CN1304909C - 车辆控制系统can/lin网络监测仪及测试方法 - Google Patents

车辆控制系统can/lin网络监测仪及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明请求保护一种车辆控制系统CAN/LIN网络监测仪及测试方法，属于汽车电子控制领域。本发明所解决的技术问题是实现对汽车CAN/LIN网络系统的动态监视、数据分析、数据统计、网络优化、节点功能测试等功能。本监测仪的总体结构为工控机结构，CAN/LIN网络收发器通过汽车车辆电器接口负责采集网络报文信息，通过串行总线接口或USB总线将信息发送到工控机。工控机的体系结构采用模块化结构，能够实时准确的分析当前所监测的汽车车辆控制网络的节点工作效率、网络节点状况、网络结构合理性、网络负载性能等。

Description

车辆控制系统CAN/LIN网络监测仪及测试方法
技术领域
本发明涉及汽车电子领域，尤其涉及汽车电子车身网络控制系统。
背景技术
通过汽车总线对汽车进行控制是汽车电子技术的发展趋势。汽车总线网络应用于整车的控制系统、信息系统、驾驶系统和传感执行系统，完成对汽车各类传感器、控制器与执行器的通信和动作，实现对整车电控系统的分布式控制。目前，汽车CAN/LIN总线应用层规范和汽车CAN/LIN总线网络的有效测试方法与测试仪器还很缺乏，国内外对汽车总线CAN技术的公开程度很低，目前市场上的CAN网络分析仪器都是代理国外的产品，如德国Vector公司CANoe工具，具备对车辆控制的仿真系统、测试系统，但是此类测试仪器成本很高；软硬件体系庞大；对于特定车身使用性操作过于复杂；功能可扩展性和兼容性较差；汽车总线节点开发周期长。
发明内容
本发明所解决的第一个技术问题是提供了一种车辆控制网络CAN/LIN网络监测仪和测试方法，实现对汽车CAN/LIN网络系统的动态监视、数据分析、数据统计、网络优化、节点功能测试等功能。
本发明所解决的第二个技术问题是解决了汽车CAN/LIN网络产品和系统与CAN/LIN总线应用层规范的一致性问题，为检验汽车CAN/LIN网络产品和系统与CAN/LIN总线应用层规范的符合程度提供了标准的测试工具，为多个厂家不同协议实现之间的设备互联提供了技术保证。
本发明所解决的第三个技术问题是提供了与其它工具软件或建模工具的软件接口，通过软件接口与其它工具软件的无缝连接，增强了监测仪的兼容性和可扩充性，提高了对网络数据的分析能力。克服了软件的兼容性差、维护和升级不方便的缺陷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本监测仪的总体结构为工控机结构，主要包括工控机监测部分、网络收发器、汽车车辆电器接口三个部分。CAN/LIN网络收发器负责采集网络报文信息，通过串行总线接口或USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)总线将信息发送到工控机。工控机的监测分析软件体系结构采用模块化结构，主要包括以下模块：
主控模块：控制和调用其他功能部件，从网络收发器读取网络数据流、发送数据报文、管理数据、显示报文解析结果及分析结果，并完成相应数据的存储、分析文档的处理；
网络报文采集模块：负责从串行总线接口按字节正确接收数据并重组为完成的报文，存放到待处理报文缓冲区中；
网络报文解析模块：把待处理报文缓冲区中的报文按照不同格式(CAN标准帧格式、扩展帧格式、LIN报文格式)分解得到相应字段；
网络报文存储模块：根据要求存储所需的数据到临时文件中；
网络报文统计分析模块：通过网络报文统计分析动态链接库对数据采集模块中的报文按照协议类别和报文类型进行分类统计；
网络报文特征分析模块：通过网络报文特征分析动态链接库对报文的内容进行分析并提取与网络节点、网络负载相关的参数；
网络报文数据分析模块：按一定频率在数据库存储的报文数据中抽样，并把获得的报文数据段按应用层规范分解为相应信号值；
网络结构分析模块：导入/导出模型文件或者数据，将模型与数据相结合，建立典型模型，并对这些特定模型下的网络结构分析，为网络结构优化提供依据；
网络协议报文格式导入导出模块：针对CAN/LIN网络应用层协议的多样性，完成新旧监测过程中网络协议中报文格式的替换；
网络界面显示模块：调用网络报文数据分析模块得到所需信号值，并以不同的方式显示出来，其中主要界面包括：网络流量统计列表窗口、网络流量统计图表窗口、网络报文信息窗口、报文信号图表窗口和系统信息窗口等。
上述所有模块之间采用松耦合，即各模块功能独立，报文解析、统计分析等与显示模块相互独立，减少相互之间的依存，这样的模块化结构有利于软件的移植和修改。
本发明监测汽车车辆网络过程中，通过对总线上的网络报文进行收发，与汽车电子控制ECU单元通信，均采用了标准汽车CAN协议和汽车LIN协议，实现了与具备汽车CAN/LIN协议的ECU电子控制ECU单元的通信。在分析汽车车辆网络性能中，提出了一种网络建模的方法，在软件包中给出了设定这个模型的具体方法，通过这种方法，能够实时准确的分析当前所监测的汽车车辆控制网络的节点工作效率、网络节点状况、网络结构合理性、网络负载性能等。
附图说明
图1车辆控制系统CAN/LIN网络监测仪总体结构图
图2车辆控制系统CAN/LIN网络监测仪模块结构图
图3网络模型的建立、描述和分析模块结构图
图4报文分析示意图
图5检测结果分析示意图
具体实施方式
如图1所示，本监测仪的总体结构为工控机结构，主要包括工控机监测部分、网络收发器、汽车车辆电器接口三个部分。CAN/LIN网络收发器负责采集网络报文信息，通过串行总线接口或USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)总线将信息发送到工控机。工控机的监测分析软件体系结构采用模块化结构，如图2所示主要包括以下模块：
主控模块：控制和调用其他功能部件，从网络收发器读取网络数据流、发送数据报文、管理数据、显示报文解析结果及分析结果，并完成相应数据的存储、分析文档的处理；
网络报文采集模块：负责从串行总线接口按字节正确接收数据并重组为完成的报文，存放到待处理报文缓冲区中；
网络报文解析模块：把待处理报文缓冲区中的报文按照不同格式(CAN标准帧格式、扩展帧格式、LIN报文格式)分解得到相应字段；
网络报文存储模块：根据要求存储所需的数据到临时文件中，在不影响实时分析速度的情况下，最终将采集到的数据存储到磁盘上；
网络报文统计分析模块：通过网络报文统计分析动态链接库对数据采集模块中的报文按照协议类别和报文类型进行分类统计，为网络性能优化提供决策参考；
网络报文特征分析模块：通过网络报文特征分析动态链接库对报文的内容进行分析并提取与网络节点、网络负载相关的参数；
网络报文数据分析模块：按一定频率在数据库存储的报文数据中抽样，并把获得的报文数据段按应用层规范分解为相应信号值；
网络结构分析模块：此模块是软件体系中的核心部分，分为两个部分，一是通过软件接口与其它建模工具软件的无缝连接，导入/导出模型文件或者数据，将模型与数据相结合，分析网络特点；二是通过经验积累，根据经验数据和试验(汽车台驾试验和路测试验等)得到的支撑数据，建立一些典型模型，并对这些特定模型下的网络结构分析，为网络结构优化提供依据；
网络协议报文格式导入导出模块：针对CAN/LIN网络应用层协议的多样性，利用导入导出模块完成新旧监测过程中网络协议中报文格式的替换；
网络界面显示模块：调用网络报文数据分析模块得到所需信号值，并以不同的方式显示出来，其中主要界面包括：网络流量统计列表窗口、网络流量统计图表窗口、网络报文信息窗口、报文信号图表窗口和系统信息窗口等。
上述所有模块之间采用松耦合，即各模块功能独立，报文解析、统计分析等与显示模块相互独立，减少相互之间的依存，这样的模块化结构有利于软件的移植和修改。
本发明监测汽车车辆网络过程中，通过对总线上的网络报文进行收发，与汽车电子控制ECU单元通信，均采用了标准汽车CAN协议和汽车LIN协议，实现了与具备汽车CAN/LIN协议的ECU电子控制ECU单元的通信。在分析汽车车辆网络性能中，提出了一种网络建模的方法，在软件包中给出了设定这个模型的具体方法，通过这种方法，能够实时准确的分析当前所监测的汽车车辆控制网络的节点工作效率、网络节点状况、网络结构合理性、网络负载性能等。
车辆控制系统CAN/LIN网络监测仪监测流程主要包括三个阶段：
(1)制订监测计划。制订监测计划是监测开始前的工作，包括监测需要达到的目标，使用的资源、遵从的标准以及工具等方面。主要内容有：目标；总体监测策略；监测的完整性需求；具体规则(如何时停止测试)；资源需求；监测用例库；监测标准；工具；网络模型的建立、描述和分析；监测软/硬件配置。
如图3所示，监测计划以文件的形式保存，导入/导出文件到主控模块中，将监测的计划内容进行分解，在报文解析模块中内容包括：报文遵从的格式标准(协议类型、协议特点)、报文的格式；在分析模块中内容包括：数据类型、结构模型、分析方法的选取；在界面显示模块中内容包括：监测的对象(单个节点、多个节点、整个网络)、监测数据的时间选择、监测的数据方式。
(2)监测实施过程。根据第一个阶段的监测计划，开始实施监测过程，监测汽车车辆网络CAN/LIN网络的数据，动态的分析网络系统性能。
如图4所示，通过网络收发器接收汽车CAN/LIN网络上的报文数据，数据校验通过后进入报文解析模块，将报文逐步解析成第一阶段中拟定好的报文格式，进行统计分析、特征分析、结构分析。分析结束后，将分析数据送入到界面进行显示，显示的方式有列表、图表、仪表等。在这一过程中，报文格式的解析和报文分析是核心。
(3)整理监测数据。在实施过程结束后，对各个接入网络的节点给出分析报告，说明节点的工作状态和网络性能分析评价等。如图5所示，主模块在监测过程中要保证系统的实时性要求，在运行过程中所有数据只是在临时文件中先保存，对于这些数据的分析、整理采用统一的步骤实施，一种方式是主控制模块通过接口模块与外部工具连接，通过外部工具分析出结果，将结果返回到主控制模块中；另一种方式是通过软件体系中的分析模块的方法分析数据，最终给出监测结果，提交监测报告。
监测分析显示窗口主要包括网络流量统计列表窗口、网络流量统计图表窗口、网络报文信息窗口、报文信号图表窗口和系统信息窗口，其功能说明如下：
1、网络流量统计列表窗口显示当前接收到的所有的节点的报文统计信息，以网络节点ID为索引分行列出每秒钟各类报文的收发量。
2、网络流量统计图表窗口以网络节点ID为横坐标，以每秒报文总量为纵坐标，以图形方式显示各节点的统计信息。
3、网络报文信息窗口动态显示出采集到的各网络节点的报文内容，其中包括报文被采集到时间、节点ID、报文名称、报文收发方向、报文数据域长度和报文数据域内容。
4、报文信号图表窗口根据用户选择以动态曲线图的方式显示出所选信号值的变化。
5、系统信息窗口用于显示系统提示消息。
虚拟仪表盘窗口包括仪表盘选择窗口、仪表盘窗口、警告灯窗口、信号灯窗口和车灯窗口，以更加直观的方式显示相应仪表状态，各窗口的功能说明如下：
1、仪表盘选择窗口用于其他窗口的管理。
2、仪表盘窗口显示车速、发动机转速、油位和水温的当前状态。
3、警告灯窗口用于显示水温报警、油量报警、油水分离报警、油压过低报警、危险报警、空滤堵塞报警、发动机故障报警和刹车故障报警等报警指示灯的状态。
4、指示灯窗口显示充电、除霜、安全带、空气干燥、进气预热、LPG、排气制动、车制动、灯丝检测、尾刹车检测等指示灯状态。
5、车灯窗口显示近光灯、远光灯、左转向灯、右转向灯、背景灯、制动灯、前雾灯和后雾灯的当前状态。
建模窗口包括模型的导入/导出窗口、设计CAN/LIN网络结构窗口、分析CAN/LIN网络结构窗口、以及其它工具调用窗口等，各窗口的功能说明如下：1、导入/导出窗口主要是将建立和调试好的网络以文件的形式，导入/导到其他存储设备。
2、设计网络结构窗口主要是提供对CAN/LIN网络结构设计功能，构造网络节点，将监测的网络纳入到典型模型中来分析，缩短网络监测和节点性能分析时间，提高网络优化的速度。
3、分析CAN/LIN网络结构窗口主要是根据已经导入的网络结构，分析网络的特征，给出网络的性能分析指标，减少重复性工作，增强软件移植性和兼容性。
4、其它工具调用窗口主要是调用其它的建模工具的资源，实现与其它工具软件的无缝连接，实现模型数据、试验数据、监测数据的共享。

Claims (7)

1、一种车辆控制系统CAN/LIN网络监测仪，该网络监测仪为工控机结构，包括工控机监测部分、网络收发器、汽车车辆电器接口三个部分，其特征在于，网络收发器集成有标准汽车CAN协议和LIN协议，负责采集网络报文信息，通过总线接口与工控机监测部分相连，工控机监测部分采用模块化体系结构，包括以下模块：
主控模块：控制和调用其他功能部件；
网络报文采集模块：负责从总线接口按字节接收数据并重组为完成的报文，存放到待处理报文缓冲区中；
网络报文解析模块：把待处理报文缓冲区中的报文按照不同格式分解得到相应报文字段；
网络报文存储模块：存储所需的数据到临时文件中；
网络报文统计分析模块：通过网络报文统计分析动态链接库对网络报文采集模块中的报文按照协议类别和报文类型进行分类统计；
网络报文特征分析模块：通过网络报文特征分析动态链接库对报文的内容进行分析并提取与网络节点、网络负载相关的参数；
网络报文数据分析模块：按一定频率在数据库存储的报文数据中抽样，并把获得的报文数据段按应用层规范分解为相应信号值；
网络结构分析模块：导入/导出模型文件或者数据，将模型与数据相结合，建立典型模型，并对这些特定模型下的网络结构分析；
网络协议报文格式导入导出模块：针对CAN/LIN网络应用层协议的多样性，完成新旧监测过程中网络协议中报文格式的替换；
网络界面显示模块：调用网络报文数据分析模块得到信号值，控制显示界面的显示。
2、根据权利要求1所述的车辆控制系统CAN/LIN网络监测仪，其特征在于，所述网络报文解析模块按照CAN标准帧格式、扩展帧格式或LIN报文格式分解相应报文。
3、根据权利要求1所述的车辆控制系统CAN/LIN网络监测仪，其特征在于，所述显示模块控制显示界面显示：网络流量统计列表窗口、网络流量统计图表窗口、网络报文信息窗口、报文信号图表窗口和系统信息窗口。
4、根据权利要求1-3其中之一所述的车辆控制系统CAN/LIN网络监测仪，其特征在于，所有模块之间采用松耦合。
5、一种车辆控制系统CAN/LIN网络监测方法，其特征在于，包括以下步骤：建立网络模型；监测计划以文件的形式保存，导入/导出文件到主控模块中；将监测的计划内容进行分解；网络收发器接收汽车CAN/LIN网络上的报文数据；将报文逐步解析成拟定好的报文格式，进行统计分析、特征分析、结构分析；将分析结果送入到界面进行显示。
6、根据权利要求5所述的车辆控制系统CAN/LIN网络监测方法，其特征在于，监测的计划内容分解为：报文遵从的格式标准、报文的格式、数据类型、结构模型、分析方法的选取、监测的对象、监测数据的时间选择、监测的数据方式。
7、根据权利要求6所述的车辆控制系统CAN/LIN网络监测方法，其特征在于，监测的对象为单个节点、多个节点、整个网络。
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