本發(fā)明涉及故障模擬裝置產(chǎn)生故障信號的方法。

背景技術：

can總線系統(tǒng)在汽車領域應用廣泛，因為在這種環(huán)境下，對系統(tǒng)穩(wěn)定性有著更高的要求，所以在can總線系統(tǒng)組建之前，需要對總線上的各節(jié)點進行全面的測試，觀察其在不同的總線數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)下，能否保證正確的通信。并且，如果出現(xiàn)了總線故障，總線各節(jié)點是否能夠執(zhí)行正確的錯誤處理機制。

在對其進行測試過程中，如果使用專用的can節(jié)點裝置，在出廠時，相應廠家一定已經(jīng)對這些節(jié)點裝置進行了全面的測試。所以在使用這些節(jié)點裝置組建總線系統(tǒng)時，往往只能測試節(jié)點在正常工作時的情況，不能測試節(jié)點在異常工作時的情況，即便在千百次工作中節(jié)點出現(xiàn)了故障，這個故障也很大可能是隨機的，不能進行故障定制，所以總線系統(tǒng)測試人員想要復現(xiàn)這個故障也十分困難。而如果使用專用的can測試裝置，雖然可以定制輸出數(shù)據(jù)產(chǎn)生需要的故障信號從而較全面的測試整個總線系統(tǒng)，但這樣的測試裝置造價高，通用性不強。對于一般的系統(tǒng)測試人員來說，并非一個很好的選擇。

can總線簡介

can即控制器局域網(wǎng)絡，屬于工業(yè)現(xiàn)場總行的范疇，與一般的通信總線相比，can總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性，實時性和靈活性。由于其良好的性能及獨特的設計，can總線越來越受到人們的重視。他在汽車領域上的應用是最廣泛的，世界上一些著名的汽車制造廠商都采用了can總線來實現(xiàn)汽車內部控制系統(tǒng)和執(zhí)行機構間的數(shù)據(jù)通信。同時由于can總線本身的特點，其應用范圍已不再局限于汽車行業(yè)，而向自動控制，航空航天，航海，過程工業(yè)。機械工業(yè)，紡織工業(yè)，等領域發(fā)展。

can總線拓撲圖

如圖1所示can總線可以掛載多個節(jié)點，can節(jié)點不分主從，只要總線空閑均可往總線上發(fā)送數(shù)據(jù)。

can總線的基本概念

can節(jié)點的層結構，如圖2所示；

物理層定義的實際信號的傳輸方法。

傳輸層是can協(xié)議的核心。它把接受到的報文提供給對象層，以及接受來自對象層的報文。傳輸層負責位定時及同步，報文分幀，仲裁，應答，錯誤檢測和標定，故障界定。

對象層的功能是報文濾波以及狀態(tài)和報文的處理。

報文(messages)：

總線上的信息以不同的固定報文格式發(fā)送，但長度受限。當總線空閑時任何連接的單元都可以開始發(fā)送新的報文。

位速率(bitrate)：

不同的系統(tǒng)，can的速度不同，可是，在一給定的系統(tǒng)里，位速率是一定的，并且是固定的。

遠程數(shù)據(jù)請求(remotedatarequest)：

通過發(fā)送遠程幀，需要數(shù)據(jù)的節(jié)點可以請求另一節(jié)點發(fā)送相應的數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀和相應的遠程幀由相同的識別符命名的。

多主機(multimaster)：

總線空閑時，任何單元都可以開始傳輸報文。具有較高優(yōu)先權報文的單元可以優(yōu)先獲得總線訪問權。

總裁(arbitrition)：

只要總線空閑，任何單元都可以開始發(fā)送報文。如果2個或2個以上的單元同時開始傳送報文，那么就會有總線訪問沖突。通過使用識別符的位形式仲裁可以解決這個沖突。仲裁的機制確保信息和時間均不會損失。當具有相同識別符的數(shù)據(jù)幀和遠程幀同時初始化時，數(shù)據(jù)幀優(yōu)先于遠程幀。仲裁期間，每一個發(fā)送器都對發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進行比較。如果電平相同，則這個單元可以繼續(xù)發(fā)送。如果發(fā)送的是一“隱性”電平而監(jiān)控視到一“顯性”電平(見總線值)，那么該單元就失去了仲裁，必須退出發(fā)送。

錯誤檢測(errordetection):

為了檢測錯誤，必須采取以下措施：

監(jiān)視(發(fā)送器對發(fā)送位的電平與被監(jiān)控的總線電平進行比較)

循環(huán)冗余檢查

位填充

報文格式檢查

應答(acknowledgement)：

所有的接收器檢查報文的連貫性。對于連貫的報文，接收器應答；對于不連貫的報文，接收器作出標志。

報文傳輸

幀類型

報文傳輸由以下4個不同的幀類型所表示和控制：

數(shù)據(jù)幀：數(shù)據(jù)幀攜帶數(shù)據(jù)從發(fā)送器至接收器。

遠程幀：總線單元發(fā)出遠程幀，請求發(fā)送具有同一識別符的數(shù)據(jù)幀。

錯誤幀：任何單元檢測到一總線錯誤及發(fā)出錯誤幀。

過載幀：過載幀用在先行的和后續(xù)的數(shù)據(jù)幀(或者遠程幀)之間提供一附加的延時。(數(shù)據(jù)幀或者遠程幀)通過幀間空間與前面的個幀分開。

數(shù)據(jù)幀

數(shù)據(jù)幀由7個不同的位場組成：如圖3所示；

幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場、crc場、應答場、幀結尾。數(shù)據(jù)場的長度可以為0。

幀起始

它標志數(shù)據(jù)幀和遠程幀的起始，由一個單獨的“顯性”位組成。只有在總線空閑時才允許發(fā)送開始信號。

仲裁場

標準格式幀與擴展格式幀的仲裁場格式不同。

標準格式里，仲裁場由11位識別符和rtr為組成，識別符由id-28…id-18。如圖4所示。

擴展格式里，仲裁場包括29位識別符，srr位、ide位、rtr位。其識別符由id-28...id-0。如圖5所示。

識別符：識別符的長度為11位。這些位的發(fā)送順序是從id-10到id-0。最低位是id-0。最高的7位(id-10到id-4)必須不能全是“隱性”。

srr位：隱性位，它在擴展格式的標準幀rtr位位置，因此代替標準的rtr位。

ide位：標準格式的ide位為“顯性”，而擴展格式里的ide位為“隱性”

rtr位：該位在數(shù)據(jù)幀里必須為“顯性”，而在遠程幀里必須為“隱性”。

控制場(標準幀以及擴展幀)，如圖6所示；

控制場由6個位組成。標準格式的控制場格式和擴展格式的不同。標準格式里的幀包括數(shù)據(jù)長度代碼、ide位(為顯性位)、及保留位r0。擴展格式里的幀包括數(shù)據(jù)長度代碼和兩個保留位：r1和r0。其保留位必須發(fā)送為顯性，但是接收器認可“顯性”和“隱性”位的組合。數(shù)據(jù)長度代碼：數(shù)據(jù)長度代碼指示了數(shù)據(jù)場中字節(jié)數(shù)量。數(shù)據(jù)長度代碼為4個位，在控制場里被發(fā)送。

數(shù)據(jù)場

數(shù)據(jù)場由數(shù)據(jù)幀中的發(fā)送數(shù)據(jù)組成。它可以為0～8個字節(jié)，每字節(jié)包含了8個位，首先發(fā)送msb。

crc場

crc場包括crc序列(crcsequence)，其后是crc界定符(crcdelimiter)。crc序列：由循環(huán)冗余碼求得的幀檢查序列最適用于位數(shù)低于127位〈bch碼〉的幀。為進行crc計算，被除的多項式系數(shù)由無填充位流給定，組成這些位流的成分是：幀起始、仲裁場、控制場、數(shù)據(jù)場(假如有)，而15個最低位的系數(shù)是0。

應答場

應答場長度為2個位，包含應答間隙(ackslot)和應答界定符(ackdelimiter)。在應答場里，發(fā)送站發(fā)送兩個“隱性”位。當接收器正確地接收到有效的報文，接收器就會在應答間隙(ackslot)期間(發(fā)送ack信號)向發(fā)送器發(fā)送一“顯性”的位以示應答。應答間隙：所有接收到匹配crc序列(crcsequence)的站會在應答間隙(ackslot)期間用一“顯性”的位寫入發(fā)送器的“隱性”位來作出回答。

幀結尾

每一個數(shù)據(jù)幀和遠程幀均由一標志序列界定。這個標志序列由7個“隱性”位組成。遠程幀通過發(fā)送遠程幀，作為某數(shù)據(jù)接收器的站可以初始化通過其資源節(jié)點傳送不同的數(shù)據(jù)。遠程幀也有標準格式和擴展格式，而且都由6個不同的位場組成：幀起始、仲裁場、控制場、crc場、應答場、幀結尾。與數(shù)據(jù)幀相反，遠程幀的rtr位是“隱性”的。它沒有數(shù)據(jù)場，數(shù)據(jù)長度代碼的數(shù)值是不受制約的(可以標注為容許范圍里0...8的任何數(shù)值)。此數(shù)值是相應于數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)長度代碼。rtr位的極性表示了所發(fā)送的幀是一數(shù)據(jù)幀(rtr位“顯性”)還是一遠程幀(rtr“隱性”)。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有總線出現(xiàn)故障時無法判斷總線各節(jié)點是否能夠執(zhí)行正確的錯誤處理機制以及現(xiàn)有can測試裝置造價高、通用性不強的問題，而提出一種基于can的總線信號故障模擬裝置產(chǎn)生故障信號的方法。

一種基于can的總線信號故障模擬裝置產(chǎn)生故障信號的方法具體過程為：

步驟一、通過usb將任意函數(shù)發(fā)生器連接到pc機，打開pc機中上位機；

步驟二、上位機程序打開任意函數(shù)發(fā)生器，獲取界面控件參數(shù)，界面控件參數(shù)包括電平、速度、幀類型、幀格式、基本id、擴展id、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)設置、故障參數(shù)；判斷下載信號控件是否按下，如果是，執(zhí)行步驟三；如果否，重新執(zhí)行步驟二；

所述故障參數(shù)為包括ack丟失錯誤、dlc長度錯誤、crc校驗錯誤、填充錯誤中的0個、1個、2個、3個或4個；

所述id為身份標識碼，ack為應答，crc為循環(huán)冗余校驗，dlc為數(shù)據(jù)長度；

步驟三、將獲取到的界面控件參數(shù)組裝成幀，下載幀信息到任意函數(shù)發(fā)生器的rom里，根據(jù)can總線協(xié)議，設置任意函數(shù)發(fā)生器的輸出電平值、速度，打開控制任意函數(shù)發(fā)生器輸出的通道控件，輸出幀信號，即任意函數(shù)發(fā)生器輸出信號；判斷退出控件是否按下，如果是，結束上位機程序，如果否，重新執(zhí)行步驟三；

rom為只讀存儲器，can為控制器局域網(wǎng)絡；

步驟四、將步驟三得到的任意函數(shù)發(fā)生器輸出信號傳輸給can總線收發(fā)器，經(jīng)can總線收發(fā)器轉換后傳輸給can總線，得到故障信號。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明基于一種常用的電子領域測試儀器——任意函數(shù)發(fā)生器，配合can專用的收發(fā)器，和一款pc軟件。首先，軟件通過控制任意函數(shù)發(fā)生器實現(xiàn)對can總線數(shù)據(jù)較為靈活的定制，定制精度可以達到每一個總線字的每一位。測試人員不僅可以在軟件界面中直觀定制can總線幀內容，以進行正確的數(shù)據(jù)傳輸，還可以輸出若干種錯誤的總線字，以模擬總線故障。本發(fā)明可以方便快捷的產(chǎn)生特定類型，特定位置的符合can幀格式和電氣特性的故障總線信號，解決了一般can控制器只能產(chǎn)生正確can幀總線信號的問題。本發(fā)明也可以產(chǎn)生符合can規(guī)范的任意id，任意數(shù)據(jù)長度的數(shù)據(jù)的can總線信號，使得產(chǎn)生符合can規(guī)范的總線信號變得更加快捷和方便。并且因為任意函數(shù)發(fā)生器通用性較強，是一般實驗室都具有的測試儀器，所以本發(fā)明具有良好的經(jīng)濟效益。解決了現(xiàn)有總線出現(xiàn)故障時無法判斷總線各節(jié)點是否能夠執(zhí)行正確的錯誤處理機制以及現(xiàn)有can測試裝置造價高、通用性不強的問題。本發(fā)明故障模擬裝置產(chǎn)生故障信號的準確率達到100％。

附圖說明

圖1為can總線拓撲圖；

圖2為can節(jié)點的層結構圖，can為控制器局域網(wǎng)絡；

圖3為數(shù)據(jù)幀的幀結構圖，crc為循環(huán)冗余校驗，ack為應答；

圖4為標準幀仲裁域示意圖，rtr遠程發(fā)送請求位；

圖5為擴展幀仲裁域示意圖，srr為遠程替代位，ide為集成開發(fā)環(huán)境；

圖6為控制場示意圖，r1，r0為保留位，dlc為數(shù)據(jù)長度；

圖7為本發(fā)明基于can的總線信號故障模擬裝置結構圖；

圖8為上位機軟件界面示意圖，uart為通用異步收發(fā)傳輸器，off為關閉；

圖9為上位機程序流程圖；

圖10為總線收發(fā)器框圖；

圖11為實施例一的can的總線信號故障模擬裝置結構圖，gui為圖形用戶界面，tekvisa為泰克公司的可編程儀器的函數(shù)庫；

圖12為步驟三中將獲取到的界面的控件參數(shù)組裝成幀流程圖。

具體實施方式

具體實施方式一：結合圖8、圖9、圖10說明本實施方式，本實施方式的一種基于can的總線信號故障模擬裝置產(chǎn)生故障信號的方法具體過程為：

基于can的總線信號故障模擬裝置包括上位機軟件部分，任意函數(shù)發(fā)生器、can協(xié)議收發(fā)器、can總線。

步驟一、通過usb將任意函數(shù)發(fā)生器連接到pc機，打開pc機中上位機；

步驟二、上位機程序打開任意函數(shù)發(fā)生器，獲取界面控件參數(shù)，界面控件參數(shù)包括電平、速度、幀類型、幀格式、基本id、擴展id、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)設置、故障參數(shù)；判斷下載信號控件是否按下，如果是，執(zhí)行步驟三；如果否，重新執(zhí)行步驟二；

所述故障參數(shù)為ack丟失錯誤、dlc長度錯誤、crc校驗錯誤、填充錯誤中的0個、1個、2個、3個或4個；

所述id為身份標識碼，ack為應答，crc為循環(huán)冗余校驗，dlc為數(shù)據(jù)長度；

步驟三、將獲取到的界面控件參數(shù)組裝成幀，下載幀信息到任意函數(shù)發(fā)生器的rom里，根據(jù)can總線協(xié)議，設置任意函數(shù)發(fā)生器的輸出電平值、速度，打開控制任意函數(shù)發(fā)生器輸出的通道控件，輸出幀信號，即任意函數(shù)發(fā)生器輸出信號；判斷退出控件是否按下，如果是，結束上位機程序，如果否，重新執(zhí)行步驟三；

rom為只讀存儲器，can為控制器局域網(wǎng)絡；

步驟四、將步驟三得到的任意函數(shù)發(fā)生器輸出信號傳輸給can總線收發(fā)器，經(jīng)can總線收發(fā)器轉換后傳輸給can總線，得到故障信號。

因為任意函數(shù)發(fā)生器的驅動能力不足以直接與can總線相連，本發(fā)明使用了can總線收發(fā)器完成這個目標。該總線收發(fā)器的整體設計方案如圖7所示。

任意函數(shù)發(fā)生器的輸出信號，經(jīng)過收發(fā)器后，轉變?yōu)榉蟘an協(xié)議規(guī)定的電平標準，從而將故障模擬裝置掛載到總線系統(tǒng)中。任意函數(shù)發(fā)生器輸出就可以向真實的被測can總線設備發(fā)送消息，完成對被測設備節(jié)點的故障測試。

id為身份標識碼，ack為應答，crc為循環(huán)冗余校驗，dlc為數(shù)據(jù)長度；

基本參數(shù)、傳輸內容(十六進制)、故障參數(shù)的控件的編寫都是根據(jù)can總線協(xié)議確定的。

電平：任意波形發(fā)生器產(chǎn)生信號的電平大小。

速度：總線的速度。

幀類型：數(shù)據(jù)幀還是遠程幀。

幀格式：標準幀擴展幀。

基本id：幀的標識符。(標準幀和擴展幀都有)

擴展id：幀的標識符。(擴展幀才有)

數(shù)據(jù)長度：幀數(shù)據(jù)的長度。(1～8字節(jié)可設置)

數(shù)據(jù)設置：數(shù)據(jù)內容。

故障參數(shù)：可設置的故障類型。包括ack丟失錯誤，dlc長度錯誤，crc校驗錯誤，填充錯誤四種錯誤類型。

設置完成后，點擊下載信號即可下載到任意函數(shù)發(fā)生器中。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一不同的是：所述步驟一中上位機包括上位機程序和上位機界面；

上位機程序編寫過程為：

判斷pc機是否找到任意函數(shù)發(fā)生器，如果找到任意函數(shù)發(fā)生器，執(zhí)行步驟二；如果沒找到任意函數(shù)發(fā)生器，結束上位機程序；

上位機界面編寫包括對基本參數(shù)、傳輸內容、故障參數(shù)和儀器控制的控件的編寫；

基本參數(shù)的控件包括隱性電平、顯性電平、速度、幀類型、幀格式；

傳輸內容的控件包括基本id、擴展id、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)設置；

故障參數(shù)的控件包括ack丟失錯誤，dlc長度錯誤，crc校驗錯誤，填充錯誤；

儀器控制的控件包括通道、保存信號、調出信號、下載信號、退出。

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式一或二不同的是：所述步驟三中將獲取到的界面控件參數(shù)組裝成幀，具體過程為：

步驟三一、在幀序列中添加幀頭，基本id，執(zhí)行步驟三二；

步驟三二、如果是標準數(shù)據(jù)幀或者是標準遠程幀(上位機界面的基本參數(shù)中獲得)，則在幀序列中添加rtr，ide，r0，dlc，執(zhí)行步驟三三；

rtr為遠程發(fā)送請求位；ide為集成開發(fā)環(huán)境；r0為保留位；dlc為數(shù)據(jù)長度；

如果是擴展數(shù)據(jù)幀或者是擴展遠程幀(上位機界面的基本參數(shù)中獲得)，則在幀序列中添加srr，ide，擴展id，r1，r0，dlc，執(zhí)行步驟三三；

srr為遠程替代位，r1為保留位；

步驟三三、如果是數(shù)據(jù)幀(上位機界面的基本參數(shù)中獲得)并且有dlc長度錯誤(上位機界面的故障參數(shù)中獲得)，則在幀序列中添加錯誤數(shù)據(jù)；執(zhí)行步驟三四；

如果是數(shù)據(jù)幀(上位機界面的基本參數(shù)中獲得)并且沒有dlc長度錯誤(上位機界面的故障參數(shù)中獲得)，則在幀序列中添加正確數(shù)據(jù)，執(zhí)行步驟三四；

步驟三四、如果有crc校驗錯誤(上位機界面的故障參數(shù)中獲得)，則在幀序列中添加錯誤crc；執(zhí)行步驟三五；

如果沒有crc校驗錯誤(上位機界面的故障參數(shù)中獲得)：則在幀序列中添加正確crc，執(zhí)行步驟三五；

步驟三五、在幀序列中添加crc界定符，執(zhí)行步驟三六；

步驟三六、如果有填充錯誤(上位機界面的故障參數(shù)中獲得)，則在幀序列中插入錯誤的填充，執(zhí)行步驟三七；如果沒有填充錯誤(上位機界面的故障參數(shù)中獲得)，則直接執(zhí)行步驟三七；

步驟三七、如果有應答錯誤(上位機界面的故障參數(shù)中獲得)，則在幀序列中添加錯誤的應答，執(zhí)行步驟三八；如果沒有應答錯誤(上位機界面的故障參數(shù)中獲得)，則直接執(zhí)行步驟三八；

步驟三八、則在幀序列中添加幀結尾。

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一或二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一至三之一不同的是：所述步驟三三中在幀序列中添加錯誤數(shù)據(jù)；具體為：

錯誤數(shù)據(jù)為在正確的數(shù)據(jù)上少一字節(jié)的數(shù)據(jù)，正確數(shù)據(jù)為從上位機界面中獲取的數(shù)據(jù)。

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至三之一相同。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式一至四之一不同的是：所述步驟三四中在幀序列中添加錯誤crc；具體為：

錯誤crc為生成多項式按位取反計算得到的crc。

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至四之一相同。

具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一至五之一不同的是：所述步驟三六中在幀序列中插入錯誤的填充，具體為：

若有連續(xù)的5位的1則在幀序列連續(xù)的5位1中的最后一位1后插入一位1，若有連續(xù)的5位0則在幀序列連續(xù)的5位0中的最后一位0后插入一位0。

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至五之一相同。

具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式一至六之一不同的是：所述步驟三七中在幀序列中添加錯誤的應答，具體為：

應答間隙設為顯性位。

其它步驟及參數(shù)與具體實施方式一至六之一相同。

如圖12，所示：

1)、添加錯誤數(shù)據(jù)中，錯誤數(shù)據(jù)為：在正確的數(shù)據(jù)上少一字節(jié)的數(shù)據(jù)。正確數(shù)據(jù)為從上位機界面中獲取的數(shù)據(jù)設置中的數(shù)據(jù)。

2)添加錯誤crc中：錯誤crc為生成多項式按位取反所計算得到的crc。

3)在插入填充錯誤中：具體實現(xiàn)方式為：在前面已經(jīng)生成的幀序列中：如果有連續(xù)的5位的1就在幀序列后面插入一位1，如果有連續(xù)的5位0就在則幀序列后面插入一位0。

4)添加錯誤應答數(shù)據(jù)：應答間隙設為顯性位。

采用以下實施例驗證本發(fā)明的有益效果：

實施例一：

本實施例一種基于can的總線信號故障模擬裝置產(chǎn)生故障信號具體是按照以下步驟制備的：

任意函數(shù)發(fā)生器選擇泰克afg3252c型號，該型號儀器的任意波發(fā)生功能支持輸出頻率范圍1mhz～120mhz，有效模擬帶寬(-3db)225mhz。應用軟件使用python語言開發(fā)。如此開發(fā)的裝置框圖如圖11所示。儀器操作通過tekvisa軟件實現(xiàn)。并使用pyhon的qt庫設計gui面板。收發(fā)器部分使用ctm1050t作為can總線協(xié)議收發(fā)器。

本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質的情況下，本領域技術人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。