CN111464375A - 一种can总线信号测试系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CAN总线信号测试系统及其测试方法，包括工控机、CAN信号源、CAN信号干扰器、示波器、CAN总线程控电源和待测CAN总线系统；所述工控机，分别输出控制信号给CAN信号源、CAN信号干扰器、示波器、CAN总线程控电源；所述CAN信号源、CAN信号干扰器、示波器通过CAN总线与待测CAN总线系统连接。优点：本发明的测试系统数据帧能够任意设置；能够提供满足现场的干扰信号；能够完成各种抖动测试；能够注入各种错误帧。

Description

一种CAN总线信号测试系统及其测试方法

技术领域

本发明涉及一种CAN总线信号测试系统及其测试方法，属于通信技术领域。

背景技术

CAN总线信号测试系统是所有CAN总线装备抗干扰能力测试的必须设备，当前的CAN总线测试准备仅仅是利用CAN总线收发芯片产生CAN信号，利用多次测试来完成所使用的系统的CAN总线可靠性性能。由于这类测试系统的数据链路层信号是固定的，所以不能全方位的完成CAN总线系统的所有性能的测试，具有一定的局限性，随着信号传输速率的提高，可靠性的性能要求也越来越高，不能满足电动汽车等智能装备的测试需求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种CAN总线信号测试系统及其测试方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种CAN总线信号测试系统，包括工控机、CAN信号源、CAN信号干扰器、示波器、CAN总线程控电源和待测CAN 总线系统；

所述工控机，分别输出控制信号给CAN信号源、CAN信号干扰器、示波器、CAN总线程控电源；

所述CAN信号源，用于根据所述控制信号输出参数可控或经过计量确认的总线信号；

所述CAN信号干扰器，用于根据所述控制信号产生错误帧信号；

所述待测CAN总线系统，用于根据CAN信号源发送的总线信号产生相应过程信号；

所述示波器，用于采集总线信号并把总线信号传输到工控机进行记录，根据示波器的采集的总线信号与待测CAN总线系统的回复信号进行比对；

所述CAN总线程控电源，用于根据所述控制信号输出固定电平；

所述CAN信号源、CAN信号干扰器、示波器通过CAN总线与待测CAN 总线系统连接。

进一步的，所述总线信号为符合CAN总线标准协议的标准帧、扩展帧、远程帧，出错帧、超载帧信号。

进一步的，所述参数可控中的参数包括电压幅度、占空比、上升沿、下降沿、过零点畸变、波形对称性、噪声叠加和同步信号。

一种CAN总线信号测试系统的测试方法，其特征在于，

对CAN总线接收发送性能进行测试，确定所有测试帧信号中的每个测试帧信号在其对应的某个电平下的相应性能指标(发送的符合CAN总线标准协议的标准帧、扩展帧、远程帧，出错帧、超载帧等信号，因为CAN信号指示规定了 CAN物理层信号电平的范围，为了测试，就把规定范围内的电平信号依次检测在不同电平下，待测系统的响应是否正确，从而测试待测系统在不同电平下的接受性能)；

对CAN总线时钟稳定度进行测试，确定待测试系统的接受性能指标；

对CAN总线误码率进行测试，确定误码率的校准数据指标；

对CAN总线错误注入以及错误检测功能进行测试，确定待测CAN总线系统做出正确相应的指标；

在所述相应性能相应性能指标、接受性能指标、校准数据指标以及待测CAN 总线系统做出正确相应的指标均符合CAN总线协议所要求的指标范围内，则确定待测CAN总线系统能覆盖所有的测试。

进一步的，所述对CAN总线接收发送性能进行测试，确定所有测试帧信号中的每个测试帧信号在其对应的某个电平下的相应性能指标的过程为：

工控机分别控制CAN信号源、CAN总线程控电源、CAN信号干扰源输出参数可控或经过计量确认的总线信号、固定电平、错误帧信号传输给待测CAN 总线系统；

待测CAN总线系统根据上述总线信号、固定电平、错误帧信号的相应过程，由工控机根据待测试系统的相应来判断和标定待测试系统的相应性能；

示波器采集总线信号并把总线信号传输到工控机进行记录，根据示波器采集的总线信号与待测CAN总线系统的相应过程信号(因为CAN总线信号，主机发送后，就收系统会根据发送信号做出正确的回复信号，才能人为发送和接受正确，否则系统会重新发送，这也是一种CAN总线的抗干扰措施，这是协议里面规定的)进行比对，测试出待测CAN总线系统的物理层缺陷；

再更换下一种电平及下一种帧信号，测试出更换后信号后的待测试系统的物理层缺陷，重复上述过程，直至完成所有测试帧信号中的每个测试帧信号在其对应的某个电平下的相应性能指标。

进一步的，所述对CAN总线时钟稳定度进行测试，确定待测试系统的接受性能的过程为：

工控机控制CAN信号源发送不同的时钟抖动信号，根据待测CAN总线系统是否能在各种抖动情况下做出正确的接受来判断待测CAN总线系统能承受多大的时钟抖动信号，以判定待测试系统的接受性能指标。

进一步的，所述不同的时钟抖动信号为周期和占空比可调的同时符合CAN 总线标准协议的标准帧、扩展帧、远程帧，出错帧、超载帧。

进一步的，所述对CAN总线错误注入以及错误检测功能进行测试，确定待测CAN总线系统是否做出正确的相应的过程为：

通过外部噪声接口输入1kHz～4MHz的高斯噪声信号或通过CAN信号干扰源输入错误帧信号至CAN总线信号源，CAN总线信号源输出一系列叠加规定干扰信号的数据字，统计远程终端RT的拒收次数、接收字数、差错次数信息，对误码率进行统计，确定误码率的校准数据指标；

进一步的，所述对CAN总线错误注入以及错误检测功能进行测试，确定待测CAN总线系统是否做出正确的相应的过程为：

工控机控制CAN信号源依次发送标准帧、扩展帧、远程帧，出错帧、超载帧至待测CAN总线系统，由CAN信号干扰源通过工控机的指令来人干扰和更改上述信号中的一个数据位或者多个数据位而产生奇偶检验错误、命令字错误、数据字错误及状态字错误，产生的奇偶检验错误、命令字错误、数据字错误及状态字错误输入至待测CAN总线系统，根据待测CAN总线系统的返回信号，由工控机来决断待测CAN总线系统是否做出正确的相应，所述正确的相应是指根据注入错误，待测CAN总线系统不做相应或者回复错误帧要求重发，否则判断待测试对此种错误信号不具备抗干扰能力。

本发明所达到的有益效果：

本发明的测试系统数据帧能够任意设置；能够提供满足现场的干扰信号；能够完成各种抖动测试；能够注入各种错误帧。

附图说明

图1是本发明的系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

CAN总线信号实质上就是电平信号，电平信号的好坏决定着CAN总线信号的稳定性和抗干扰能力。因此针对CAN总线的物理层即电平信号特性进行测试；需要测试电平信号的显隐性电平的电压、电平信号上升下降的斜率、电平信号的位时间等进行测试。作为CAN总线信号的发送和接收者电控单元也需要对其进行物理层的测试验证。因为电控单元的一些内部特性决定他发出的信号的电平特性和抗干扰能力；所以要测试电控单元的终端电阻、电控单元的耐高低压测试、CAN总线故障测试和抗发动机启动电压波动测试。电控单元的功能实现，需要CAN总线数据的交互；因此需要对CAN总线信号传输的通信层和数据链路层进行测试。在通信层和数据链路层测试中，主要关注信号的采样点测试、报文长度、报文周期、总线负载率和非预期帧接收的测试。这些测试可以保证电控单元数据发送和接收准确性。根据CAN节点的测试要求，设计的 CAN总线自动化测试系统框图如图1所示。

CAN总线测试分一对一测试和集成测试，一对一测试就是对CAN总线的单个节点进行物理层和数据链路层测试，集成测试也就是把待测CAN总线的所有节点同时打开来测试它的物理层和数据链路层特性。下面以单点一对一测试来简单描述测试的基本原理和流程。

CAN总线测试严格依据ISO11898-1CAN总线数据链路层协议、ISO11898-2 CAN总线物理层协议以及ISO16845 CAN总线一致性测试标准要求。主要完成待测CAN总线系统的电气层、协议层及噪声抑制性能校准测试，总体功能包括：

1、CAN总线接收发送性能测试功能：输出参数可控或经过计量确认的总线信号，来校准规定的容差范围内的接收性能，总线信号波形可控的参数包括电压幅度、占空比、上升沿、下降沿、过零点畸变、波形对称性、噪声叠加和同步信号。

2、CAN总线时钟稳定度(抖动)的校准与测试功能：CAN总线内部的时钟信号作为总线信号的基准，是影响总线波形参数的主要因素，包括位时间等，研究时钟频率对CAN总线性能的影响。

3、具备错误注入以及错误检测功能，可注入/检测的错误包括：奇偶检验错误、命令字错误、数据字错误及状态字错误等。

测试内容、过程与步骤描述：

本测试系统基于Windows操作系统，以Labview、VC++为程序设计工具，结合NI公司Measurement Studio虚拟仪器控件设计操作界面，使操作界面更加美观且便于操作。为了便于功能的修改和扩充，软件结构采用模块化程序设计方式。在功能上，根据CAN总线物理层和数据链路层测试标准需求进行设计。

本测试系统的信号及控制流向见图1的箭头，具体测试项目描述如下：

首先根据测试需求，CAN信号源根据严格依据ISO11898-1CAN总线数据链路层协议、ISO11898-2 CAN总线物理层协议以及ISO16845 CAN总线一致性测试标准要求产生标准帧、扩展帧以及错误帧等，

测试第一项，CAN总线接收发送性能测试：首先在上位工控机的控制下，由CAN信号源输出参数可控或经过计量确认的总线信号，来校准规定的容差范围内的接收性能，总线信号波形可控的参数包括电压幅度、占空比、上升沿、下降沿、过零点畸变、波形对称性、噪声叠加和同步信号。同时在一次测试过程中程控电源固定一定的电平，在后续的测试过程中每次更换一种电平，以及 CAN信号干扰源提供各种强度的电磁干扰信号以及人为可控的某一位或多位信号，产生错误帧信号，待测试系统根据发送的信号产生相应的回复信号，测试待测试系统针对不同信号的相应过程，由上位机根据待测试系统的相应来判断和标定待测试系统的相应性能。同时示波器也采集测试信号并把CAN总线测试信号采集下来通过USB接口把信号传输到上位机进行记录，根据示波器的采集信号与待测试系统的相应过程信号进行比对，从而测试出待测试系统的物理层缺陷。上述测试过程发送的信号包括标准帧、扩展帧、远程帧，出错帧、超载帧等，信号电平在2v-3.75V之间可调，每次测试发送一种电平一种信号，然后更换下一种电平及下一种帧信号，从而完成所有可能信号在所有电平下的相应性能。

测试第二项，CAN总线时钟稳定度的校准与测试：CAN总线信号内部的时钟信号作为总线信号的基准，是影响总线波形参数的主要因素，包括位时间等，研究时钟频率对CAN总线性能的影响。测试系统首先控制CAN信号源发送周期和占空比可调的同时符合CAN总线标准协议的标准帧、扩展帧、远程帧，出错帧、超载帧等，也就是说发送时钟抖动信号，根据待测试系统是否能在各种抖动情况下做出正确的接受来判断待测试系统能承受多大的时钟抖动信号，以判定待测试系统的接受性能。

测试第三项，总线误码率的校准和测试：提供外部噪声接口，校准时引入 1kHz～4MHz的高斯噪声信号，输出一系列叠加规定干扰信号的数据字，统计出远程终端RT的拒收次数、接收字数、差错次数等信息，对误码率进行统计，最终得到误码率的校准数据。在测试过程中这种干扰信号主要由测试系统的 CAN总线干扰模块来完成。

测试第四项，具备错误注入以及错误检测功能，可注入/检测的错误包括：奇偶检验错误、命令字错误、数据字错误及状态字错误等。在测试过程中，首先在上位机的控制下分别依次发送标准帧、扩展帧、远程帧，出错帧、超载帧等，由总线干扰信号模块通过上位机的命令来人为的干扰和更改上述信号中的一个数据位或者多个数据位而产生奇偶检验错误、命令字错误、数据字错误及状态字错误等，根据待测试系统的返回信号，由上位机来决断待测试系统是否做成了正确的相应。根据注入错误，待测试系统的相应过程应该是不做相应或者回复错误帧要求重发等才算做出了正确的相应，否则判断待测试对此种错误信号不具备抗干扰能力。

总之，根据以上四种测试来综合判断待测试系统的接收和发送性能。测试系统的测试系统性能指标如下表1和表2：

表1 CAN总线物理层测试性能指标

表2数据链路层测试性能指标

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种CAN总线信号测试系统，其特征在于，包括工控机、CAN信号源、CAN信号干扰器、示波器、CAN总线程控电源和待测CAN总线系统；

所述工控机，分别输出控制信号给CAN信号源、CAN信号干扰器、示波器、CAN总线程控电源；

所述CAN信号源，用于根据所述控制信号输出参数可控或经过计量确认的总线信号；

所述CAN信号干扰器，用于根据所述控制信号产生错误帧信号；

所述待测CAN总线系统，用于根据CAN信号源发送的总线信号产生相应过程信号；

所述示波器，用于采集总线信号并把总线信号传输到工控机进行记录，根据示波器的采集的总线信号与待测CAN总线系统的回复信号进行比对；

所述CAN总线程控电源，用于根据所述控制信号输出固定电平；

所述CAN信号源、CAN信号干扰器、示波器通过CAN总线与待测CAN总线系统连接。

2.根据权利要求1所述的CAN总线信号测试系统，其特征在于，所述总线信号为符合CAN总线标准协议的标准帧、扩展帧、远程帧，出错帧、超载帧信号。

3.根据权利要求1所述的CAN总线信号测试系统，其特征在于，所述参数可控中的参数包括电压幅度、占空比、上升沿、下降沿、过零点畸变、波形对称性、噪声叠加和同步信号。

4.一种基于权利要求1-3任意一项的所述CAN总线信号测试系统的测试方法，其特征在于，

对CAN总线接收发送性能进行测试，确定所有测试帧信号中的每个测试帧信号在其对应的某个电平下的相应性能指标；

对CAN总线时钟稳定度进行测试，确定待测试系统的接受性能指标；

对CAN总线误码率进行测试，确定误码率的校准数据指标；

对CAN总线错误注入以及错误检测功能进行测试，确定待测CAN总线系统做出正确相应的指标；

在所述相应性能相应性能指标、接受性能指标、校准数据指标以及待测CAN总线系统做出正确相应的指标均符合CAN总线协议所要求的指标范围内，则确定待测CAN总线系统能覆盖所有的测试。

5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，所述对CAN总线接收发送性能进行测试，确定所有测试帧信号中的每个测试帧信号在其对应的某个电平下的相应性能指标的过程为：

工控机分别控制CAN信号源、CAN总线程控电源、CAN信号干扰源输出参数可控或经过计量确认的总线信号、固定电平、错误帧信号传输给待测CAN总线系统；

待测CAN总线系统根据上述总线信号、固定电平、错误帧信号的相应过程，由工控机根据待测试系统的相应来判断和标定待测试系统的相应性能；

示波器采集总线信号并把总线信号传输到工控机进行记录，根据示波器采集的总线信号与待测CAN总线系统的相应过程信号进行比对，测试出待测CAN总线系统的物理层缺陷；

再更换下一种电平及下一种帧信号，测试出更换后信号后的待测试系统的物理层缺陷，重复上述过程，直至完成所有测试帧信号中的每个测试帧信号在其对应的某个电平下的相应性能指标。

6.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，所述对CAN总线时钟稳定度进行测试，确定待测试系统的接受性能的过程为：

工控机控制CAN信号源发送不同的时钟抖动信号，根据待测CAN总线系统是否能在各种抖动情况下做出正确的接受来判断待测CAN总线系统能承受多大的时钟抖动信号，以判定待测试系统的接受性能指标。

7.根据权利要求6所述的测试方法，其特征在于，所述不同的时钟抖动信号为周期和占空比可调的同时符合CAN总线标准协议的标准帧、扩展帧、远程帧，出错帧、超载帧。

8.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，所述对CAN总线错误注入以及错误检测功能进行测试，确定待测CAN总线系统是否做出正确的相应的过程为：

通过外部噪声接口输入1kHz～4MHz的高斯噪声信号或通过CAN信号干扰源输入错误帧信号至CAN总线信号源，CAN总线信号源输出一系列叠加规定干扰信号的数据字，统计远程终端RT的拒收次数、接收字数、差错次数信息，对误码率进行统计，确定误码率的校准数据指标。

9.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，所述对CAN总线错误注入以及错误检测功能进行测试，确定待测CAN总线系统是否做出正确的相应的过程为：

工控机控制CAN信号源依次发送标准帧、扩展帧、远程帧，出错帧、超载帧至待测CAN总线系统，由CAN信号干扰源通过工控机的指令来人干扰和更改上述信号中的一个数据位或者多个数据位而产生奇偶检验错误、命令字错误、数据字错误及状态字错误，产生的奇偶检验错误、命令字错误、数据字错误及状态字错误输入至待测CAN总线系统，根据待测CAN总线系统的返回信号，由工控机来决断待测CAN总线系统是否做出正确的相应，所述正确的相应是指根据注入错误，待测CAN总线系统不做相应或者回复错误帧要求重发，否则判断待测试对此种错误信号不具备抗干扰能力。

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