基于“V开发模式”的汽车CAN网络系统设计方法分析

张少宇，孙永锋，倪丽

（安徽江淮汽车股份有限公司， 安徽 合肥 230601）

基于“V开发模式”的汽车CAN网络系统设计方法分析

张少宇，孙永锋，倪丽

（安徽江淮汽车股份有限公司， 安徽 合肥 230601）

本文介绍了基于“V开发模式”的汽车CAN网络系统设计方法。该方法吸收了“V开发模式”的优点，将汽车CAN网络系统设计过程和验证过程有机的结合起来，提高了设计的效率和网络系统的质量，是一种有效的汽车CAN网络系统开发方法。

V开发模式；CAN网络

CLC NO.: U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988(2015)03--

前言

CAN(Controller Area Network)是控制器局域网的缩写。1986年德国BOSCH公司开发出面向汽车的CAN 通信协议，此后，ISO和SAE组织对其进行了标准化，制定了基于CAN2.0规范的ISO 11898和SAE J1939标准，分别面向乘用车和商用车领域。CAN总线技术在汽车产业中的应用，不仅可以提高人们对安全性、舒适性和低成本的要求，而且有助于实现汽车产品快速升级换代的模块化和智能化要求，还会使整车的故障检测更方便，系统的稳定性更高。CAN总线技术以其众多的优点成为汽车电子行业的主流技术。

V开发模式是一种面向客户的开发模式，该模式可以减少设计的反复过程、缩短开发周期，节省成本，提升产品设计的质量，在汽车ECU开发领域得到了广泛的应用。

本文将V开发模式应用于汽车CAN网络系统设计的全过程，介绍了一种有效的CAN网络系统的设计方法。

1、V开发模式

V开发模式是在快速应用开发 (RAD, Rap Application Development)模型基础上演变而来，由于将整个开发过程构造成一个V字形而得名。该模式可以很大程度地缩短开发周期，节省成本，提高设计的质量，除广泛应用于汽车ECU开发外，也已成功应用到航空、国防、医疗设备、工业过程控制等领域。

下面以汽车ECU开发为例，按照V开发模式图横向对应的先后环节顺序，对V开发模式作简单阐述。V开发模式的流程如图1所示。

在V开发模式中，左边是设计和分析，是软件设计实现的过程；右边是对设计的结果进行测试，是动态测试验证过程。各个阶段的对比分析如下：

需求分析和功能设计对应验收测试

设计人员在做需求分析、产品功能设计的同时，测试人员可以审查需求分析的结果，从而了解产品的设计特性、用户的真正需求，据此确定验收目标，策划测试活动。

系统设计对应系统测试

系统设计人员在做系统设计时，测试人员可以了解系统是如何实现的，基于什么样的平台，这样可以设计系统的测试方案和测试计划，并事先准备系统的测试环境，包括硬件和第三方软件的采购。

详细或程序设计对应功能测试

当设计人员在做详细设计时，测试人员可以参与设计，对设计进行评审，找出设计的缺陷，同时设计功能测试用例，完善测试计划，并基于这些测试用例开发测试脚本。

编程对应单元测试

在设计人员编程的同时，测试人员可以进行单元测试，尽快找出程序中的错误。充分的单元测试可以大幅度提高程序质量、减少成本。

从图1上我们能清楚地看到，V开发模式强调开发的协作和速度，将开发实现和验证有机地结合起来，在保证软件质量情况下缩短开发周期。该模式能帮助我们建立一套更有效的、更具有可操作性的产品开发流程。

2、汽车CAN网络系统设计

整车CAN网络系统的开发通常经历概念设计、工程设计和试制试验三个阶段。具体如下所示：

概念设计

此阶段的工作首先是依据市场调研的结果，从整车、动力和工艺工程等领域进行可行性分析，明确整车网络系统的开发需求；

在此基础上，综合考虑成本、扩展性、一致性和相关法规要求，策划网络系统设计方案，即整车网络系统控制策略设计，形成网络拓扑结构；

另外，还必须考虑供应商的开发能力，CAN 总线工程师要考察供应商的CAN网络开发经验、对网络标准的理解程度、软硬件开发经验和网络测试手段和经验等。

工程设计

此阶段的工作是的制定《网络协议规范》、《诊断协议规范》和《网络测试规范》等相应的规范，为供应商开发产品提供设计依据，引导其开发设计出符合要求的产品。

首先依据ISO 11898协议和SAE J1939协议制定《网络协议规范》，内容涵盖物理层、数据链路层和应用层；确定网络系统的管理规范；

根据ISO11898等相关协议制定《诊断协议规范》；

在样车试制前期，工程师需要根据《网络协议规范》和《诊断协议规范》建立通信数据库、诊断数据库；编写网络测试的程序、编写测试管理程序、建立网络仿真模型，为样件和样车的测试做准备；制定节点、系统和实车的《网络测试规范》、《诊断规范》。

试制试验

这一阶段覆盖整个项目开发后期，主要对供应商开发的产品进行单元、系统集成功能测试和诊断测试，解决产品中存在的问题，确保产品正确设计，满足可靠性和在线诊断的要求，具备量产条件。

3、V开发模式在江淮汽车CAN网络系统开发中的应用分析

下面以江淮汽车CAN网络系统开发为例，分析V开发模式在CAN网络系统开发中的应用。江淮汽车产品研发体系分为5个阶段，分别是产品规划阶段(PP)、产品策划阶段(PDP)、造型开发阶段(SD)、设计开发阶段(DD)和设计验证阶段(DV)。江淮汽车CAN网络系统开发流程如图4所示：

PP阶段

市场人员进行市场需求收集、整理，设计人员从整车的角度进行可行性分析。根据可行性分析，进行产品定义，明确整车网络系统的开发目标。

与此同时，测试人员可以审查产品可行性分析报告，了解产品的设计特性、用户的真正需求，确定整车网络系统的最终验收目标。

PDP阶段

基于开发目标、相关法规要求和《CAN网络系统平台规划》，进行网络系统方案设计构想，编制《网络系统设计方案说明书》，确定网络拓扑结构图。

测试人员可以了解系统的实现方式，设计系统的测试计划和方案，并准备系统的测试环境。

SD阶段

设计人员参照ISO 11898和SAE J1939协议制定《网络协议规范》，确定《网络管理规范》，建立整车通信数据库（整车信号列表和通信矩阵）。根据ISO 11898等相关协议制定《网络系统诊断协议规范》，建立诊断数据库。指导供应商进行网络系统零部件开发。

在这一过程中，测试人员可以参与协议规范的制定，对规范进行评审，同时根据协议规范设计测试用例，基于测试用例开发测试脚本。

DD阶段

供应商进行零部件软硬件开发。在此期间CAN 总线工程师需要根据网络协议制定节点、系统和实车的网络测试规范；建立网络仿真模型；编写测试管理程序；制作DBC文件和CDD文件。并进行单元测试，协助开发人员查找程序中的错误，整改不合格项目，提高程序的质量。

DV阶段

对供应商开发的产品进行功能验证和诊断测试，确保产品正确设计。对设计合格的零部件进行系统集成测试，验证系统的通信功能、在线诊断功能和容错性能，评估网络系统的可靠性、稳定性。

最后，由产品人员依据整车的验收目标，对量产车辆进行验收测试。

4、结束语

本文介绍的基于V模式的汽车CAN网络系统开发方法，吸收V开发模式高效协作的优点，减少了从CAN网络系统规划、设计开发到实现、设计验证各个环节的人为失误，在最短的开发周期内以最低的成本完成CAN网络系统的设计任务。基于V模式的汽车CAN网络系统开发方法是一种有效的汽车CAN网络系统开发管理方法，具有很高的使用价值。

[1] 李霞,孙永峰,蔺春明.基于CAN总线的商用车网络平台化设计探究[J].专用汽车, 2013.08,82-85.

[2] 罗峰,孙泽昌.汽车CAN总线系统原理、设计与应用[M].电子工业出版社.

Research on Automobile Controller Area Network Design Based on V Development Model

Zhang Shaoyu, Sun Yongfeng, Ni Li
(Anhui Jianghuai Automobile Co., Ltd., Anhui Hefei 230601)

An automobile Controller Area Network design method based on V development model was given in this paper. According to this method, the design process of Controller Area Network and the verification procedure was implemented at the same time. This strategy can improve the design efficiency and quality effectively, thus, it's an effective design method.

V development mode; Controller Area Network

U462.1

A

1671-7988(2015)03--

张少宇，工程师，就职于安徽江淮汽车技术中心，从事电器设计工作，研究方向为车载网络技术。