对CAN总线系统工作过程中可能出现的通信故障，包括总线关闭、强迫总线关闭、被动变主动；编写程序模拟故障发生情况，观察CAN控制器对故障的处理方式是否正确；

FIFO测试是为了测试CAN控制器FIFO的读、写情况，通过多次向FIFO写入、读出多个不同长度的帧，通过上位计算机观察读出的数据与CAN控制器芯片内部各个寄存器值，分别观察FIFO在满、空情况下对不同长度的帧的反应情况。

3.如权利要求2所述的CAN控制器芯片功能测试方法，其特征是，其他测试步骤包含自测模式、仅听模式、挂起传送、单次发送，其中自测模式即为单个CAN总线节点的内部测试；

仅听模式时CAN控制器芯片不向总线发送数据，仅保持接收状态；挂起传送指将待发送的消息挂起，不进行发送，而是依照命令转为其他工作模式；单次发送指的是CAN控制器芯片仅能完成发送一次工作，在发生完成后，立即进入接收模式。

4.如权利要求3所述的CAN控制器芯片功能测试方法，其特征是，信号发生器连接到CAN控制器芯片特定引脚，用于发送设置好的特定测试信号；示波器连接到CAN总线上，用于实时监测CAN总线系统工作过程中总线上的信号。