崔光宇，康兰英，白丽成

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，保定 071000）

一种CAN总线测试设备的设计

崔光宇，康兰英，白丽成

（长城汽车股份有限公司技术中心，河北省汽车工程技术研究中心，保定 071000）

介绍一种新型CAN总线测试设备的设计；通过简单界面配置的方法，就可以同时实现总线监控、对信号的位干扰和自动记录数据等功能。该设备的采用进一步降低了车厂在试验设备方面的费用，排除了测试过程中人为因素的干扰，保证了测试结果的准确性，进而减少了重复测试执行的次数，提高了测试人员的工作效率。本设备集成了多个设备的功能，实现了单独使用一个设备就可以完成CAN总线所有测试的目的。

电控单元；测试；成本；网络

1 现状

CAN 网络在汽车领域已经有了极其广泛的应用，因此CAN总线测试显得尤为重要，包括从产品设计到开发以至售后都需要进行CAN总线相关的测试［1］。目前主要使用CANOE和CANstress 2种工具进行相关测试，其主要存在以下几项问题：①上述2种工具无法实现物理层线错误及和时间强相关的自动测试，而手动操作会导致波形干扰，继而影响测试结果；②有一些测试无法完成，如线错误测试需要进行手动操作，也就是测试人员根据具体需求来手动制造各种线错误，其弊端就是手动操作容易抖动，并且故障注入时间也无法满足测试要求；③行业内Vector设备可开展相关测试，同时要使用CANOE和stress不但价格昂贵，而且需要同时使用2种工具，界面配置也比较复杂，不利于新人操作。

目前，常用的2种测试方法有以下几点缺陷。

1）手动操作缺点①由于测试人员的不同，会出现人工制造缺陷的时间不一致，在故障注入的过程中难免出现手抖动及操作时间难以把控等问题，因而影响到测试结果，并且也会影响到测试的准确性及可靠性，甚至会出现多种测试结果的现象；②一些测试单靠手工操作无法实现，比如持续时间无法控制、人手抖动产生误差等，严重影响到测试效率和结果的准确性。

2）CANoe配合stress操作缺点①CAN stress不仅价格昂贵，市场上最常用的CAN stress（约七八万人民币）需要配合CANoe（大约20万人民币）才能进行测试；②操作界面不人性化，需要配置3个以上窗口才可以完成配置，操作起来不方便；③能完成的测试项不全，缺少和时间相关的测试内容。

2 新型CAN总线测试设备

2.1 研发意义

本设计的主要特点在于使用单片机控制汽车常用的继电器来完成CAN测试［2］，其主要特点在于：①开发成本低；②界面操作简单，软件更人性化，操作更形象；③能完成目前CAN网络的所有线错误测试，并为后期的总线测试开发提供接口，可以使用到LIN总线、VAN总线、CANFD以及USB测试过程中；④支持多种与计算机等设备连接方式，可以使用WIFI、USB、internet、Bluetooth。

2.2 原理介绍

2.2.1 硬件设计

PCB芯片见图1。CAN总线测试工作原理见图2。

图1 PCB芯片

图2 CAN总线测试工作原理

1）电源模块电源模块实现为整个系统供电的功能，主要有2种供电模式。

模式1：采用外接12V电源的形式。电源模块含有变压芯片将12V的电压转换成5V或者3.3V电压供给单片机，也可以将12V电压直接连接到干扰模块，可以在测试CAN信号短接到电源时使用。

模式2：本系统可以采用USB供电。此时采用的是升压芯片将USB输出的5V电压转换成12V电压，直接连接到干扰模块，供CAN信号短接到电源时使用。

2）干扰模块及继电器模块主要实现对CANH及CANL的搭铁短路及对电源短路、CANH及CANL之间实现相互短路、CAN信号的位干扰以及BUSOFF干扰。

3）MCU MCU也就是微控制器，主要是为整个系统的正常工作提供各种控制信号［3］及判断信号，这里主要的作用是实现计算机和本设备之间的通信以及和CAN网络之间的通信。硬件电路采用美国微芯（Microchip）公司生产的8位汽车专用PIC18F26J50微控制器作为主芯片，能够进行LIN信号及模拟信号的获取及通信。主要特点有：①具有CAN通信接口，可直接与CAN总线驱动器连接，进入CAN网络［4］；②具有LIN UART接口，可以实现LIN的主／从工作模式并能够实现自动重同步；③IIC接口，与存储器直接连接进行数据的修正以及数据的存储；④SPI总线接口可以使得与控制芯片的交互速率达到10Mbit／s；⑤正常工作温度可以达到150℃，满足车辆需求。PIC18F26J50的管脚图如图3所示。

图3 单片机引脚分布

4）CAN模块CAN模块分高速部分和低速部分。高速部分采用了市场上比较常见又可以兼容CAN_FD（flexible data rate）的TJA1044收发器，同时支持3.3V和5V，支持远程唤醒和低功耗等。其外围电路如图4所示。

低速部分采用了市场上比较常见又可支持睡眠唤醒的TJA1054收发器，同时可以根据实际需要选择终端电阻的阻值来实现终端匹配的目的。其外围电路如图5所示。

图4 CAN高速外围电路

图5 CAN低速外围电路

5）编码器模块由于本测试设备需要实现包括短路、断路在内的7种测试，每种不同的工作状态下对电路的要求截然不同，所以导致继电器数目的增加。而每一路继电器都需要有自己的控制信号，这样如果完全使用MCU上面的GPIO（普通输入输出接口）是远远不够的，再者MCU（中央控制单元）的工作负载也很难满足要求［5］。鉴于以上2点，需要对GPIO进行扩展，所以采用了编码器模块，只用3个GPIO就可以实现对8个输出信号的控制，进而控制继电器实现其正常工作。

本设备的CAN模块采用的是MCU里面的ECAN（增强CAN）模块，可以工作在高速、中速或者低速，同时具有CAN高速与低速收发器，它们和控制器相连处具有继电器，切换时只需要在软件界面进行选择就可以了。高速和中速CAN里有匹配电阻，可供选择为终端ECU或者非终端ECU；低速CAN的配置可以选择RTH和RTL的值来满足测试需求［6］，RTH和RTL的值可以选择为120Ω或者5.6kΩ。

综上，这种硬件设计能够满足CAN总线错误测试部分的各项测试，能够满足不同CAN ECU的各项测试。

2.2.2 软件界面

本设备的软件设计使得操作界面进一步简化，操作较stress更加方便，只要操作图6界面就可以完成所有配置（而canoe需要在八大窗口进行分别配制），便于新人上手操作。同时，本设备硬件功能强大，既可以作为单独的log工具来使用，也可以进行物理层的线错误测试，界面操作更形象化，只需要用手点下开关就可以完成各项测试，也可以实现数据的过滤等功能。软件运行和非运行界面见图6和图7。

3 结束语

通过对CAN总线测试设备的创新设计，完成了测试设备的集成和优化。使用本设备可以降低车厂在CAN总线测试设备方面的费用，同时可以降低测试过程中人为因素的干扰，进一步保证了测试结果的准确性，从而减少重复测试的次数，提高测试人员的工作效率。下一步可以进行以下方向的设计：①可以将测试从传统的计算机测试移植到手机上或者IPAD上面［7］，从而使CAN总线测试更方便、简捷，同时可以开展远程操作；②在目前的技术上增加LIN、K-LINE等多种协议，也可以增加诊断模块，以使其功能更加完善。还可以开发自动化测试，使测试更加简便。

图6 软件界面（非运行）

图7 软件界面（运行）

［1］朱则刚.现代汽车的电子控制［J］.汽车工程师，2009（1）：49-54.

［2］李全利，迟荣强.单片机原理及接口技术［M］.北京：高等教育出版社，2005.

［3］Microchip Technology Inc.PIC 12F1822／LF1822／PIC16F／LF1832 Data Sheet［R］.Chandler：Microchip Technology Inc，2009.

［4］吴正民.PIC单片机与PC串行通信的实现［J］.广东第二师范学院学报，2003，23（2）：101-105.

［5］吴正民.PIC单片机特点及应用时的注意事项［J］.实验室研究与探索，2003，22（6）：79-82.

［6］刘和平.PIC18FXXX单片机原理及接口程序设计［M］.北京：北京航空航天大学出版社，2004.

［7］沈跃，温舒.MPLAB IDEv8.20和APP001Ver.2开发板简介及使用经验点滴［J］.电子世界，2009（5）：32-33.

［8］Microchip Technology Inc.PIC18F46J50 FAMILY Data Sheet［R］.Chandler：Microchip Technology Inc，2011.

（编辑 陈程）

A New Type CAN Test Device Design

CUI Guang-yu，KANG Lan-ying，BAI Li-cheng
（R&D Center of Great Wall Motor Company，Automotive Engineering Technical Center of HeBei，Baoding，Hebei 071000，China）

This article expounds a kind of CAN test tool design，which realizes CAN monitor，bit interference on signal and automatic data record function through simple interface configuration.This device can reduce the testing cost of OEM，remove artificial interference，ensure test result accuracy，reduce repeating test，and thus improve the working efficiency of testing staff.It contains functions of multiple devices，and enables CAN test being conducted on single device.

ECU；testing；cost；network

U463.6

A

1003－8639（2016）08－0052－03

2015-12-29；

2016-01-13

崔光宇，男，主要从事汽车电子电器测试相关工作；康兰英，女，主要从事汽车电子电器测试相关工作；白丽成，男，主要从事汽车电子电器测试相关工作。