如何进行CAN总线高效测试？

CAN总线自BOSCH公司发明以来，在汽车通信网络中的应用得到了广泛认可。随着汽车电子技术的发展，车上的电子模块越来越多，汽车内部的CAN总线节点也随之增多。

一般汽车内部CAN节点少则10个，多则30-40个，在对这些CAN节点进行测试的时候，工作内容复杂，且对测试人员技术要求较高。如何在保证产品质量的同时，快速推出产品，是OEM亟待解决的难题。因此，自动化测试技术作为汽车产品质量验证的重要手段变得至关重要。

针对上述问题，怿星科技自研的Neptune CAN总线自动化测试系统提供了有效的解决方案，下面跟着小编详细了解一下。

CAN总线测试内容

首先，简单介绍一下CAN总线测试内容。通常情况下CAN总线测试分为物理层测试、数据链路层测试、应用层测试、容错性测试几个部分。

物理层测试主要有以下内容，其中位时间、信号跳变斜率、电阻测试关注较多，也比较容易出问题。在后文详细介绍位时间和信号跳变斜率测试。

测试点	测试目的	测试条件
显隐性电平	CAN总线对逻辑信号的识别依赖于信号电平，若CANH和CANL线上电平过高或过低，都会影响总线状态的判断，则需要验证在显性、隐性状态时，CANH 和 CANL 线上电平是否满足设计要求	示波器
信号跳变斜率	验证DUT的 CAN电平信号上升/下降斜率是否满足设计要求	示波器
高低压通信范围	验证DUT的高压和低压通信工作范围是否满足设计要求	_
位时间	总线波特率与位时间成反比，位时间由波特率确定，要求误差±0.5%，测试验证DUT的位时间是否满足设计要求	示波器
终端电阻	ISO11898-2要求在高速CAN总线两端接终端电阻（一般为120Ω）以消除反射，对低速CAN没有端接要求。因此，需要验证DUT终端电阻和非终端电阻配置是否符合设计要求	万用表
地偏移	验证DUT在地电压发生偏移时，通信是否正常	地漂电源

▷ 位时间测试

在介绍位时间测试之前，先简单回顾一下CAN数据帧格式，如下图所示：

测试目的

主要验证DUT发送报文的位时间精度以及DUT对接收到的报文的位时间精度容错能力。

测试方法

通常选取DUT发送的其中1个CAN标准数据帧，使用示波器抓取整帧报文波形，计算从测试起始位到测试结束位的间隔时间，然后求平均值。测试起始位和结束位可以是帧起始位、仲裁段位、控制段位、数据段位、CRC段位、ACK段、帧结束位等。

测试结果

下面是使用示波器自动抓取的测试截图（从SOF起始位到ID段的结束位，测量方式为差分信号输入）：

▷ 跳变斜率测试

测试目的

主要验证DUT的CAN总线信号上升斜率和下降斜率是否满足要求。

测试方法

通常选取DUT发送的其中1个CAN标准数据帧，使用示波器抓取整帧报文波形（包括CANH、CANL以及CANH和CANL之间差分信号波形），然后分析计算仲裁段或数据段内的所有跳变沿变化时间（信号从10%上升到90%或者从90%下降到10%间隔时间）。

测试结果

下面是使用示波器自动抓取的测试截图（测量方式为差分信号输入）：

数据链路层测试主要有以下内容，其中采样点、BusOff测试关注较多，在后文详细介绍采样点测试。

测试点	测试目的	测试条件
采样点	验证DUT的采样点设置是否满足设计要求	VH6501干扰仪
ACK应答	验证开启/关闭总线ACK应答时，DUT通信处理机制是否满足设计要求	_
报文重发	验证DUT产生发送错误后，能否立即重发该报文	VH6501干扰仪
BusOff	验证DUT快恢复策略是否满足设计要求	VH6501干扰仪
高负载	验证在总线高负载情况下，DUT是否会出现丢帧现象	_
最大填充位报文	验证在总线上仿真发送最大填充位报文，DUT通信是否正常	_

▷ 采样点测试

测试目的

主要验证DUT的采样点设置范围是否满足要求。

测试方法

通常是使用测试工具在CAN总线上发送特定干扰报文，然后检测DUT是否会发送错误帧。本文中选取的测试方法是使用Vector的VH6501设备进行干扰，周期发送高优先级报文，在每个周期，微调CRC_DEL位长度，使其缩短1个VH6501时钟长度，并同时将后一位ACK_Slot位长度增加1个VH6501时钟长度。

由于CRC_DEL位固定位隐性位，ACK_Slot位固定位显性位，当ACK_Slot显性位移到DUT采样点位置时，就会被DUT采样到并判定CRC_DEL位为显性位，DUT检测为格式错误，就会向总线发送错误帧，测试工具检测到DUT发送的错误帧时，则结束测试，并记录调整的次数为n，然后根据调整次数计算出DUT的采样点。

具体计算方法如下：

以CAN总线500Kbps速率为例，一个位时间为2000ns（1/500K），VH6501时钟频率为160MHZ，每个VH6501时钟长度为6.25ns（1/160M），则DUT采样点：Sample = (2000 - 6.25 * n) / 2000。

测试结果

VH6501干扰过程，如下图所示：

▷ 应用层测试主要有以下内容，在后文详细介绍报文周期测试。

测试点	测试目的	测试条件
消息标识符	CAN总线通过ID仲裁，发送数据，因此，需要验证DUT所有发送报文ID与数据库定义是否一致	解析数据库
数据长度	验证DUT所有发送报文DLC与数据库定义是否一致	解析数据库
报文周期偏移	验证DUT所有发送周期报文的周期偏移是否满足设计要求	解析数据库
信号初始值	验证DUT发送的报文信号初始值和数据库是否一致	解析数据库
未使用位填充	验证DUT发送的报文未使用位填充数据值和数据库是否一致	解析数据库
接收报文	验证仿真数据库定义的接收节点为DUT的所有报文，DUT通信是否正常	解析数据库

▷ 报文周期偏移测试

测试目的

主要验证在单节点测试环境下，DUT发送的周期报文偏移是否在±10%以内。

测试方法

待DUT通信稳定后，使用CANoe持续监控总线一段时间（至少是10分钟），记录在此期间接收到的所有周期报文的发送时间，然后计算每个周期报文的发送间隔最小值、最大值、平均值。

测试结果

判断每个周期报文发送间隔最小值、最大值、平均值的周期偏移误差均在数据库定义周期的±10%以内。

▷ 容错性测试主要有以下内容：

测试点	测试目的	测试条件
CANH/L短电源	验证DUT在CANH/L对电源短路时处理机制是否满足要求，并确认通信恢复时间参数是否满足设计要求	容错性测试环境
CANH/L短地	验证DUT在CANH/L对地短路时处理机制是否满足要求，并确认通信恢复时间参数是否满足设计要求	容错性测试环境
CANH与CANL短路	验证DUT在CANH与CANL短路时处理机制是否满足要求，并确认通信恢复时间参数是否满足设计要求	容错性测试环境
CANH/L断路	验证DUT在CANH/L断路时处理机制是否满足要求，并确认通信恢复时间参数是否满足设计要求	容错性测试环境
DUT掉电源	验证DUT在与电源断开时处理机制是否满足要求，并确认通信恢复时间参数是否满足设计要求	容错性测试环境
DUT掉地	验证DUT在与地断开时处理机制是否满足要求，并确认通信恢复时间参数是否满足设计要求	容错性测试环境

CAN总线自动化测试系统架构

为保证测试的高效执行，自动化测试执行是必要的，我们的CAN总线自动化测试系统由测试软件、测试硬件系统、DUT被测系统组成。

测试软件：

自动化测试操作管理软件，用户可以进行测试参数配置、测试用例选择、测试执行、测试报告管理和Log记录及分析等。

测试硬件系统：

主要功能是模拟硬件测试环境，进行DUT电源控制、I/O信号控制及仿真、报文监控及仿真、CAN总线故障注入、CAN总线信号采集、CAN总线干扰等。一次可同时部署多个DUT，程序自动切换测试，实现高效便捷操作。

DUT被测系统：

被测CAN总线节点，符合ISO11898标准的CAN/CANFD节点。

这套怿星自研的Neptune CAN总线自动化测试系统不但能提高测试覆盖度，自适应不同测试环境，大幅减少测试工作量，而且操作简单，对测试人员的技术要求较低，同时还具备其他特点：

集成多种测试功能，CANFD节点通信测试、LIN主/从节点通信测试、Autosar CAN网络管理测试、CAN/CANFD/LIN诊断、刷写、通信路由、诊断路由测试等

支持二次开发功能，提供了丰富的API接口，支持Excel/LDF/DBC/ARXML文件解析等

对此，感兴趣的小伙伴可以联系我们进行咨询！

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