本發(fā)明屬于汽車總線數(shù)據(jù)分析與故障診斷領(lǐng)域，具體為一種面向車載以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)檢測與分析方法及輕量型裝置，應(yīng)用于車載以太網(wǎng)總線的故障診斷，并使用輕量型的可移動(dòng)嵌入式設(shè)備，便于車載總線自動(dòng)診斷技術(shù)后續(xù)的優(yōu)化。

背景技術(shù)：

1、隨著汽車電子技術(shù)的快速發(fā)展，汽車控制電子單元系統(tǒng)(ecu)逐漸增多，總線越來越復(fù)雜，并且安全性一直是重點(diǎn)話題，所以對(duì)信息傳遞的實(shí)時(shí)性要極高，傳統(tǒng)單一的can總線已經(jīng)不能滿足如今高速增長的需求，車載以太網(wǎng)越來越廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代汽車中，為車輛提供高速可靠的數(shù)據(jù)傳輸和通信能力。然而，隨著車載以太網(wǎng)應(yīng)用的不斷普及，其面臨的故障檢測和分析問題也越來越突出。因此，針對(duì)車載以太網(wǎng)的分析與故障檢測技術(shù)得到了越來越廣泛的研究和應(yīng)用。

2、早期的車載網(wǎng)絡(luò)分析與故障檢測技術(shù)主要是基于手動(dòng)分析和排除故障的方式，缺乏實(shí)時(shí)性和自動(dòng)化，因此效率低下，難以滿足現(xiàn)代汽車高速通信和數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和嵌入式系統(tǒng)的不斷發(fā)展，車載以太網(wǎng)分析與故障檢測技術(shù)得到了快速發(fā)展。目前，大多檢測方法基于大型檢測與分析系統(tǒng)，該方法不利于攜帶，嵌入式系統(tǒng)憑借其輕量型易于攜帶的優(yōu)勢為此提供了新的選擇。

3、目前，各類基于以太網(wǎng)的車載傳輸類型成為主流。面向車載以太網(wǎng)的分析與故障檢測技術(shù)主要涵蓋以下方面：車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)、車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分析技術(shù)、車載以太網(wǎng)故障檢測技術(shù)。為了提升車載總線的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)一款診斷汽車總線性能分析的裝置具有實(shí)用價(jià)值；為解決復(fù)雜的總線結(jié)構(gòu)，兼容多種總線數(shù)據(jù)報(bào)文，同時(shí)解決傳統(tǒng)總線分析設(shè)備復(fù)雜且不利于攜帶的問題，設(shè)計(jì)一款嵌入式輕量型可移動(dòng)分析裝置具有應(yīng)用價(jià)值。為汽車電子的穩(wěn)定性和可靠性提供了重要的支持和保障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、根據(jù)上述所提出的技術(shù)問題，提出一種面向車載以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)檢測與分析方法及輕量型裝置，用于解決目前基于以太網(wǎng)的車載總線在復(fù)雜情況下無法對(duì)總線性能進(jìn)行實(shí)時(shí)、有效分析與診斷的問題，以及不可兼容多種非標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)協(xié)議的問題，同時(shí)可移動(dòng)的嵌入式設(shè)備也有效的克服了傳統(tǒng)復(fù)雜或固定的檢測系統(tǒng)的不便

2、本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：

3、一種面向車載以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)檢測與分析輕量型裝置，包括：

4、數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集非標(biāo)準(zhǔn)車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)報(bào)文；

5、核心處理模塊，用于從數(shù)據(jù)采集模塊獲取數(shù)據(jù)報(bào)文，對(duì)其進(jìn)行處理，并對(duì)處理后的數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行分析；

6、可視化模塊，用于對(duì)核心處理模塊分析的結(jié)果進(jìn)行可視化，并控制報(bào)文檢測的起始與終止。

7、所述數(shù)據(jù)采集模塊包括：

8、高速采集單元，用于接口處對(duì)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行實(shí)時(shí)抓包、導(dǎo)入導(dǎo)出多種數(shù)據(jù)包格式；

9、數(shù)據(jù)緩存單元，包括a、b兩個(gè)緩沖區(qū)，用于緩存高速采集單元獲取的數(shù)據(jù)包；

10、實(shí)時(shí)處理單元，用于實(shí)時(shí)處理采集的車載以太網(wǎng)報(bào)文，以滿足實(shí)時(shí)性檢測與分析的要求。

11、所述高速采集單元為基于fpga設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集卡。

12、所述核心處理模塊包括：

13、嗅探進(jìn)程單元，用于讀取數(shù)據(jù)緩存單元的報(bào)文并對(duì)其進(jìn)行包過濾，將過濾后的報(bào)文數(shù)據(jù)讀取到可拓展單元，并將報(bào)文解析單元的分析結(jié)果通過使用共享內(nèi)存的方式傳入上可視化模塊；

14、可拓展單元，用于針對(duì)接收到的非標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)報(bào)文結(jié)構(gòu)，采用xml的文本編輯格式描述協(xié)議結(jié)構(gòu)文件將其歸一化；

15、報(bào)文解析單元，用于對(duì)歸一化后的的結(jié)構(gòu)文件通過幀類型進(jìn)行解析。

16、所述核心處理模塊是采用arm-linux內(nèi)核設(shè)計(jì)的具有實(shí)時(shí)性處理的內(nèi)核模塊。

17、所述可視化模塊包括：

18、控制按鈕模塊，用于控制采集數(shù)據(jù)的起始與中止，包含開始抓包、暫停抓包及停止抓包；

19、可視化顯示報(bào)文信息模塊，用于展示包括數(shù)據(jù)、圖表、動(dòng)畫在內(nèi)的分析結(jié)果；

20、日志記錄模塊，用于記錄系統(tǒng)的操作歷史。

21、一種面向車載以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)檢測與分析方法，包括以下步驟：

22、1)在可視化模塊的控制按鈕模塊發(fā)出抓包指令時(shí)，數(shù)據(jù)采集模塊通過端口處連接的汽車現(xiàn)場總線開始抓包，并將包放入數(shù)據(jù)緩存單元；

23、2)嗅探進(jìn)程單元在數(shù)據(jù)緩存單元中接收到數(shù)據(jù)包后，對(duì)數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)流按設(shè)定的包過濾規(guī)則篩選處理，保留需要分析的包；

24、3)可拓展單元使用xml描述格式進(jìn)行數(shù)據(jù)包歸一化，使得數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容按照統(tǒng)一的xml格式進(jìn)行描述，并將其映射到相應(yīng)的xml元素和屬性中；

25、4)報(bào)文解析模塊對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析；

26、5)在可視化模塊的控制按鈕模塊發(fā)出停止抓包指令時(shí)，核心處理模塊利用arm-linux內(nèi)核進(jìn)行實(shí)時(shí)中斷響應(yīng)，將解析包結(jié)果返回給嗅探進(jìn)程單元，再通過嗅探進(jìn)程單元發(fā)送給共享內(nèi)存，并更新報(bào)文信息及數(shù)據(jù)幀列表；

27、6)利用設(shè)計(jì)的可視化模塊進(jìn)行包可視化分析，對(duì)報(bào)文內(nèi)容的幀頭、丟包率及吞吐率信息進(jìn)行解析，完成解析后，發(fā)出清空緩沖區(qū)指令并下電。

28、所述報(bào)文解析模塊對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析，具體為：計(jì)算幀的長度、檢查數(shù)據(jù)包的完整性、解析數(shù)據(jù)包的內(nèi)容、檢測錯(cuò)誤。

29、本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：

30、1.針對(duì)車載以太網(wǎng)高實(shí)時(shí)性的要求，設(shè)計(jì)一款能夠?qū)崟r(shí)檢測車載以太網(wǎng)報(bào)文的嵌入式裝置，不僅填補(bǔ)了目前車載以太網(wǎng)總線檢測的空缺，還能夠高效的對(duì)總線分析，嵌入式總線分析設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對(duì)車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、分析和處理，提高了分析總線數(shù)據(jù)的效率和準(zhǔn)確性。

31、2.針對(duì)非標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀格式的報(bào)文，設(shè)計(jì)可兼容多種非標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的文本描述格式，提高了檢測系統(tǒng)的普適性。

32、3.能夠提高車載以太網(wǎng)的可靠性：嵌入式總線分析設(shè)備可以實(shí)時(shí)檢測車載以太網(wǎng)中的數(shù)據(jù)流，通過對(duì)數(shù)據(jù)流的分析和監(jiān)控，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的故障和問題，并進(jìn)行相應(yīng)的處理和修復(fù)，從而提高車載以太網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性。

33、4.針對(duì)傳統(tǒng)總線分析設(shè)備的不利于攜帶性問題，輕量型的嵌入式可移動(dòng)設(shè)備更利于攜帶能提升其便攜性，并通過硬件與軟件與軟件結(jié)合的優(yōu)化方式提升其實(shí)時(shí)性。

技術(shù)特征：

1.一種面向車載以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)檢測與分析輕量型裝置，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向車載以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)檢測與分析輕量型裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集模塊包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種面向車載以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)檢測與分析輕量型裝置，其特征在于，所述高速采集單元為基于fpga設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集卡。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向車載以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)檢測與分析輕量型裝置，其特征在于，所述核心處理模塊包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向車載以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)檢測與分析輕量型裝置，其特征在于，所述核心處理模塊是采用arm-linux內(nèi)核設(shè)計(jì)的具有實(shí)時(shí)性處理的內(nèi)核模塊。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種面向車載以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)檢測與分析輕量型裝置，其特征在于，所述可視化模塊包括：

7.一種面向車載以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)檢測與分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種面向車載以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)檢測與分析方法，其特征在于，所述報(bào)文解析模塊對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行分析，具體為：計(jì)算幀的長度、檢查數(shù)據(jù)包的完整性、解析數(shù)據(jù)包的內(nèi)容、檢測錯(cuò)誤。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于汽車總線數(shù)據(jù)分析與故障診斷領(lǐng)域，具體為一種面向車載以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)檢測與分析方法及輕量型裝置，所述裝置包括：數(shù)據(jù)采集模塊，用于采集非標(biāo)準(zhǔn)車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)報(bào)文；核心處理模塊，用于從數(shù)據(jù)采集模塊獲取數(shù)據(jù)報(bào)文，對(duì)其進(jìn)行處理，并對(duì)處理后的數(shù)據(jù)報(bào)文進(jìn)行分析；可視化模塊，用于對(duì)核心處理模塊分析的結(jié)果進(jìn)行可視化，并控制報(bào)文檢測的起始與終止。本發(fā)明能夠提高車載以太網(wǎng)的可靠性：嵌入式總線分析設(shè)備可以實(shí)時(shí)檢測車載以太網(wǎng)中的數(shù)據(jù)流，通過對(duì)數(shù)據(jù)流的分析和監(jiān)控，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的故障和問題，并進(jìn)行相應(yīng)的處理和修復(fù)，從而提高車載以太網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：尹震宇,邱佟,楊東升,王子淞,王肖輝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院沈陽計(jì)算技術(shù)研究所有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/23