朱 龍， 周 旋， 王 凱， 黃 帥

（徐州徐工汽車制造有限公司， 江蘇 徐州 221100）

1 前言

汽車技術(shù)在朝著電子化發(fā)展的過程中，車載ECU（Electronic Control Unit，電子控制單元） 的數(shù)量必然急劇增加。ECU通信過程中，為防止其他節(jié)點未在線或處于故障狀態(tài)而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)信號的丟失，專門的網(wǎng)絡(luò)管理機制隨之出現(xiàn)［1］。網(wǎng)絡(luò)管理機制不僅能夠保證ECU間通信的穩(wěn)定，也可以作為休眠喚醒的管理機制，使ECU適時地進入靜態(tài)功耗狀態(tài)［2］。

汽車軟件標準OESK/VDX規(guī)范提供了兩種網(wǎng)絡(luò)管理機制，直接網(wǎng)絡(luò)管理和間接網(wǎng)絡(luò)管理，統(tǒng)稱OSEK網(wǎng)絡(luò)管理。間接網(wǎng)絡(luò)管理基本沒有節(jié)點間的通信控制邏輯，而直接網(wǎng)絡(luò)管理涉及較為復(fù)雜的測試邏輯，因此也是本系統(tǒng)測試的重點。OSEK網(wǎng)絡(luò)管理定義了NM通信報文，以特定ID作為與其他應(yīng)用報文的區(qū)分，并為報文設(shè)定了特定數(shù)據(jù)內(nèi)容。

網(wǎng)絡(luò)管理 （Network Management，簡稱NM） 測試主要關(guān)注NM報文格式、NM時間參數(shù)測試和NM管理邏輯測試。下文將會詳細討論OSEK NM的測試內(nèi)容和方法。

2 測試內(nèi)容分析

通過分析OSEK網(wǎng)絡(luò)管理的需求規(guī)范，確定NM一致性測試的測試內(nèi)容及方法。

如圖1所示為OSEK網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)跳轉(zhuǎn)示意圖，網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)如下：NM Off、NM On、NM ShutDown，其中NM On狀態(tài)下，又分為NM Iinit、NM Awake、NM BusSleep三種子狀 態(tài) ， NM Awake 又 包 含 NM Reset、 NM Normal、 NM LimpHome三種狀態(tài)。

圖1 OSEK網(wǎng)絡(luò)管理狀態(tài)跳轉(zhuǎn)示意圖

OSEK通過讓各節(jié)點建環(huán)的形式進行網(wǎng)絡(luò)的管理，如網(wǎng)段上包含A、B、C三個節(jié)點，則邏輯環(huán)為A-B-C-A，如此循環(huán)往復(fù)。為滿足NM通信需求，OSEK定義了3種NMPDU （網(wǎng)絡(luò)管理數(shù)據(jù)幀）：Alive、Ring、LimpHome報文，并定義了幾個重要時間參數(shù)，見表1。

表1 OSEK網(wǎng)絡(luò)管理參數(shù)

根據(jù)上述，可以設(shè)計一致性測試用例，本系統(tǒng)涵蓋50+條OSEK NM測試用例，覆蓋范圍廣泛，測試用例劃分為以下幾部分。

1） NM報文格式測試，如Alive報文格式、Ring報文格式、Limphome報文格式測試等。

2） NM 時 間 參 數(shù) 測 試 ： 如 T_Typ、 T_Max、T_Error、T_WaitBusSleep等時間測試。

3） 邏輯環(huán)測試：如邏輯環(huán)建立、異常Ring報文干擾等測試。

4） 狀態(tài)跳轉(zhuǎn)測試：如Normal狀態(tài)下睡眠響應(yīng)、Limphome狀態(tài)下睡眠響應(yīng)、Limphome復(fù)位、睡眠中斷等測試。

基于以上測試需求，本文設(shè)計了一套車載電控單元網(wǎng)絡(luò)管理自動化測試設(shè)備。設(shè)備以CANoe為軟件平臺，輔以針對測試而開發(fā)的OSEK NM通信模型，實現(xiàn)NM的自動化測試。較手動測試而言，該設(shè)備具有自動化程度高、通用性強、執(zhí)行效率高等優(yōu)點，通過NM通信模型的加入，可以模擬各種NM邏輯，使測試范圍覆蓋度遠遠高于手動測試。

3 系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 測試系統(tǒng)設(shè)計

該測試設(shè)備基于測試內(nèi)容設(shè)計，由測試執(zhí)行軟件、硬件系統(tǒng)、NM通信模型、測試腳本4部分組成。

測試執(zhí)行軟件選用Vector公司的CANoe軟件。CANoe具有分布式系統(tǒng)設(shè)計、仿真、測試、評估等功能，支持CAN總線通信仿真模型編寫［3］。本設(shè)備應(yīng)用到CANoe的CAPL編程環(huán)境，進行NM通信模型及測試腳本的開發(fā)。

測試硬件系統(tǒng)包括總線接口卡、測試配置板卡、程控電源等，硬件通過開發(fā)程控包，可在CANoe中直接調(diào)用，例如配置測試終端電阻，通過串口進行供電電源的電壓輸出控制等［4］。測試配置示意如圖2所示，虛線框內(nèi)為通過測試配置板卡控制的可選終端電阻。

圖2 測試配置示意圖

NM通信模型由CAPL開發(fā)，因此可以與下位機執(zhí)行軟件無縫銜接。NM通信模型實現(xiàn)OSEK網(wǎng)絡(luò)管理的虛擬節(jié)點在線仿真功能，如可以建立OSEK虛擬邏輯環(huán)、邏輯環(huán)異常干擾等，如圖3所示。虛擬節(jié)點支持對NM報文的信號值、周期等參數(shù)進行設(shè)置，以滿足不同的測試項要求，這些模型參數(shù)的調(diào)整接口在測試腳本中能夠直接調(diào)用。

圖3 OSEK NM通信模型示意圖

測試腳本同樣基于CAPL編寫，因此可與NM通信模型聯(lián)合運行在CANoe平臺上進行NM測試。

3.2 OSEK NM測試用例實現(xiàn)

假定測試ECU的NM網(wǎng)絡(luò)管理報文ID為0x627，則設(shè)置NM通信模型主要參數(shù)如表2所示。根據(jù)測試需求，可以提煉出幾種模型狀態(tài)定義，如圖4所示。

表2 OSEK NM模型參數(shù)

圖4 OSEK NM通信模型定義

測試用例實現(xiàn)的過程，就是根據(jù)不同測試目的，調(diào)整NM通信模型，實現(xiàn)數(shù)據(jù)驗證。因測試條目較多，因此選擇兩個比較典型的測試用例加以說明。

1） 插入指向ECU的Ring報文測試。

首先，為ECU供電，使ECU喚醒；調(diào)用VirNode建環(huán)模型，使ECU與編號1~3的虛擬節(jié)點建立正常的邏輯環(huán)；然后調(diào)用VirNode異常干擾模型，即插入編號4的虛擬節(jié)點，且設(shè)置VirNode4.Byte （0） =0x27，VirNode4.OpCode=0x2，即指向ECU的Ring報文；最后觀察ECU發(fā)送報文狀態(tài)。

2） Normal狀態(tài)進入睡眠時NM喚醒中斷測試。

首先，為ECU供電，使ECU喚醒；調(diào)用VirNode建環(huán)模型，使ECU與編號1~3的虛擬節(jié)點建立正常的邏輯環(huán)；然后改變ECU供電狀態(tài)，使其滿足睡眠條件，則ECU發(fā)送帶有睡眠請求的Ring報文；之后調(diào)用VirNode睡眠響應(yīng)模型，滿足總線睡眠；在T_WaitBusSleep時間內(nèi)，調(diào)用VirNode睡眠中斷模型，即重新使編號1的模擬節(jié)點上線，發(fā)送VirNode1.Byte（0）=0x28，VirNode1.OpCode=0x1的Alive報文；最后觀察ECU發(fā)送報文狀態(tài)。

4 測試結(jié)果分析

因OSEK NM的測試條目總和達到了50條以上的規(guī)模，因此本節(jié)也只選取了兩個典型的測試案例進行分析說明。

4.1 T_WaitBusSleep時間測試

測試描述：驗證T_WaitBusSleep時間參數(shù)的偏差。

評價標準：T_WaitBusSleep時間應(yīng)滿足在4~6s時間內(nèi)。測試結(jié)果分析如下。

1） 如圖5所示，ECU在時間戳940.396s發(fā)送了睡眠幀，但是在之后又發(fā)送了一幀ID為0x2C9的應(yīng)用幀，不滿足OSEK的要求。

圖5 T_WaitBusSleep時間測試數(shù)據(jù)1

2） 如圖6所示，在時間戳945.397s出現(xiàn)ECU不應(yīng)答的發(fā)送錯誤幀，說明ECU進入睡眠狀態(tài)，則T_WaitBusSleep時間為睡眠幀到出現(xiàn)錯誤幀的時間差，即5.001s。

圖6 T_WaitBusSleep時間測試數(shù)據(jù)2

綜合1）、2） 結(jié)果分析，該項測試結(jié)果為錯誤，雖然T_WaitBusSleep時間正確，但是睡眠幀發(fā)出后，ECU應(yīng)停止發(fā)送所有報文，因此狀態(tài)錯誤。

4.2 Limphome狀態(tài)下睡眠中斷測試

測試用例：Limphome狀態(tài)進入睡眠時NM喚醒中斷測試。

測試描述：驗證在ECU從Limphome狀態(tài)進入睡眠模式過程中，接收到NM報文時的睡眠中斷反應(yīng)。

評價標準：T_WaitBusSleep時間內(nèi)，接收到NM報文時，ECU能被喚醒，并重新發(fā)送Limphome報文。

測試結(jié)果分析如下。

1） 如圖7所示，在時間戳1866.971s接收到NM報文，ECU在1867.962s發(fā)出自身NM報文。

圖7 OSEK NM總線數(shù)據(jù)

2） 喚醒后，ECU仍然處于limphome狀態(tài)。喚醒后ECU.OpCode=0x14。

綜合1）、2） 評價，本項測試結(jié)果正確。

5 結(jié)束語

基于OSEK/VDX網(wǎng)絡(luò)管理規(guī)范開發(fā)的車載電控單元OSEK網(wǎng)絡(luò)管理測試設(shè)備，通過開發(fā)NM通信模型的設(shè)計理念，使系統(tǒng)對于OSEK網(wǎng)絡(luò)管理的測試更智能、更準確，且能覆蓋更多的測試用例。通過驗證，該設(shè)備能夠準確的完成網(wǎng)絡(luò)管理測試，且比人工測試縮短3倍以上的時間，因此極大提高了OSEK網(wǎng)絡(luò)管理的整體測試效率。