整車廠如何快速實(shí)現(xiàn)測(cè)試設(shè)備CANFD升級(jí)?

摘要：隨著CAN FD與車載以太網(wǎng)的誕生與應(yīng)用，給新一代智能網(wǎng)聯(lián)車的整車架構(gòu)帶來顯著的變化，也給整車廠和工程師們帶來新的機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)。針對(duì)目前CANFD升級(jí)較復(fù)雜的現(xiàn)狀，致遠(yuǎn)電子提供了有效解決方案，本文對(duì)此做簡(jiǎn)單的介紹。

一、新一代智能網(wǎng)聯(lián)車CANFD的應(yīng)用

傳統(tǒng)的汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要是由CAN總線組成，車內(nèi)分布式電控單元ECU按照功能劃分為動(dòng)力總成、車身控制、輔助駕駛等總線區(qū)域;車窗、車燈、天窗等則通過LIN總線接入CAN網(wǎng)絡(luò)。

在新一代智能網(wǎng)聯(lián)車的浪潮下，隨著車載ECU的與日倍增以及處理器運(yùn)算能力和硬件的高速發(fā)展，連接ECU的網(wǎng)絡(luò)需要更大的帶寬，這一需求遠(yuǎn)超CAN等傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)的容量極限。

因此，比較明確的趨勢(shì)是向CAN FD過渡，CAN FD提供了64字節(jié)的數(shù)據(jù)吞吐量以及最高5Mbps的傳輸速率。由于車載以太網(wǎng)具有高帶寬、低延遲、低成本的特性，在新一代整車架構(gòu)中將替代CAN總線成為優(yōu)選網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

如圖1所示，以車載以太網(wǎng)作為骨干網(wǎng)絡(luò)，將核心域控制器(動(dòng)力總成、車身、娛樂、ADAS)連接在一起。各個(gè)域控制器在實(shí)現(xiàn)專用的控制功能的同時(shí)，還提供強(qiáng)大的網(wǎng)關(guān)功能。從圖 1可以發(fā)現(xiàn)，在各個(gè)域控制器的下方，各部件之間通訊通過CANFD來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

圖1 新一代智能汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

(圖片參考網(wǎng)絡(luò)圖片繪制)

CANFD以及車載以太網(wǎng)的引入，使得新一代智能網(wǎng)聯(lián)汽車整車架構(gòu)上發(fā)生了較為明顯的變動(dòng)。要實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)汽車到智能網(wǎng)聯(lián)汽車的升級(jí)，從整車生產(chǎn)線控制、實(shí)驗(yàn)室、ECU單元的設(shè)計(jì)都將做出很大的改動(dòng)，其中涉及的CAN節(jié)點(diǎn)很多且復(fù)雜，如果全部升級(jí)為CANFD節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)ECU單元的設(shè)計(jì)、測(cè)試以及生產(chǎn)等，將會(huì)是一個(gè)比較漫長(zhǎng)的過程。

二、如何快速實(shí)現(xiàn)設(shè)備CANFD升級(jí)?

隨著新一代智能汽車的發(fā)展，很多車廠都在考慮使用CAN FD來替代CAN實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)量傳輸?shù)奶崴?。目前各大車廠并未完全實(shí)現(xiàn)車載域控制，在生產(chǎn)線或?qū)嶒?yàn)室存在CAN與CANFD并存的現(xiàn)象，例如，新一代智能汽車ADAS系統(tǒng)中毫米波雷達(dá)等設(shè)備需要采用CANFD提高通訊速率，保證安全駕駛。同時(shí)，ADAS也是目前智能汽車中最為重要的一環(huán)。如圖2所示，在現(xiàn)有的整車系統(tǒng)中以CAN網(wǎng)絡(luò)為主，在調(diào)試階段ADAS系統(tǒng)無法與動(dòng)力控制、車身控制通訊，所以打通CAN與CANFD之間的通訊極為重要。

圖 2 CANFD通訊現(xiàn)狀

由于CANFD向下兼容CAN，而普通CAN節(jié)點(diǎn)無法正常解析CANFD報(bào)文。如圖3所示，CAN節(jié)點(diǎn)和CANFD節(jié)點(diǎn)的波特率明顯是不匹配的，CANFD最高5Mbps，進(jìn)而導(dǎo)致通訊故障，就會(huì)一直報(bào)錯(cuò)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)通訊異常。

圖3 CAN與CANFD波形對(duì)比

那么如何保證CAN/CANFD節(jié)點(diǎn)正常通訊測(cè)試，快速地升級(jí)到CAN FD呢?

1. 網(wǎng)絡(luò)中所有CAN節(jié)點(diǎn)升級(jí)到CANFD

這種方式雖然能夠保證網(wǎng)絡(luò)中既可以存在CAN報(bào)文也可以存在CANFD報(bào)文，但是由于整體網(wǎng)絡(luò)全部更替為CANFD，對(duì)于前期車廠測(cè)試或生產(chǎn)部分單元來說，成本較高且使用率低

2. CAN節(jié)點(diǎn)自動(dòng)忽略CANFD報(bào)文

這種方式是讓網(wǎng)絡(luò)中CAN 2.0節(jié)點(diǎn)不對(duì)CANFD報(bào)文進(jìn)行識(shí)別，能夠保證網(wǎng)絡(luò)中不存在錯(cuò)誤幀，但是CAN節(jié)點(diǎn)與CANFD節(jié)點(diǎn)不能進(jìn)行通訊是存在的弊端，只能作為臨時(shí)方案適用。

3. 實(shí)現(xiàn)CAN與CANFD的轉(zhuǎn)化

對(duì)于CAN FD的升級(jí)，如果不是全部節(jié)點(diǎn)都進(jìn)行升級(jí)，大部分整車廠都會(huì)采用先將動(dòng)力域升級(jí)成CANFD，然后再進(jìn)行各個(gè)功能域的升級(jí)，所以，為了避免與CAN總線的沖突，需要首先將CAN網(wǎng)絡(luò)與CANFD節(jié)點(diǎn)的通訊打通，保證在生產(chǎn)線或?qū)嶒?yàn)室能夠進(jìn)行通訊測(cè)試。這種情況，使用CANFD網(wǎng)橋作為轉(zhuǎn)換來完成是更好的方法。如圖4所示，工程師可以不用在意如何完成CAN與CAN FD報(bào)文之間的轉(zhuǎn)換，只需要進(jìn)行一些參數(shù)的配置選擇，既可以實(shí)現(xiàn)CAN/CANFD的相互轉(zhuǎn)換，也可以將工作重心放到產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)上，降低前期測(cè)試的成本，提高使用率。

圖 4 CANFD網(wǎng)橋?qū)崿F(xiàn)CAN與CANFD通訊

除此之外，對(duì)CANFD設(shè)備的測(cè)試、調(diào)試以及數(shù)據(jù)的讀取與存儲(chǔ)也是目前存在的痛點(diǎn)，面對(duì)諸如此類現(xiàn)象,致遠(yuǎn)電子針對(duì)常用的接口，例如：USB、串口、網(wǎng)口、WiFi、PCIe等，推出了如圖5所示一系列CANFD卡及記錄儀，助力工程師完成CANFD網(wǎng)絡(luò)和車載以太網(wǎng)的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、調(diào)試、故障排查以及維護(hù)。

圖5 CANFD系列產(chǎn)品

三、CANFDBridge助力整車廠CANFD快速升級(jí)

CANFDBridge是廣州致遠(yuǎn)電子有限公司開發(fā)的高性能CAN/CANFD智能協(xié)議網(wǎng)橋。集成2路CAN/CANFD可切換接口，支持ISO標(biāo)準(zhǔn)CANFD與Bosch CANFD標(biāo)準(zhǔn)。每個(gè)接口具備獨(dú)立的2500VDC電氣隔離保護(hù)電路，支持設(shè)置波特率范圍50K~5Mbps;支持CAN轉(zhuǎn)CAN、CAN轉(zhuǎn)CANFD、CANFD轉(zhuǎn)CAN、CANFD轉(zhuǎn)CANFD等報(bào)文默認(rèn)轉(zhuǎn)換處理，除此之外，具有如下特性：

1. 靈活的轉(zhuǎn)換組合還原數(shù)據(jù)

采用直轉(zhuǎn)、合并、拆分三種方式實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)CAN的8字節(jié)長(zhǎng)度和CANFD的64字節(jié)長(zhǎng)度的相互轉(zhuǎn)換，無損還原原有數(shù)據(jù)。

2. 支持64組ID過濾，有效過濾無需數(shù)據(jù)

每個(gè)CAN通道支持設(shè)置64組標(biāo)準(zhǔn)幀ID/標(biāo)準(zhǔn)幀組ID/擴(kuò)展幀ID/擴(kuò)展幀組ID的過濾配置，有效過濾無需數(shù)據(jù)，降低總線負(fù)載。

3. 支持CAN ID與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換映射功能

CANFDBridge支持ID與數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換映射，可以把輸入的報(bào)文進(jìn)行特定ID和數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換輸出，實(shí)現(xiàn)相同設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)接入。

4. 靈活設(shè)置波特率采樣點(diǎn)，內(nèi)置終端電阻使能

CANFDBridge內(nèi)置可配置的終端電阻，用戶通過軟件即可使能或者去除;自帶自定義波特率計(jì)算器，可以計(jì)算出匹配網(wǎng)絡(luò)的TESG1、TESG2、SJW、采樣點(diǎn)的波特率寄存器，提高設(shè)備的適應(yīng)性。

5. 總線錯(cuò)誤回傳功能，提高故障預(yù)警能力

CANFDBridge具備發(fā)送錯(cuò)誤信息回傳功能，讓本側(cè)設(shè)備獲知另外一側(cè)的總線運(yùn)行情況，提高故障預(yù)警能力。

6. 配置接口讀取總線錯(cuò)誤狀態(tài)

通過CANFDBridge的配置接口，具備讀取通訊錯(cuò)誤狀態(tài)的功能，可以方便的查找到故障的大概方向，以便于paicha 軟硬件問題。

7. 支持ECU刷寫和E2E安全算法，完美匹配AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)

ZCANPRO支持ECU刷新和E2E安全算法，提供UDS協(xié)議服務(wù)，添加刷寫文件并應(yīng)用執(zhí)行器，可輕松完成ECU數(shù)據(jù)安全快速刷新。