基于VSPY的整车CAN总线节点仿真测试

杨艳，冯烙烙，罗鹏飞，蒋涛，喻尚

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

前言

随着商用车整车CAN网络电子控制单元增多，CAN已成为整车不可或缺的一部分，支持 CAN总线协议已成为整车电子控制器的基础功能。而通过 CAN总线收发工具，实现对各个 CAN总线控制器节点的仿真测试，已成为测试人员的必备技能。Vehicle Spy（VSPY）是一款能进行节点仿真的CAN总线收发工具，本文即以VSPY为基础，实现CAN总线节点的仿真，完成仿真环境的搭建，并将其应用到实际测试中。本文以控制器A为例，实现CAN总线节点的仿真，并在车载终端的测试中进行应用，完成对应功能的仿真测试。

1 控制器A仿真搭建

1.1 仿真概述

控制器A的仿真，是依赖于VSPY中各个功能部件进行搭建的，包括报文编辑、图形面板、Function Block、C Code Interface几部分。其中报文编辑将创建控制器A的所有收发报文；图形面板用于控制报文收发及修改报文值，在信号集中测试中非常实用；Function Block用于实现简单逻辑处理；C Code Interface完成逻辑较复杂的功能仿真。

1.2 仿真搭建具体过程

1.2.1 CAN报文编辑

在 VSPY 中建立并进入仿真平台“Test”，通过 Spy Networks--＞Messages Editor进入Messages Editor，在HS CAN（可根据需要自由选择网段）上创建控制器A的所有收发报文。例如创建发送报文TCO1，单击Transmit按钮，点击on Network下拉框旁边的“+”号，出现报文编辑界面。在Description描述框中填入报文名字TCO1，CAN Type中选择“Xtd 29 bit”（可根据需要选择标准帧或扩展帧），在仲裁地址框填入报文 ID:CFE6C10（默认情况下就是 16进制），在DLC报文长度栏填入8，默认周期处填写为50ms。在信号编辑区域点击加号，添加车速信号，信号名为“Tachograph vehicle speed”，点击信号编辑区域右上方fx Edit按钮，输入报文长度16bits，选择intel格式，在Scalling标签页选择线性mx+b 输入分辨率为1/256 km/h per bit，偏移量为0，单位km/h，确认OK后，这样一个报文的一个信号就创建完成了。重复上述步骤，创建其他发送报文。点击Receive，进入接收报文编辑界面，同前面步骤创建所有的接收报文。

创建完所有报文后，在Tx Pannel界面将需要周期发送的报文设置发送周期和开始发送条件即可。在仿真运行测试时，即可仿真所有周期报文的发送。

1.2.2 Graphical Panels

在仿真过程中，可通过 Graphical Panels实时更改信号值。通过在VSPY软件中建立图形面板，使得仿真测试变得简单易行。在整个仿真过程中，将需要通过图形面板控制的信号筛选出来（如车速、大气压力、转速、里程、扭矩、发动机冷却液温度等），并创建对应控件，方便仿真时控制信号值。下面以TCO1报文以及车速、左转向灯信号为例简单说明图形面板的创建。

1.2.2.1 对报文进行关联设置

通过 Measurement--＞Graphical Panels打开图形面板界面，放置TX控件到主界面合适位置后，界面右侧区域出现了该控件属性对话框。在参数 TransmitMessage下拉框选择要关联的报文TCO1报文，参数TxType选择1-Periodic On/Off Button，即点击后报文周期发送，再次点击报文停止发送。注意要实现报文周期发送，需先在Tx Pannel报文发送面板中，将该报文定义成周期报文，同时配置有发送周期。

1.2.2.2 对车速信号进行关联设置

选择Meter控件放置在主界面对应位置，在Meter控件属性界面 Signal属性下拉框选择 Tx Messages -＞HS CAN-＞TCO1-＞Tachograph vehicle speed信号，即车速信号，点击右上角OK确认即可；在属性菜单中修改最大值250、最小值0；车速指示控件即设置完成。

选择Text Entry控件放置在主界面合适位置，在其Signal属性下拉框选择车速信号，点击右上角OK确认即可，车速编辑控件制作完成。

1.2.2.3 对左转向灯进行关联设置

选择 LED控件放置在主界面合适位置，在其属性界面Signal属性下拉框选择左转向灯信号，点击右上角OK确认即可；如对LED On Color选择红色，LED Off Color选择绿色，则当信号为1状态时显示红色，信号为0时显示绿色。

On Off Button控件对0、1状态进行控制，在图形面板主界面放置该控件，在属性框中将该控件关联到左转向灯信号，在OnOffType属性框中选择1-Toggle Button，方便信号状态的保持。

Drop Down List对有多个状态的信号非常适用，该控件可通过下拉框设置关联信号的信号值。同样，放置完该控件后，关联到左转向信号，在该控件List属性中将左转向信号值表编辑进去，即0对应关闭、1对应开启，2对应错误，3对应无效。完成后就可实现该信号值的下拉选择。

1.2.2.4 运行图形面板

可直接在图形面板编辑界面将当前面板设置为 Lock状态、或在Measurement--＞Floating Panels选择要运行的图形面板名称。在VSPY软件运行后，即可通过图形面板上对报文发送、信号值修改进行控制，也可通过对应控件查看对应信号当前值。

图1 图形面板效果图

1.2.3 Function Blocks

Function Blocks中有脚本模式方便模拟简单逻辑报文收发控制，在仿真过程中，通过Function Blocks模拟事件报文。此处以模拟发送载重事件报文说明仿真过程。我们按照每小时发送一次，每次发送三帧，每帧间隔 50ms对载重数据进行发送。

通过 Scripting and Automation--＞Function Blocks进入Function Blocks界面，点击左上角的“+”号，选择Script模式，同时在界面下半部分出现脚本编辑窗口，在Script界面我们按照顺序编辑脚本命令，选择行2的Description列双击，出现命令下拉窗口，选择Transmit命令，在Valve列选择CVW报文；同样在行3选择Wait For命令，写入0.05s，即实现CVW 报文发送后等待 50ms；重复上面的操作，实现 CVW报文发送3次，在最后一行，等待时间设置为3600s，见图2。在脚本编辑界面的Start标签页，可选择脚本运行机制，此处采用VSPY运行后立即执行，到此事件报文的发送脚本就创建完成了。

图2 载重脚本编辑界面

需要注意脚本运行本身就是一个循环，在点击开始运行后，会重复执行该循环。若需要脚本自动运行结束，需要添加stop语句，脚本运行到stop后停止。

1.2.4 C代码接口

C代码是仿真中的重点，可通过C代码实现仿真节点的各种交互过程，比如网络管理、UDS诊断、交互认证等功能。下面以实现控制器A与终端之间UDS中27服务安全等级1的校验交互过程仿真为例说明C代码接口在仿真中的使用。控制器A与终端交互过程均是以CAN报文为载体，在CAN总线上进行的交互。详细过程见图3。

图3 控制器A与终端认证交互过程

通过Scripting and Automation--＞C Code Interface进入C代码接口界面，新建工程名称为SecurityAccess，点击ok后会自动建好对应工程，并直接跳转到VS软件中。在VS中逻辑编写的工作主要在 SpyCCode.c中，自动生产的 vspy.c和vspy.h是对报文初始化、报文发送等函数以及VSPY工程中所有的报文、以及需要使用到变量、结构体等进行定义和声明。

在SpyCCode.c中，首先创建报文Dig_A和Dig_B结构变量（在 vspy.h中有定义），并对其进行初始化操作，然后添加报文事件，在C Code Interface界面SecurityAccess工程前面方框打勾，然后点击上方的Edit，弹出C Code Module setup 窗口，点击Message Events标签，选择Rx Messages，在下方左侧窗口出现HS CAN网络Dig_B报文，双击Dig_B报文，在右侧已选择报文窗口，就出现Dig_B报文，然后点击标签页Event Hander Code，复制接收Dig_B报文事件函数，然后点击ok按钮完成配置。随后将复制的Dig_B报文事件函数体，粘贴到SpyCCode.c。

新建应用信号Dig_AControl对控制器A发送交互请求进行控制，通过Scripting and Automation--＞Application Signals进入应用报文编辑界面，点击右上角“+”添加应用信号，设置成数字信号类型。在图形面板添加该应用信号的控制后，在C Code Interface中设置应用信号事件，过程同报文事件设置过程，同时将应用信号事件函数复制到CSpyCCode.c。随后在该应用信号事件函数中添加对应功能代码，实现在图形面板设置Dig_AControl的值为1时，则设置Dig_A报文的内容为02 27 01，并将Dig_A报文发送出去。

在接收Dig_B报文事件中，检测到Dig_B的报文值前三个字节为04 67 01，则提取Dig_B携带的seed，提取出seed后按照算法获得key，填充到Dig_A中，即报文内容为04 27 02 key，最后将Dig_A发送出去；当检测到Dig_B的报文值前三个字节为02 67 02时，即终端判断收到的key与内部计算的key一致，则打印认证成功字样。其中seed和key都是16位变量。

1.2.5 仿真验证

将VSPY运行在仿真状态，通过发送面板将所有周期报文进行发送，通过messages界面检查需周期发送报文是否均能按照正确周期进行发送；各个周期报文正确发送后，运行图形面板，通过图形面板控制报文的收发、信号值的更改，通过messages界面观察报文是否能正常控制收发，及报文值更改；图形面板执行都正确后，运行Function Block脚本，查看是否按照预期进行执行；执行成功后，运行C代码部分，由于该部分为交互过程，需要终端本身与仿真的控制器A进行交互，来验证C代码的正确性。若上述各过程验证未通过，需找出失败原因后进行修改，重新验证，直至成功。

2 仿真测试

2.1 环境搭建

以终端为被测件，调用仿真节点控制器A,完成终端如信号采集、交互认证、网络管理、UDS诊断等功能。按照图4进行环境搭建。图4中neoVI RED为VSPY硬件，电脑运行VSPY软件。

图4 测试环境搭建图

2.2 测试执行

确认CAN线能正常通讯后，打开VSPY软件，进入到测试平台，对neoVI RED上电，软件运行正常后，给终端供电。通过操作图形面板，改变信号值，观察终端对接收报文的响应，判定终端是否功能正常；运行Function Block以及C Code Interface去实现请求或事件型、使能型、事件周期型等报文，以及交互认证过程、网络管理、UDS功能等功能仿真，测试功能是否正确。

经验证VSPY仿真的控制器A均能满足预期要求，完成对终端的测试，在后期测试过程中，均可通过该仿真平台模拟控制器A，完成所有与控制器A进行的交互节点的测试，方便后期测试执行。

3 结论

为解决车载ECU整车CAN总线测试问题，可通过VSPY软件的图形面板、Function Block、C Code Interface等模块实现对整车CAN总线控制器仿真来模拟整车CAN网络环境，完成如终端的测试以及测试平台的搭建等工作。通过该方法不仅可实现单个控制器的测试仿真，同时可结合VSPY中自带的节点仿真功能，模拟整车所有CAN网络节点，实现对整车CAN网络的仿真测试。这不仅利于在设计初发现整车CAN网络问题，还能轻松仿真整车CAN网络环境，复测CAN网络的实际问题，提高测试效率及复用率，节约资源。