【ZiDongHua 之方案應(yīng)用場收錄關(guān)鍵詞：迪捷軟件 汽車電子 集成充電控制 】
　　
　　ECU通訊：CAN總線仿真測試
　　
　　01
　　
　　ECU
　　
　　在軟件定義汽車的大背景下，幾乎每一個汽車功能都需要依靠ECU（Electronic Control Unit，電子控制單元）來實現(xiàn)：有些功能靠ECU獨立實現(xiàn)，有些功能則需要多個ECU聯(lián)合實現(xiàn)。總體來說，ECU絕大多數(shù)情況下都需要與其他ECU進行信息交互，比如充電功能就需要車載充電機OBC（On-Board Charger）聯(lián)合電池管理系統(tǒng)BMS（Battery Management System）、整車控制器VCU（Vehicle Control Unit）等聯(lián)合才能實現(xiàn)。
　　
　　常見的ECU通訊方式有CAN（Controller Area Network），LIN（Local Interconnect Network）和FlexRay，隨著汽車電子電器架構(gòu)朝著中央集成控制方向發(fā)展，以太網(wǎng)的應(yīng)用也越來越廣泛。
 
　　
　　▲電子電氣架構(gòu)的演變趨勢
　　
　　來源：the software Car: Building ICT Architectures for Future Electric Vehicles
　　
　　02
　　
　　CAN總線
　　
　　當(dāng)前最為常見的ECU通訊方式為CAN總線，即控制器局域網(wǎng)總線。CAN是博世于上世紀(jì)八十年代為車載網(wǎng)絡(luò)所開發(fā)的。在此之前，汽車制造商一直使用點對點布線系統(tǒng)來提供車載電子設(shè)備之間的連接。然而，隨著車輛中使用的電子元件數(shù)量的增加，笨重且昂貴的線束占據(jù)了過多的空間。據(jù)統(tǒng)計，中型轎車需要的線束插頭為300個以上，插針總數(shù)在1800-2200個，線束總長超過2千米，裝配極為復(fù)雜，故障率也極高。
　　
　　為降低布線成本，CAN總線應(yīng)運而生。CAN是一種用于聯(lián)網(wǎng)智能設(shè)備的高度一致的串行總線系統(tǒng)，自1993年起就作為汽車聯(lián)網(wǎng)國際標(biāo)準(zhǔn)被廣泛引入汽車行業(yè)。只需要兩條線（CAN High和CAN Low），每個ECU便可以與其他ECU進行通信。下圖為一種典型的CAN總線通信方式：
 
　　
　　▲典型的CAN總線通信方式
　　
　　各個ECU通過CAN收發(fā)器連接到CAN總線上，同時將數(shù)據(jù)廣播出去，處于CAN總線上的每個ECU都可以接收到該廣播信息。如果該信息為收方ECU所需信息就會被接收，反之則會被忽略。
　　
　　CAN可工作于多種方式，網(wǎng)絡(luò)中的各節(jié)點都可根據(jù)總線訪問優(yōu)先權(quán)（取決于報文標(biāo)識符）采用無損結(jié)構(gòu)的逐位仲裁的方式競爭向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，且CAN 協(xié)議廢除了地址編碼，而是對通信數(shù)據(jù)進行編碼，使不同的節(jié)點能夠同時接收到相同的數(shù)據(jù)。這些特點使得CAN總線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通信實時性強，并且容易構(gòu)成冗余結(jié)構(gòu)，有助于提高系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的靈活性。
　　
　　世界上幾乎所有的汽車廠商都采用了CAN總線來實現(xiàn)汽車內(nèi)部控制系統(tǒng)與各檢測和執(zhí)行機構(gòu)間的數(shù)據(jù)通信。CAN總線的應(yīng)用優(yōu)勢如下：
　　
　　1.提供了輕量級、低成本的網(wǎng)絡(luò)
　　
　　作為總線網(wǎng)絡(luò)，每個ECU僅需要一個CAN接口就可以與處于網(wǎng)絡(luò)上的其他ECU進行通信。
　　
　　2.廣播式通信
　　
　　每條消息都可以被各個ECU的CAN收發(fā)器接收，并由各ECU自行決定是否忽略該條消息。
　　
　　3.優(yōu)先級機制
　　
　　CAN總線是點對點網(wǎng)絡(luò)，無主從設(shè)備之分。數(shù)據(jù)發(fā)送前會先檢查總線是否繁忙。傳輸?shù)腃AN幀不包含地址編碼，而是在整個網(wǎng)絡(luò)中唯一的仲裁ID，也是各ECU判斷是否接受該數(shù)據(jù)的依據(jù)。如果多個節(jié)點同時嘗試向CAN總線發(fā)送消息，則將依據(jù)CAN幀優(yōu)先級（幀ID）被授予訪問總線的權(quán)限，總線繁忙時，優(yōu)先級低的CAN幀必須等待總線可用才能再次嘗試傳輸。優(yōu)先級機制保證了CAN節(jié)點之間的確定性通信。
　　
　　4.錯誤檢測
　　
　　CAN使用了循環(huán)冗余碼（CRC，Cyclic Redundancy Check）進行校驗，用于確保數(shù)據(jù)完整性，可以對每個幀進行錯誤檢查，錯誤幀將被所有結(jié)點忽略。
　　
　　03
　　
　　軟件與仿真測試
　　
　　在過去的普遍認知中，軟件貌似與汽車行業(yè)關(guān)系甚小，甚至許多車主也傾向于認為汽車軟件只存在于汽車的信息娛樂系統(tǒng)中。實際上，一輛汽車所包含的軟件遠比想象中多得多，上百個ECU中的每一個都需要運行軟件?？梢哉f，如今汽車上的每一個功能幾乎都有軟件參與控制。汽車軟件的增加也意味著問題產(chǎn)生的幾率上升。事實上，主機廠因軟件缺陷而召回的車輛的情況不在少數(shù)：
　　
　　2016年，由于軟件缺陷而召回的車輛占總召回車輛的46%。
　　
　　2021年，美國梅賽德斯奔馳公司召回了41838輛SUV車型，原因為軟件故障導(dǎo)致的前輪扭力施加問題。
　　
　　2024年3月，現(xiàn)代起亞因集成充電控制模塊（ICCU，Integrated Charging Control Unit）軟件問題召回14.7萬輛汽車。
　　
　　多ECU聯(lián)合實現(xiàn)的汽車功能則更易受到影響。為了盡可能地避免軟件故障問題帶來的損失，應(yīng)使用仿真平臺搭建虛擬總線來進行ECU軟件中總線功能的測試，還可應(yīng)用仿真平臺所提供的總線監(jiān)視功能來監(jiān)控軟件運行過程中的總線通信數(shù)據(jù)，方便開發(fā)人員進行故障排查。
　　
　　天目全數(shù)字實時仿真軟件SkyEye，是一款國產(chǎn)自主可控的基于可視化建模的硬件行為級仿真平臺，能夠用于汽車虛擬CAN總線的搭建。建立下圖所示的CAN總線應(yīng)用場景：
 
　　
　　▲CAN總線應(yīng)用場景
　　
　　該場景需要仿真4個SVCU計算節(jié)點，以2個VCU計算節(jié)點為例，通過SkyEye搭建的目標(biāo)系統(tǒng)拓撲結(jié)構(gòu)如下圖所示：
　　
　　▲基于SkyEye的CAN總線交互設(shè)計