何医天

1.上海交通大学自动化学院 上海市 200030 2.采埃孚（中国）投资有限公司 上海市 201615

1 引言

ECU软件在现代车辆的车身、动力、底盘与安全系统中的广泛应用，使汽车的故障诊断和测试更加复杂化。为了改善传统车辆ECU诊断系统开发方式的缺点，本文使用Vector CANdelaStudio与CANoe，建立ECU诊断功能数据库，在CANoe环境中加载ODX档案，建立虚拟ECU的诊断功能，帮助汽车制造商、系统供货商及车辆维修商，缩短开发时程，节省生产成本，提高汽车维护、维修效率。

2 自动测试系统设计

2.1 自动测试系统架构设计

在完成车辆网络诊断功能测试开发工具的应用规划后，先规划出“ECU诊断伺服功能自动测试机”开发的输入格式，并建立输入工具、设定或编辑软件功能，以及输出报告档案的整体架构，以利开发人员进行ECU 诊断服务测试软件的研发。首先，根据OEM 或系统供货商提供的ECU 诊断服务功能规格文件（ECU diagnostic requirements spec.，简称RS），通过CANdelaStudio 产生ODX 与ODX-C 档案，并搭配ECU 诊断测试规格文件（ECU diagnostic services testing spec.，简称TS），在CANoe开发工具环境内，建构虚拟ECU 与诊断测试器的诊断服务功能以及诊断服务自动测试功能。在CANoe整合开发环境中，通过仿真实际网络通讯的方式，执行ECU诊断伺服自动测试软件；依序完成所有测试项目后，产生ECU诊断功能测试报告。本文采取的车辆网络ECU诊断功能测试架构详如图1所示，ECU诊断伺服功能自动测试机开发的规格需求则整理如表1所示。

表1 车辆网络ECU 诊断功能测试规格需求表

2.2 功能模块设计

2.2.1 使用CANdelaStudio编辑诊断描述文件

CANdelaStudio（图2）为Vector（车用网络软件开发公司）的产品，开发人员可以根据OEM 提供诊断需求规格（RS）文件，建立ECU 诊断功能，并产生ODX 2.0.1 格式的诊断描述档案，提供Vector CANoe使用，以进行ECU诊断功能及诊断测试器的模拟测试。

图2 CANdelaStudio 编辑环境

2.2.2 建立ECU诊断功能文件

首先，在工作窗口中的主选单中，选择File选单中的New 选项，根据OEM 提供ECU诊断功能需求规格，选择CANdelaStudio内建的UDSonCANExample 或KWPonCAN-Example 的诊断文件样板（图3），作为建立符合OEM 规格的ECU诊断功能描述文件的基本架构。

图3 建立ECU诊断功能文件

（1）ECU诊断功能信息

ECU信息（ECU Information）章节中包括：

（1）ECU信息文字叙述编辑页面；

（2）选择ECU支持接口页面与诊断通讯接口参数输入页面等三种。依照OEM 提供的ECU诊断功能需求文件，首先在ECU信息页面中，输入该ECU所使用的诊断通讯协议的文字叙述；并在ECU支持接口页面中，选择Diagnostic CAN，作为ECU的通讯接口；最后，在诊断通讯接口参数页面，输入诊断通讯参数数据。

（2）建立诊断服务类型

在共享诊断功能中，按照OEM提供文件，输入共享支持诊断类型的文字叙述。诊断服务类型主要用来定义可执行的各种诊断服务功能，CANdelaStudio内建UDSonCAN 诊断文件样板，含有ECU支持诊断服务类型。用户可依照OEM或系统供货商所提供ECU 诊断功能规格文件，勾选诊断服类型页面的诊断服务类型，可将共享诊断版本支持的诊断服务加入诊断功能描述文件中。

（3）Sessions

诊断通讯联机起始页面（Session）中，可在描述区的空白处点击鼠标右键，选择New Session…指令，使用Session Wizard来对新的诊断通讯联机进行相关设定。

（4）Session Wizard

设定对话框的设置步骤中，先输入诊断通讯联机的名称，以及加入要求信息所传输的数据对象。接着在诊断服务清单里，依照OEM 的诊断规格，勾选ECU 在此诊断通讯所支持的诊断服务。

2.2.3 ODX格式档案输出模块

当输入数据、开启或储存文件时，CANdelaStudio 会执行数据一致性检查，它检查诊断服务数据对象与诊断文件样板所指定的需求是否符合，例如诊断文件样板中的诊断数据，最小长度定义为8位，则数据讯框至少含有一个8位的数据对象。输出ODX 档案前，需在主选单上选择Extra”选单中的Check document consistency”，检验诊断文件中与诊断文件样板的数据格式、位置的一致性。

使用者可以在主选单Extra”的Option”项目下，ODX 档案输出分页标签中，设定ODX 档案内容的输出项目或附加档案；在下一个研发阶段使用CANoe时，加载*.odx 与*.odx-c 两种档案，以分析与显示ODX 档案。因此，我们必须在ODX 档案输出设定页面中，勾选Export COMPARAM-SPEC”选项，输出可检视测试器节点产生的测试报告，对测试程序修正，并重新进行测试。完成执行诊断数据一致性检查，以及设定ODX诊断通讯参数档案输出后，点选主选单File”的Export 选项，选择Open Diagnostic Exchange （ODX）”后，出现储存档案对话框选择档案储存路径与输入文件名，再选择档案版本为ODX 2.0.1，产生ODX档案。

图4 输出ODX档案

3 系统测试与结果分析

3.1 使用CANoe建立测试环境

CANoe为车辆诊断测试开发工具，它可以加载CANdelaStudio所输出ECU的ODX 档案；并通过CANoe诊断测试功能，显示ODX档案中所有的诊断服务，并分析信息内容的正确性。在CANoe 环境中，亦可以建构虚拟CAN-bus网络ECU 节点的诊断测试开发环境；通过读取ECU的ODX与ODX-C档案，编辑虚拟ECU节点的诊断通讯功能，并使用CANoe提供的Diagnostic Console与Fault Memory window 等诊断功能测试工具，来分析与显示ODX 档案中的诊断服务信息内容。

CANoe整合测试环境中，用户可通过车辆网络测试器节点，开发诊断伺服自动测试环境。在测试器节点中，通过CAPL browser针对各种诊断服务类型所制定的测试项目，配合CAPL内建的诊断函式以及测试函式，编辑诊断服务测试项目（Test case）函式。在CANoe虚拟环境下测试完成后，使用者可检视测试器节点产生的测试报告，对测试程序修正，并重新进行测试。

3.2 建立CAN-ECU节点

首先，在CANoe 虚拟网络环境下，加入网络系统数据文件（*.dbc），让ECU 仿真节点传输数据。使用CANoe 附属网络数据库工具软件CANdb++，建立网络数据库，在左方网络系统树状目录下，Network node项目上，点击鼠标右键，选择New…新增ECU节点数据（图5）。出现ECU节点设定对话框后，在Definition分页中输入ECU名称。

在左方窗口中点击右键，并在选单中选择Insert network node”，即可在CAN 网络系统中新增虚拟ECU节点。

图5 新增ECU网络节点数据

（1）加入ODX 档案

在CANoe 主工具栏中的Configuration选单中，选择Diagnostic/ISO TP configuration…”，开启设定对话框，能够为虚拟ECU 节点加入诊断功能描述文件档案（*.cdd 或*.odx）。点选Add”按钮，选择Add multi file ODX diagnostic description（XML）…”选项，加入ECU的ODX与ODX-C档案。

用户以右键点击虚拟ECU节点，点选Configuration”选项，出现Node Configuration”节点设定对话框。在title”字段，输入虚拟ECU 节点名称；CANdb Name”必须选择网络数据库档案中建立的节点名称，若设为＜＜default＞＞，在进行系统仿真会出现错误信息；虚拟节点状态为模拟（simulated）或关闭（off）；最下方的File…”、Edit”与Compile”分别能够加载、编辑和编译节点程序档案。

（2）建立CAN-ECU仿真诊断功能

使用者必须配合使用在ODX 或CDD 诊断描述档案中定义的诊断对象，才能使CAPL的诊断函式命令，可以存取诊断服务与数据。在诊断服务回应函式的程序代码编辑区中，点击右键，并选择Diagnostic objects from CANdela…”选项；然后，在Selection of diagnostic objects”对话框里，用户可选择诊断服务对象，存取诊断服务。当存取诊断服务参数时，点选右键选择其中Diagnostic parameters from CANdela …”选项。在Selection of diagnostic objects parameter”对话框中，箭头向右为传送端诊断服务信息的参数，箭头向左为接收端响应诊断服务中所包含的参数，使用者可在诊断响应函式加入诊断参数、读取或修改参数内容。

图6 新增诊断服务参数数据

（3）ECU节点模型诊断功能的验证

CANoe诊断功能模块，提供发展与测试ECU诊断功能的辅助软件工具；使用Diagnostic Console 与Fault Memory window，可以检验虚拟ECU 节点，能否正确响应与ODX 档案内容相符的诊断信息与故障码。

诊断中控台是用来描述ECU 诊断功能的ODX或CDD档案内容，使用者可选择诊断服务，以对ECU发出要求信息，以及设定诊断服务中的参数与显示回传信息内容；并对虚拟ECU节点，执行ODX 档案中的所有诊断服务，并分析诊断中控台所显示的回传信息内容，是否与ECU 诊断规格文件内容符合。

故障码检窗口能直接读取ECU内存的故障码（DTC），以及删除ECU故障码与不断更新读取故障码数据。使用故障码检窗口，可以对虚拟ECU 节点分别传送读取与消除故障码信息，测试已加载ODX 档案的虚拟ECU 节点故障码功能的正确性。

3.3 加入测试器模块

（1）建立测试项目、群组、流程控制

用户可在Simulation Setup 窗口中的虚拟总线上，点击鼠标右键，选择“Insert test module”，新增测试器节点模块，以CAPL语法来编辑测试程序。测试器节点上方分别有铅笔、编译、播放等图形，可用来编辑测试器节点程序、组译程序代码，以及按下播放钮，开始执行测试程序。

（2）测试器节点设定对话框

在测试器节点上，点击鼠标右键，选择“Configuration”，出现“Testnode Configuration”节点设定对话框。其中有“Common”、“Report”、“Report Filter”、“Modules”、“Buses”等分页，可供使用者设定测试器节点的外部功能。

使用者可在Modules分页下方，点击“Add”，以为测试器节点新增软件模块。测试器节点必须透过传输层，将数据长度较长的诊断服务信息，分批传输至总线上。在此加入传输层模块（OSEK_TP.dll），以便使用者通过CAPL browser，加入传输层函式。

（3）CAPL 诊断测试程序编辑

测试器节点程序编辑，主要编辑“TestControl”目录下的MainTest（ ）与Testcase（ ），以及在“Callback function”目录下，新增OSEK_TP 传输层函式等三部分。使用者也可依不同需求，在“Function”目录下，新增自定义功能的函式；或是在“Timer”目录下，新增定时器等。

用户可在测试项目目录中，点击鼠标右键选择“New”，新增测试项目。在新增的测试项目函式中，用户可透过点击鼠标，在右键选单中，选择“Diagnostic object from CANdela…”或“Diagnostic parameter from CANdela…”，使用ODX 档案数据库里的诊断服务以及诊断服务参数，搭配测试器节点CAPL 诊断函式与测试器节点常用CAPL测试函数式，来编辑各种测试程序。

3.4 虚拟节点模型自动测试与结果

ECU节点模型与测试器模块建构完成后，先在CANoe 的虚拟网络系统环境中，进行CAN-ECU 的诊断功能自动测试，逐一检视各个诊断服务的测试报告，并修改测试程序，使诊断功能自动测试环境的功能更完整。在CANoe的标准任务栏上，将测试环境的工作模式改为“Simulated bus”，再按下闪电图形的“Start”钮，启动测试环境。测试器模块窗口右下方，按下图形为播放钮的“Start”，进行ECU的诊断服务自动测试，测试界面和如图7所示。

表2 诊断测试类型

图7 CANoe诊断功能自动测试画面

本研究分别针对（1）General requirement test；（2）Read DTC Information；（3）Clear Diagnostic Information；（4）Network Layer Timeout；（5）Test service；（6）Tester Present；（7）Read Data By Identifier 等进行测试，部分测试结果及HTML报告如图8所示。

图8 诊断服务功能测试结果与HTM测试报告

4 结论

本研究使用Vector车辆网络开发工具，进行ECU诊断功能自动测试环境的开发。先通过CANdelaStudio编辑ECU诊断功能描述文件，并产生ODX档案；接着，在CANoe虚拟网络系统环境，加载ODX档案，建立ECU节点模型的诊断通讯功能，再以测试器模块执行自动测试，所有项目的测试步骤、过程与结果，也都记录在测试模块所产生HTML测试报告中；诊断功能仿真测试结果与ECU规格文件是一致的。本研究使用的方法与传统诊断服务功能测试方法的差别，主要在于ECU诊断功能的规划、诊断功能节点模型建立、模型验证与测试等，皆符合V-model开发程序，并以ODX格式档案，来衔接各个开发阶段所需的诊断数据。此“CAN-ECU诊断服务功能自动测试”方法，可以协助汽车制造厂与ECU 供货商，在ECU诊断服务功能研发时期，通过通用的ODX 格式档案，可在异地分别进行V-model开发程序各阶段工作，并加入仿真节点测试功能，可尽早发现错误与缺陷，并可节省ECU开发成本及提升开发效率。