总线测试

总线测试（精选九篇）

总线测试 篇1

PC104总线是国际上最早的嵌入式计算机总线标准,是一种专门为嵌入式控制而定义的工业控制总线。PC104采用ISA总线架构,在硬件与软件上与标准台式PC/AT体系结构完全兼容[1]。CAN是Controller Area Network的缩写,即控制器局域网,它是一种支持分布式控制或实时控制的串行数据通讯协议。作为被公认的几种最有前途的现场总线之一,CAN总线最初是由BOSCH公司为汽车的监测、控制系统而设计的,用于控制发动机点火、注油及复杂的加速、刹车等。CAN总线非常适合应用在复杂环境下,并具有强有力的检错与抗干扰能力,其应用范围已经遍及从高速网络到低成本的多线路网络。其目前主要应用于工业自动化、多种控制设备、交通工具、医疗仪器以及建筑、环境控制等众多部门[2]。本文将PC104总线与CAN总线很好地结合,应用于某测试系统,在实际应用中证明了本系统的稳定性和可靠性。

1 测试系统设计方案及硬件结构

1.1 系统设计方案

本测试系统的主要作用是模拟遥测系统总控制器的CAN功能,以测试遥测数据量变换单元的稳定性。测试过程如下:模拟遥测总控制器的CAN接口,上电后给其他CAN节点发送点名帧,随后,等待各个设备回相应的自检应答帧;测试系统实时把自检应答信息传递到上位机显示出来,以确保遥测设备均连接正常;点名完毕,测试系统向遥测设备每25 ms发送一次数据请求指令,遥测设备在收到数据请求指令后,向测试系统发送有关信息,测试系统再把有关信息提取出来,通过PC104接口传送到上位机实时显示出来。

选择FPGA作为系统主模块,主要考虑到FPGA使用灵活方便,且具有现场可编程特性,能够降低硬件电路设计的难度。选择C8051F040系列单片机来进行CAN通讯,主要是因为这款单片机内部集成有BOSCH CAN控制器的混合信号系统级芯片,有利于本系统的开发与设计[3]。

1.2 系统硬件结构

本测试系统结构框图见图1,主要包括PC104总线通讯模块、FPGA主控模块以及CAN总线通讯模块。整个系统的工作原理是上位机通过PC104总线把指令以及相关配置信息发送给FPGA,主控模块FPGA把相关信息存到FIFO1中;然后上位机发指令给C8051F040单片机,C8051F040收到指令判断FIFO1的状态是否为空,在非空的状态下读取FIFO1中的数据进行配置;最后CAN接口把提取的相关信息存到FIFO2中,传到上位机进行显示,来实现CAN通讯。

测试系统选用PC104总线作为与上位机通讯的方式,其主要的原因如下:PC104模块体积超小,模块大小仅为90 mm×96 mm×15 mm;采用CMOS芯片,功耗很低,无需散热,完全可作为特殊的芯片嵌入到各种设备中;采用独特的纵向层叠或侧向接插的接合方式,将通常的印刷板边缘接插改为插针插座结构,省去了总线扩展底板和插座。

测试系统选用C8051F040单片机与TJA1040高速收发器来实现CAN总线的通讯功能,C8051F040单片机内部有BOSCH CAN控制器的混合信号系统级芯片,与高速收发器结合起来能够很好地实现CAN总线功能。TJA1040是控制器局域网(CAN)协议控制器和物理总线之间的接口,它的主要特征是:完全符合ISO 11898标准,速度高,电磁辐射(EME)非常低;差动收发器具有较宽的共模范围,可抗电磁干扰(EMI),处于不上电状态的收发器会从总线脱离(零负载);至少可以连接110个节点;防止总线引脚和引脚SPLIT对电池和地短路;具有热保护等功能[4]。

系统采用FPGA与C8051F040单片机相结合,并且很好地实现了CAN总线通讯的功能。值得注意的是本系统使用在干扰较小的环境中,为了使系统达到最大的传输距离以及传输速率,C8051F040的CAN控制器直接与TJA1040的管脚相连接。但是,如果所设计的系统要使用在干扰较大的场合时,这样的设计将会出现问题。为了提高系统的抗干扰能力,可以在CAN控制器与收发器之间使用高速光电耦合器进行隔离,这样就很好地实现了总线上CAN节点的电气隔离,保证了系统的安全工作。

1.3 系统的程序设计

为了使代码规范化和模块化,采用C语言进行程序设计。编译环境使用集成了Keil C51编译器的开发环境Silicon Laboratories IDE[5],它是一套完整独立的软件程序,为设计者提供了用于开发和测试项目的所有工具。由前述可知本系统的工作重点是接收CAN总线上的数据,并且把需要的数据信息提取出来传到上位机进行实时显示,需要提取的信息包括消息的ID号、数据的长度以及具体数据信息。CAN总线接收模块的部分代码如下:

SFRPAGE=CAN0-PAGE;

CAN0ADR=IF2CMDRQST; //指向命令请求寄存器

CAN0DATL=MsgNum; //指向消息对象

CAN0ADR=IF2CMDMSK;

CAN0DATL=0x77;

//WR/RD=0,MASK=1,Arb=1,Control=1,ClrIntPnd=0,TxRqst=1,DataA=1,DataB=1

CAN0ADR=IF2ARB2; //指向仲裁寄存器2

jj = CAN0DAT;

mm = (0x3fff&jj)>>2; //提取11位ID报文标志符

tempdatah= mm/256;

tempdatal= mm%256;

CAN0ADR=IF2MSGC;

dlc=CAN0DATL & 0x0F; //提取数据帧数据的长度

CAN0ADR=IF2DATA1;

for(j=0;j<8;j+=2) //提取8个字节的数据

{

REdata[j+1]=CAN0DATH;

REdata[j]=CAN0DATL;

}

系统在实际应用过程中的结果如图2所示。

2 结论

本文提出的PC104总线与CAN总线相结合的方案实现了CAN总线的通讯,很好地完成了设计任务,并在实际应用中得到了证实。我们初次在测试项目中采用C8051芯片,使整个系统的运行速度得到了很大的提高,并且工作性能稳定可靠。将最新的单片机应用于我们的科研项目中,产生了事半功倍的效果。采用PC104总线与PC机通讯,系统的可扩展性也比较强[6]。现在测试系统已经成功应用在遥测系统地面检测装置中,并且对以后CAN总线通讯的设计也具有一定的借鉴意义。

参考文献

[1]颜华敏.基于PC104总线的硬币清分机研制[J].微型电脑应用,2003,24(5):23-27.

[2]阳宪惠.现场总线技术及其应用[M].北京:清华大学出版社,2004.

[3]邬宽明.CAN总线原理和应用系统设计[M].北京:北京航空航天大学出版社,2002.

[4]李刚,李俊.与8051兼容的高性能、高速单片机[M].北京:北京航空航天大学出版社,1999.

[5]潘琢金,孔德龙,夏秀峰.C8051F单片机应用解析[M].北京:北京航空航天大学出版社,2004.

总线测试 篇2

在TDC-1综合信号装置自动测试系统中,针对模拟ARINC429航空总线进行脱机检测这一关键技术,设计了基于8位单片机的新型自动测试子系统.设计中严格遵循ARINC429规范,采用429专有芯片HS3282和HS3182完成模拟信号收发工作,单片机完成部分信号控制与处理,虚拟仪器完成软件开发.该系统为ARINC429输入信号的产生提供了简单实用的`方法,在航电系统中具有典型性和实用性.

作 者：杨雪梅 张（R风） 卢胜 Yang Xuemei Zhang Fan Lu Sheng  作者单位：杨雪梅,Yang Xuemei(炮兵学院研究生系四十一队,合肥,230031)

张（R风）,卢胜,Zhang Fan,Lu Sheng(炮兵学院炮兵信息工程系,合肥,230031)

测试测量仪器的市场、总线和赶超 篇3

关键词：测试测量；仪器；总线；LXI；PXI；USB

测试测量仪器国际市场

新千禧年起点的2000年，全球电子市场一片兴旺，测试测量业也迎来开门红，年销售额增长20％，与过去10年的平均年增长率5％－10％相比，业绩非常突出。但好景不长，从2001年年中开始，全球信息业受网络泡沫破灭的影响，使包括测试测量仪器业在内的相关市场全部受到重挫，销售额连续三年下跌，大小公司均受到不同程度的冲击。测试测量仪器业经过三年的调整和重组，直到2004年下半年市场开始复苏，终于迎来新一轮的增长周期。

2004年至2007年测试测量业市场开始缓慢、稳定的回升，根据市场调研公司Frost&Sullivan的最新分析资料，2006年测试测量仪器市场的销售额是17.7亿美元，预测2013年上升到23.3亿美元，年均复合增长率(CAGR)约6％。另一家全球工业分析公司(GIA)的预测更为乐观，认为2010年测试测量仪器业的市场销售额可达到45亿美元。应该注意，上述的测试测量仪器业是指传统的通用测试测量仪器制造商，如Agilent、Tektronix、Advantest等公司的一部分业务，故2006年的全球市场销售额只有17.7亿美元。实际上，这些传统测试测量公司几十年来业务范国已有很大发展。例如，Agilent公司的业务范围涵盖测试测量仪器、半导体自动测试设备(ATE)、半导体制程检测设备、生物化学分析仪器，2006年的销售额就达到60多亿美元。

测试测量仪器业发展过程最初从通用仪器开始，逐步发展成ATE、半导体制程检测、印刷电路板检测等专用仪器系统。由于半导体器件和电子产品市场的不断扩大，带动这些专用测试测量设备的销售攀升，其市场份额早已超过通用测试测量仪器，因而，出现独立的ATE公司和印刷电路板检测设备公司。解读各市场调研公司发表的测试测量仪器市场统计资料时，往往出现两种不同的数字，一些公司只统计传统、通用测试测量仪器市场和预测，另一公司发表包括通用和专用测试测量仪器市场在内的统计数字和预测。前者2006全球(小)市场只有17多亿美元，后者全球(大)市场高达160多亿美元，两者相差约10倍。2005/2006年测试测量仪器业大市场10强的销售额。

Agilent的数字不包括生物化学分析仪器的销售额，通用测试测量仪器、ATE、半导体制程检测设备的销售总额超过30亿美元，是业界最强势的公司。Advantest是同时销售通用仪器和ATE的公司，而且成长很快，近年来后来居上，攀升至第二位，遥遥领先其它对手。Teradyne是专营ATE设备的公司，而且曾多年在ATE业界领先，近五年来被Advantest赶上并超越。Teklronix长期以通用测试测量仪器为主，特别在数字示波器领先其它对手，成为销售额超过10亿美元的公司。Fluke也是10亿美元销售额的公司，以手持测量测试仪最具特色，表中数字不包括网络仪器部分的销售额。Anritsu以微波测试测量仪器为主要产品，销售额超过7亿美元。Verigy是在2006年从Agilent拆分出来的公司，原来是Agilent的半导体制造检测设备部。NI一直在测试测量仪器软件方面领先，近年加强硬件业务，销售额超过5亿美元。Aeroflex以微波通用测试测量仪器为主，销售额刚超5亿美元。Credence的主要产品是ATE设备。

对上市公司的销售额，并按销售额大小排名。由于R&S属于非上市的私人公司，专门生产通用测试测量仪器，2006年销售额13亿欧元(约16亿美元)，实际上排名应在10强的第3名。10强占有整个测试测量仪器市场80％的份额，10强以外的公司大部分销售额在1亿美元以下。虽然测试测量仪器业的市场达到160亿美元，与半导体业的2800多亿美元的市场相比，仍然只占较小的份额。但是，测试测量仪器和设备在整个国民经济中的重要作用，是难以用销售额的大小来衡量的。

仪器总线发展趋势

测试测量仪器业从1960年代制定第一个仪器总线标准GPIB，大约每10年增添一种新的仪器总线，相继推出VXI、PXI和LXI，近年来还有从PC外设总线直接移植作为仪器总线的USB。由于GPIB将由LXI替代，而VXI所占份额陆续减少，以下只介绍PXI、LXI和USB三种仪器总线的发展趋势，以及它们对测试测量仪器的影响。

LXI总线

2004年9月成立的以Agilent公司为首的LXI总线联盟，2005年发布LXI标准1.0版本，并推出第一批LXI模块，从2005至2007年的两年间，LXI仪器销售额共2亿美元。对于两年内取得如此业绩，LXI联合体主席Bob Rennard认为，值得为此高兴和受到鼓舞，这种新仪器标准是成功的，其他总线仪器都要经过多年后才能达到这样水平的销售额。LXI联盟同时宣布，目前联合体会员拥有48家公司和机构，包括Agilent、Elgar、Keithley、Picketing、R&S、VXI Technology等仪器公司，NI也通过收购加入其中，产品达到419种，包括开关子系统、频谱分析仪、信号分析仪、电源、电力分析器、波形发生器、示波器、数字化器等等。

LXI总线的基础设施是以太网，通过高速以太网实现仪器系统从局域至广域的全球连网，依靠IEEEl588精确定时协议获得整个仪器系统的全球定时同步。目的是以简单、经济、高速、实用的硬件和软件构建新一代的测试测量系统，代替已使用四十年的IEEE488(或称GPIB)总线。因为测试测量仪器业和最终用户都具有使用互联网的熟练经验，对利用以太网作为网络载体并无异议。但是对于IEEEl588协议的软件定时同步存在疑问，因为测试测量仪器业通用的GPIB、VXI、PXI总线都便用电缆和微带线的硬线互连方式，获得准确的极短的定时同步和延时。LXI标准中对IEEEl588的软件定时同步的说明又比较笼统，给出的数字是约lOOns－lts。显然与其他总线的定时同步小于10ps至10ns的数字相差甚远，提出是否LXl只适用在低速数据系统而不能用在高速数据系统的问题。

今年9月在美国AutotestCon(自动测试大展)上，Agilent推出E5818A LXI触发器，它可将LXI C级模块仪器和GPIB仪器提升到IEEEl588协议具有的精确定时同步能力。E5181A的特点是：

LXI联合体认证的第一台LXIC级触发器；

具有IEEEl588的13ns的定时同步精度；

点对点和多点的通信能力，在不同模块传输大量数据时可缩短测试时间；

连接方便，可通过Web浏览器配置参数和升级；

为两台外接议器(LXIC级或GPIB仪器的任意组合)提供LXIB级仪器的定时同步能力，为5000个事件提供时戳。

E1518A的推出说明，LXI测试测量仪器系统可通过IEEEl588协议实现10ns级的时间同步，而且可与GPIB仪器兼容工作。最近一家集成电路公司宣布制成基于IEEEl588精确定时协议的以太网收发器芯片，使以太网器件之间的定时同步达到8ns。同时IEEEl588工作组将在2007年底讨论1.0版的升级问题，提高定时同步精度至1ns级。这样一来，LXIB级测试测量系统将具有很高的定时同步能力，达到完全成替代GPIB总线的目标。Agilent是生产LXI仪器最多和配套能力最强的供应商，频率覆盖至20GHz以上，也是业界第一家推出微波合成仪器(SI)测试系统的公司。

PXI总线

NI公司为首的PXISA(PXI系统联盟)成立于1997年9月，今年正好是十周年大庆。在PXISA诞生的同时，公布了PXI总线标准1.0版本和演示第一台简单配置的PXT仪器。2000年推出PXl2.0版本，现今PXISA已有70个成员，1500种产品，覆盖从直流至6GHz频段的各种仪器。根据Frost&Sullivan公司的资料，PXI仪器市场在2004年达到1.18亿美元，每年有两位百分数的增长率，预测至2012年仍以23％的年均复合增长率增加，大大超达整个测试测量仪器市场的5％的年均复合增长率。

众所周知，PXTSA得到NI公司的全力支持，而LXI总线联合体由Agilent作强大后盾，两种总线各自发展，相互交流不多。近年Agilent公司亦看好PXI市场，2006年底并购两家PXI仪器公司，第一家是专门生产PXI高速光电和电子模块的PXlT公司，第二家是生产各种插卡和PCI/PXI数字化器的Acquiris公司，扩大已有的PXI产品线，正式加加盟PXI系统联盟。

在PXISA成立时，将PXI仪器市场定位在中等价位的中、小型仪器系统，避开GPIB、VXI具有优势的大型仪器系统市场。现今，GPIB总线将由LXI总线替代，VXI仪器虽然还在生产，但市场已经缩小，新模块新产品推出不多。为了将PXI总线产品推进到更高价位的大型系统，PXISA及时采取新措施，一是保留原有的3U板卡和机箱，再增加6U板卡和机箱，二是随着PCI总线升级到PCIExpress总线，保留PXI总线并扩充成PXIExpress总线。

这样一来，PXI仪器既有更大尺寸的模块、机箱和系统，还将总线线宽提高到64位、带宽提高42倍和数据传输速度达到600 MB/s。加上NI公司的LabVIEW图形编程软件升级到效率更高的8.5版本，可以预期，PXI仪器将有更大的发展，包括进入综合仪器测试系统。在这种背景下，Agilent扩大PXI产品线成为拥有GPIB、PXI、LXI、USB多种总线的仪器公司。

PXISA由于得到有测试测量仪器业巨头的加盟，又有最大仪器软件公司的支持，PXI仪器的功能和性能将得到更大提高，例如频率覆盖超过6GHz，更容易构建微波合成仪器(SI)测试系统。PXI仪器已经具有可与LXI仪器一比高低的潜力，预期PXI仪器市场也将获得扩展。

USB

USB(通用串行总线)作为PC机的外设总线，由于具有串行传输、即插即用、可热插拔、配置方便、线缆和连接器简单、兼有直流供电、传输率最高480Mb/s、价格大众化等优点而被广泛使用。每部台式机和笔记本都至少配备1－2个USB接口，加上大量视频、移动电话、消费电子产品亦广泛使用USB接口，现在USB每年的装机数已超过20亿套，成为最普及的、也是成本最低的PC外设接口。

测试测量仪器的VXI、PXI总线都是借助电脑的通用外设总线扩展而成，因为这类总线应用面广、性能价格比高，扩大到仪器应用具有事半功倍的效益。VXI、PXI总线的目标是实现由模块仪器组成的通信网络，它们用于单台仪器并不具有优势。在USB总线未推出之前，单台仪器与PC机的通信曾使用并行、串行、AT/XT、PCI、IEEEl394等总线接口，它们都不够经济实用。当前USB已被测试测量仪器供应商和用户认可，将PC外设总线直接用作仪器总线，而无需扩展的一个成功范例。

最初只有掌上式的功能简单或频率较低的USB仪器出现，例如数据采集器、数字示波器、数字多用表等PC附件式仪器，因为USB设备之间的通信必须通过PC主机来实现，USB的直流供电电流只有500mA，不能满足复杂仪器的供电。后来USB附属条文On－The－Go解决了设备之间设备相互对话问题，接着USB标准1.0版本升级至2.0，新标准的数据传输率从12Mb/s增加至480Mb/s，准备增加直流供电电流，连接器和集线器微型化等，USB 2.0版本极大地促进了USB仪器的发展。

近两年来，USB数据采集系统的通道数和取样率大幅度提高，中档的台式仪器开始采用USB总线，借助星型连接组成的无同步要求的USB仪器网络获得好评。例如示波器巨头Teklronix公司的几种经济型数字示波器(最高带宽200MHz的TDSl000B和TDS2000B系列)使用USB接口，实现即插即用的与PC的无缝连接，简化数据收集、捕捉、分析的工作进程，达到降低仪器成本、使仪器轻巧、提高生产效率的要求。

数字示波器还提供外接设备的USB接口，可连接闪存和打印机，作数据储存、交换和现场升级之用。当前还有采用USB接口的单通道微波功率计、中等特性的频谱分析仪、光谱分析仪、取样率1MS/s的多通道数据采集系统等更多测试测量仪器出现。

USB总线特性还在提高，值得注意的有，一是无线USB(WUSB)标准已经通过，将可实现无线缆的仪器互连；二是USB的供电电流将从500mA/SV提高到6A/SV，便于更大功耗仪器的供电，三是再提高传输率，加快存储媒体的数据交换能力。显然，USB总线仪器将在中、小测试测量仪器中扩大应用范围。

我国测试测量仪器的差距和赶超

上世纪五六十年代，我国测试测量仪器业与国际水平的差距不大，“两弹一星”能够成功发射就是最好的证明。当时我国受国际禁远和封锁，高级精密仪器无法引进，完全依靠自力更生来完成机械、电子、光学等多种测试测量仪器的研发。由于众所周知的原因，在1960－1970年代，国民经济体系受到不同程度

的破坏，测试测量仪器业与其它工业部门一样，科研、生产受到严重干扰，与国际水平的距离开始拉大。此时，先进工业国家的测试测量仪器业正好完成从分立的真空器件电路到集成的半导体电路的过渡，以及从模拟电路向数字电路的发展。仪器的机械调控由电调取代，广泛使用印制电路和小型封装元件，引入计算机控制和运算，制定开放式总线标准，推广硬件的软件化，使测试测量仪器仪器进入智能化阶段。此时，测试测量仪器业面貌一新，更新换代加快，从小型公司发展成为全能企业，出现惠普等国际性的仪器公司。

1970年代后期我国迎来开放改革的大好时光，可惜测试测量业不能适应从计划经济向市场经济的转型，主管部门没有充分认识到测试测量业仪器业在国民经济中的重要作用，没有从研发经费和生产环节作有利于该产业的政策倾斜。我国整体工业得到良性发展，但是测试测量仪器业变成了被遗忘的角落，与国际水平的差距继续拉大。

经过二十多年的努力，“中国制造”的许多工业产品走向全球，在高科技的电子、信息、电信业中亦拥有全球著名的品牌，如晶圆代工业的中芯国际公司、电脑业的联想集团、电信业的大唐集团等等。可是测试测量仪器业并无“中国制造”的高技术含量的高、中档产品，只有数字表头、稳压电源、数字万用表等技术含量较低的仪表。目前我国中高档仪器市场大部分由外国厂商占领，最高档的仪器还受到生产国的出口限制而不易引进，对我国科研、生产等高科学技术的发展形成瓶颈。

产生这种情况的根本原因在于，主管部门对测试测量仪器业在我国科学技术和工业生产中的重要意义认识不足。我国古代学者很早就认识到“欲善其事，先利其器”，秦统一中国后立即制订“度量衡”标准，这也是有历史记载的最早计量标准。现代先进的工业国家对测试测量仪器和计量标准都非常重视，美国“国家标准技术研究所”既研发计量技术，也提供国际最准确的计量标准、测试测量仪器和测量方法。它比原有“国家标准局”更着重新测试技术的研发，以适应科技发展的需要。根据它多年积累的经验，认为测试测量仪器业的总产值只占全国工业总产值的4％，但是对国民经济的影响却达到60％。

CAN总线测试发展浅谈 篇4

随着汽车行业的发展, 汽车采用了越来越多的ECU。网络测试分别从CAN总线的物理特性、通讯数据和网络行为几个方面来验证ECU是否符合总线的设计要求。测试在验证ECU状态与样件要求的符合性的同时, 也为后期节ECU整改提供依据。随着汽车行业的发展, 新产品开发周期越来越短, 网络测试方法也逐步改进, 现常用的测试网络方法为人工手动测和自动化台架测试。下面对两种测试方法的优劣势分别进行阐述。

1、测试工具介绍

1.1 手动网络测试

手动测试首先需要测试工具, 下面对测试工具及其功能进行简介。

通用工具

电源:为在测装置提供测试所需电源。

万用表:主要用于测试节点或总线的终端电阻。

示波器:主要用于监视总线和电源波形, 测量总线电压、信号斜率、位时间以及网络相应时间等。

信号发生器:模拟测试所需的常规信号, 如高电平或脉冲信号。

总线专用工具

CANoe:编写测试程序, 仿真节点, 配置测试条件, 监视及记录总线数据, 生成测试报告等。

CANscope:监视总线波形, 分析总线信号质量。

CANstress:干扰总线数据, 模拟总线故障。

手动测试方法是依据测试用例的不同测试项, 把以上的测试工具搭建成台架按照测试用例要求进行测试。

1.2 自动化测试台架

自动测试台架集成了测试所需要的设备, 如图所示。自动测试台架的测试主机中安装自动测试管理软件, 用于自动生成测试报告。

2、手动测试与自动化台架测试方法对比

下面我们针对某车型TCU进行测试, 两种测试方法的到的结果分别举例进行说明:

2.1 例如总线隐性状态CAN线电压测试用例要求及测试结果

下图分别为两种总线隐性状态CAN线电压测试得出的测试结果。

2.2 总线信号斜率测试用例要求及测试结果

下图分别为两种总线信号斜率测试得出的测试结果。

通过以上两组测试结果对比得知测试结果几乎相同, 证明自动化测试台架已经达到了可以进行测试的条件, 同时自动化测试台架有着可以自动测试能力同时自动测试台架的测试主机中安装自动测试管理软件, 用于自动生成测试报告, 简化了测试流程, 节约了测试时间, 但自动化测试台架测试相对手动测试也相应存在着一些劣势, 例如在进行测试时如对测试某一项存在问题, 自动化测试缺乏针对性测试能力, 没有手动测试灵活。但是手动测试却存在着测试繁琐, 耗时较长的弱点, 无法适应现在新产品开发周期越来越短的现状。

3、总结

当下常用的两种网络测试方法都各有利弊, 单一方法测试都无法做到方便、简洁、准确。故我们需要把两种测试方法有效地融合到一起, 同时运用, 即我们在对ECU网络测试时先通过自动化测试台架进行测试, 再把测试未通过项通过手动测试针对性进行测试进行确认, 同时对整改后的ECU进行测试时, 也可以通过手动测试来对整改后的ECU进行针对性测试, 无需自动化台架进行每一项的测试。

综上在进行ECU网络测试时我们要有效结合两种测试方法共同测试, 达到方便、简洁、准确的ECU网络测试。

参考文献

[1]ISO 11898-2, Road vehicles-Controller area network (CAN) -Part2:High-speed medium access unit.

基于CANoe的遗留总线仿真测试 篇5

总线开发分三个阶段:网络仿真, 遗留总线仿真 (半物理仿真) , 实际总线测试。遗留总线仿真是指在整车CAN总线开发过程中, 当某一个或几个CAN节点已开发完成, 而其它的相关节点未完成开发时, 对已完在开发的节点进行完整的功能及性能测试的一种测试方法。将完成开发的CAN节点按照设定状态连入整车总线, 而未开发完成的CAN节点, 则在PC机的CANoe环境中, 用仿真的节点来代替。这样可以弥补整车各个节点开发时间不一致所带来的矛盾, 有效地缩短整车CAN网络开发的进度。

1 测试方法

1.1 本文是以某车型的EPS开发为例来说明遗留总线仿真的测试方法

该车型的动力系统含有EMS (发动机管理系统) , ESP (电子稳定系) , 仪表, EPS (电动助力转向系统) 四个CAN节点, 各节点之间信息共享, 各节点的工作互为依存。

由于各节点的开发进度不一致, EPS开发较其它部件提前完成开发并送样至整车厂 (OEM) , OEM需确认其功能及性能是否与整车定义匹配。而EPS正常工作所需的车速信号VehicleSpeed由ESP发送, 发动机状态信号EnginSts由EMS提供。由于ESP与EMS两个节点并未完成开发, VehicleSpeed与EnginSts两个信号需要用遗留总线仿真测试方法来实现。

1.2 测试大纲

(1) EPS的基本工作特征测试:测试EPS工作前后方向盘助力大小是否有明显区别。 (2) EPS随动转向特性测试:测试EPS助力大小随车速变化的特性曲线。 (3) EPS的CAN通信测试:EPS发送CAN报文ID、周期、及数据类型及排布方式等与规范定义的相符度。

2 测试过程

2.1 实车CAN节点构成

将已完成开发的EPS, 以及完成部分开的发动机管理系统 (EMS) 等节点按实际状态正确连接装入整车。EMS节点的基本功能部分开发完成, 但其CAN总线通信部分未按该车型的CAN规范完成开发, 仅提供发动机转速信号, 不提供EPS需要的发动机运行状态等信号。

2.2 仿真节点建立

在PC机中, 用CANoe建立仿真模型, 仿真与EPS正常工作密切相关的两个节点ESP与GATEWAY。仿真节点ESP发送与车速信号及车速有效标志信号, GATEWAY用于接收发动机的转速信号, 根据转速值的大小, 来判断发动机的运转状态, 并将其按照EPS认可的格式转发至CAN总线。

使用CANcab及相关线束, 将PC机及CANcard连接入整车的OBD诊断口, 接入整车CAN总线网络。由此, 实车CAN节点与模拟仿真的CAN节点通过CANcard与PC机有效连结。

2.3 相关信号的获取

2.3.1 车速信号的获取

在CANoe中, 通过PENAL工具模拟环境变量加速踏板, 车速为加速踏板输入量的函数。具体关系如下。

以油门踏板量乘一定的比例系数ξ来模拟获取车速值。

油门踏板量accpedal∈ (0-100) %;车速信号的分辩率为res=0.01;车速值V=accpedal×ξ×res;

取ξ=200, 则车速V=0.01×200×accpedal×100=200 accpedal。

2.3.2 发动机运行状态信号的获取

仿真节点GATEWAY通过接收整车上实体发动机ECU单元发出的发动机转速信号来判断发动机的运行状态, 当转速大于400rpm时, 判断发动机处于运行状态, 将Engin eSts值置1;否则处于停机状态, 将EngineSts置0。

2.4 相关信号的显示

同样可以利用PANEL工具, 对油门踏板量及车速等相关信号, 进行时实显示。油门踏板量为31%时, 车速为62km/h。

2.5 ESP功能测试

利用CAPL语言, 对ESP与GATEWAY节点进行编程, 发送EPS正常工作所必须的报文, 并用PANEL工具及环境变量, 来模拟车速输入。

分别按照发动机启动前, 启动后的状态, 来测试记录EPS的CAN信号输出状态, 并测试EPS是否有助力输出。

车辆启动后, 测试EPS随动转向特性。分别测试记录在不同车速状态下, EPS助力大小的情况, 并绘制曲线图。

2.6 ESP通信测试

按照测试规范要求, 分别对EPS发送CAN信号的ID、周期、字节长度、信号排布方式等内容进行测试与记录。

3 测试结果

3.1 EPS的基本工作特征测试结果如表3所示

发动机未启动情况下, EPS无助力输出;发动机启动后, EPS有助力输出。

3.2 EPS随动转向特性测试

车辆启动后, EPS输出电动助力的大小随车速增加而减小, 车速为0时助力最大, 当车速大于100km/h时, 助力大小趋于稳定。

3.3 EPS的CAN通信测试

观测两条CAN报文, EPS1的周期为10ms, ID为0C4, 字节长度为8个字节;EPS2的周期为100ms, ID为365H, 字节长度为1个字节。ID、周期、字节长度与规范定义相符。记录EPS1、EPS2两条报文数据, 与表1、表2所示的定义进行比对, 数据类型号及排布方式一致, 符合规范定义。

4 结语

经过遗留总线仿真测试, 得出EPS节点CAN通信功能与整车设定保持一致, 其电动助力转向功能满足设定要求。

应用遗留总线仿真测试方法, 在发动机管理系统EMS、四轮稳定系统ESP等相关联的CAN系统尚未完成开发之前, 就可以在整车上进行EPS的总线及功能验证测试, 并可根据测试结果进行相应的功能调整, 使EPS的开发不必受其它CAN节点的限制, 大大缩短了该节点的开发周期。同样, 对其它各个CAN节点而言也是如此。因此, 整车CAN网络的开发周期大大缩短。

摘要：在CANoe环境下, 对EPS CAN节点进行遗留总线仿真测试, 构建仿真节点、应用PANEL面板及CAPL语言实施测试, 分析测试结果。通过仿真测试, 验证EPS节点的CAN功能与整车设定相符, 缩短了EPS及整车CAN总线的开发周期。

关键词：CANoe,遗留总线仿真,总线测试

参考文献

[1]CANoe Ueser Manual Version 7.2Vector Informatik Gmbh.

自动测试系统中的总线技术 篇6

自动测试系统(Automatic Test System,ATS)指的是以计算机为核心,在程序控制下,自动完成特定测试任务的仪器系统,其发展大致可分为3个阶段,即专用型、积木型和集成型的模块化仪器。第一代自动测试系统多为针对具体测试任务而研制的专用系统,至今仍在应用,但其突出的缺点是设备接口不具备通用性。

在第二代自动测试系统中,出现了特殊的连接总线、GPIB、CAMAC和RS 232C等多种类型的总线。在第三代测试系统中,出现了VXI,PXI等总线,随着科技的进步发展,出现了更新的总线LXI。这些总线技术推动了自动测试系统的进一步发展,使得ATE测试平台技术具有很强的互换性和互操作性。

下面就ATS中的GPIB,VXI,PXI,LXI做一介绍。

2GPIB总线

GPIB 是通用接口总线的简称,是美国HP公司拟制,为可程控仪表设计的,因此又称HP-IB总线。

2.1 GPIB总线的基本特性:

GPIB总线[1]是一种并行方式的外总线,包括8条数据线、5条控制线、3条挂钩线和8条底线,采用比特并行、字节串行的双向异步通信方式。总线上传递消息的逻辑电平为负逻辑的TTL电平,数据传输速率一般为250～500 kb/s,最高可达1 Mb/s。 受发送器负载能力的限制,接口系统内仪器数目最多不能超过15台。一个GPIB总线系统所使用的电缆总长度不能大于20 m,或者系统中的器件数乘以2 m的值不能大于20。系统采取单字节地址时,可以有31个讲地址和31个听地址;采用双字节地址时(前一字节为主地址,后一字节为副地址),可以有961个讲地址和961个听地址。GPIB系统支持10种基本的接口功能,其包括:控者、讲者、扩大讲者、听者、扩大听者、源者挂钩、受者挂钩、服务请求、远地/本地、并行查询、器件触发和器件清除功能。图1为GPIB总线的自动测试系统。

2.2 GPIB总线的优劣

2.2.1 优势

GPIB测量系统的结构和命令简单,有专为仪器控制所设计的接口信号和牢固的接插件,同时由于几乎所有独立仪器都有GPIB接口,因而体现了其便利性和简单性[5]。同时具有良好的抗干扰能力和通用性。

2.2.2 劣势

(1) 数据传输速率较低,最大传输速率为1 Mb/s,投入费用高,可靠性不是太好。

(2) 文献[2]以GPIB总线为基础,很难组建体积小、质量轻的自动测试系统,对某些场合,特使是对体积、质量要求高的军事领域不适用。

(3) 无法提供多台仪器同步和触发的功能,在传输大量数据时带宽不足。

2.3 GPIB总线的应用

GPIB系统当前在市场上占有量是所有总线系统中最大的,主要应用于台式仪器,对精度要求高的场合。目前各大仪器公司生产的台式仪器中几乎都装备有GPIB接口,很多集成电路制造商业生产了各种GPIB的接口芯片。采用GPIB的自动测试系统,在完成要求测量时间极短、数据处理量大、测试现场对操作人员有害或操作人员参与容易产生人为误差的任务中极为合适。

3VXI总线

VXI总线规范是国际5家著名的测试和仪器公司组成的联合体共同制定的。这5家公司是Colorado Data Systems,Hewlett-Packard,Racal-Dana Instruments,Tektronix和Wavetek。 该联合体与1987年7月提出了VXI总线的第一个版本,几经修改和完善,于1992年9月17日经IEEE标准局批准为IEEE-1155-1992标准。

3.1 VXI总线的基本特性

VXI总线系统是在VME总线系统基础上,增加了为适应仪器系统所需的总线而构成的。图2示出VXI总线系统的结构。

(1) 机械结构标准[3]完善

VXI总线模块共有4种标准尺寸和3个连接器,如图3所示。

(2) 电气结构[4]功能强

按照功能的不同,VXI总线系统可分为8种总线:VME计算机总线、时钟和同步总线、模块识别总线、触发总线、相加总线、本地总线、星型总线、电源线。如图4所示。

(3) 电磁兼容性好

为满足电磁兼容性[3]的要求,VXI模块的宽度从原来VME模块的0.8 in增加到1.2 in(1 in=2.54 cm),以便有足够的空间将整个模块完全屏蔽在一个金属罩子里,并通过被板将金属外壳接地。

3.2 VXI总线的优劣

3.2.1 VXI总线的优势[1,5]

(1) 开放的标准

目前,已经有众多不同的仪器制造厂商加入了VXI总线联盟,推出仪器近万种,同时,各厂商所生产的VXI总线产品都符合相同的机械与电气规范,不同厂商的同类产品能够相互替换。

(2) 高速数据传输

VXI总线是一种32位并行方式的内总线,总线背板的数据传输速率理论上可以达到40 Mb/s,一般不会成为数据传输的瓶颈。

(3) 对仪器功能的有力支持

VXI总线在VME总线的基础上增加适合仪器应用的总线,且一个VXI仪器系统最多可连接256个器件。这些都为高精度、高速度仪器系统的实现提供了强大的支持。

(4) 灵活性

VXI总线规范支持A,B,C,D四种模块尺寸,支持8位、16位、24位和32位数据传输,使用灵活。

(5) 测试系统小型化,结构紧凑

VXI总线采用了模块化设计,对模块及主机箱的尺寸都做了严格规定,使系统尺寸较传统仪器明显缩小,易于携带。

(6)

高可靠性和可维护性。

(7)

模块可重复利用。

3.2.2 VXI总线的劣势

由于组建VXI总线要求有机箱、零槽管理器及嵌入式控制器,因此造价比较高,一般的用户难以接受。

3.3 VXI总线的应用

目前,VXI总线已成为最好的虚拟仪器开发平台。以VXI总线技术为核心组建的自动测试系统[6]已经在家用冰箱测试、铁路电机测试、环保测试、电力测试、集成电路封装测试、托卡马克等离子体物理试验、汽车燃油泵测试、电梯功能和安全测试等方面得到了较好的应用。在军用方面,以航天测控公司等为代表的VXI总线产品开发和系统集成厂商,已经有几十套VXI总线自动测试系统应用于导弹、飞船、运载火箭、发动机、飞机、雷达、鱼雷、轻武器、火炮、装甲车和制导炸弹等多个领域的测试中。

4PXI总线

1997年9月1日,NI发布了一种全新的开放性、模块化仪器总线规范——PXI。PXI是PCI在仪器领域的扩展(PCI eXtensions for Instrumentation)。它将CompactPCI规范定义的PCI总线技术发展成适合试验、测量与数据采集场合应用的机械、电气和软件规范[1,3],从而形成新的虚拟仪器体系结构。

4.1 PXI总线的基本特性

PXI总线体系结构涵盖了3大方面的内容:机械、电气和软件规范,如图5所示。

4.1.1 PXI总线的机械规范:

PXI总线的机械规范表现在:

(1) 与CompactPCI共享的机械特性,具体体现在PXI采用了CompactPCI规范所引入的高性能IEC连接器和Eurocard坚固封装形式。

(2) 新增加的电气封装规范PXI机箱中的系统槽必须位于最左端,而且主控机只能向左扩展以避免占用仪器模块插槽;规定模块所要求的强制冷却气流流向必须由模块底部向顶部流动;建议的环境测试包括对所有模块进行温度、湿度、振动和冲击试验,并以书面形式提供试验结果;规定了所有模块的工作和存储温度范围。

(3) 保持了与CompactPCI产品的互操作性。

4.1.2 PXI总线的电气规范

PXI使用了标准的PCI总线,并增加了用于仪器的特殊总线,包括8条TTL公共触发总线、星型触发、1个专用的10 MHz的系统参考时钟和具有13线的数据宽度的本地总线,从而满足了许多仪器的精确定时、同步和边带通讯的需要。

4.1.3 PXI总线的软件规范

PXI总线的软件规范主要体现在:

(1) PXI的软件要求包括支持Microdoft Windows NT/95(WIN 32)这样的标准操作系统框架,要求所有仪器模块带有配置信息(Configuration information)和支持标准的工业开发环境(如NI的LabVIEW,LabWindows/CVI,Microsoft的VC/C++,VB,Borland的C++等),而且符合VISA规范的设备驱动程序,从而使PXI系统更容易集成和使用。

(2) 对已有仪器标准的支持。提供与现有仪器标准如GPIB,VXI以及串口等设备的互操作方法。

(3) 定义仪器模块和机箱制造商必须提供用于定义系统能力和配置情况的初始化文件等其他一些软件要求。初始化文件所提供的这些信息对操作软件正确配置系统必不可少。例如,通过这种机制,可以确定相邻仪器模块是否具有兼容的局部总线能力。如果信息不对或者丢失,将无法操作和利用PXI的局部总线能力。

4.2 PXI总线的优劣

(1) 优势:

PXI总线的传输速率高,最高可达528 Mb/s,技术性能好,可靠性高,具有CompactPCI的优点,并且做到了PXI产品与CompactPCI产品的双向交换,形成了一种性价比极高的虚拟仪器系统。

(2) 劣势:

PXI发展时间还比较短,仪器功能的覆盖面有限,仪器品种较少。在高端领域,完成较复杂、尖端的测试任务时,以及对速度和精度要求特别高的场合,不一定能达到要求的指标。

4.3 PXI总线的应用

PXI已经被应用于数据采集、工业自动化与控制、军用测试、科学实验等领域,而且对于各种便携式、台式和标准架装测试系统都是适宜的。特别在工业自动化与控制领域,PXI以其良好的特性得到了业界的青睐,应用范围包括:机器工况检测与控制、机器视觉与产品检测、过程检测与控制、运动控制、离散控制、产品批量检验与测试等。其典型应用[1]有:B&B Technologies公司研制的M1A1坦克发射过程自动测试系统;美国得克萨斯大学机器人研究小组的电磁执行器自动测试系统等。基于PXI总线的虚拟仪器产品,具有多功能、高性能、高精度、高可靠、标准化、兼容性好等特点,可广泛应用于航天、航空、舰船、电力、石油,特别适用于武器装备的测量与控制、故障诊断、雷达测试等领域。

5LXI总线

LXI(LAN-based eXtensions for Instrumentation)是Agilent公司和VXI科技公司共同合作,于2004年9月14日在美国加州提出的一种新型仪器接口规范。它基于著名的工业标准以太网(Ethernet)技术,扩展了仪器需要的语言、命令、协议等内容,构成了一种适用于自动测试系统的新一代模块化仪器平台标准。

5.1 基本特性

5.1.1 LXI仪器分类较全

LXI标准定义了C,B,A三类仪器,其中C类是独立型仪器或台式仪器(传统型改造),具有通过LAN的编程控制能力,可以与其他厂商的仪器很好地协同工作,其灵活的大小增加了产品的适用性,其Web接口用于设置、控制和数据获取,并且采用IVI驱动应用编程接口。B类是独立或分布式使用的仪器,它兼有C类仪器的功能,使用IEEE1588精密时间协议通过LAN实现同步。A类仪器可独立使用或用于任何系统,它兼有B类仪器的功能,并具有快速的硬件触发能力。

5.1.2 同步和触发精确

LXI采用IEEE1588作为定时同步协议和M-LVDS(半双工、多点低压差分信号)触发总线,从而可以提供精确的同步。

5.1.3 LXI采用的协议和规范具体

LXI采用的协议和规范具体[7]:

(1) 物理链路层面:IEEE802.3、Ethernet over WLAN定义了LXI总线的电气特性。

(2) 数据协议层面:以IPV4,IPV6,TCP/IP协议为数据交换协议,定义了LXI总线的数据遵循的网络协议,使LXI设备具有通过通用浏览器实现设备的访问、配置以及控制的能力。

(3) 设备驱动层面:VXI-11,IVI,VISA,定义了LXI设备的通用软件和驱动体系结构,为设备的即插即用、控制提供统一的规范。

5.2 LXI总线的优劣

5.2.1 LXI总线的优势

(1) 采用以太网构成分布式网络测试系统:分布广、距离远、数据传输速度快;

(2) 减少了昂贵的机架、专用机箱和测试控制器,紧凑灵活的模块外形,降低了成本,系统集成更灵活、方便。采用标准API,减少了程序开发和软件维护成本;

(3) 仪器可分等级测量,具有严格的仪器同步和触发机制,可以方便的组建SI(合成仪器)系统;

(4) 具有开放的模块化系统结构;

(5) 系统中的硬件和软件可重复利用。

5.2.2 LXI总线的劣势

LXI作为一种新兴的标准,还处于起步阶段,其产品还处于试验阶段,在实际中的应用效果还有待检验。同时,网络技术中的任务调度,负载均衡和协同合作等问题也制约着LXI的进步发展。

5.3 LXI总线的应用

LXI总线适用于各种规模的用户,既可用于小用户,又可用于规模庞大复杂的用户,满足各方面科研开发,生产的需要,尤其适用于分布在世界各地的研发机构和多个单位合作研究开发生产的项目。

6在自动测试系统中总线性能比较及选型

在设计一个符合测试要求而且性能好、水平高的自动测试系统时,为选择一种适宜的标准总线,使系统达到各项技术要求,同时又能兼顾开发、使用和扩展等方面的考虑,需要评价各种测控系统的性能做比较。首先对卡式仪器总线GPIB,VXI,PXI的性能作比较,如表1所示[4],而后是基于局域网的LXI与卡式仪器总线的比较。通过相互对比,为用户选择标准总线提供依据。

与传统的卡式仪器相比,LXI模块化仪器既有优势[8,9],也有不足。其优势在于:

(1) 集成更为方便,不需要专用的机箱和0槽计算机;

(2) 可以利用网络界面精心操作,无需编程和其他虚拟面板;

(3) 连结和使用更为方便,可以利用通用的软件进行系统编程;

(4) 非常容易实现校准计量和故障诊断;

(5) 灵活性强,可以作为系统仪器,也可以单独使用。

(6) 由于LXI模块本身配备有处理器、LAN连接、电源供应器和触发输入,因此它不像模块式卡槽必须使用昂贵的电源供应器、背板、控制器及MXI插卡和接线。

(7) 融合GPIB仪器的高性能、VXI/PX I卡式仪器的小体积以及LAN的高速吞吐率,能够快速、高效率、高性价比的构建测试系统

其不足在于:

① 在实现模块仪器的同步、定时、测试网络结构和软件互用性方面难度较大;

② 网络和数据安全方面还有缺陷。

通过上述对比,用户可以结合自身的实际条件和需要,选择合适的总线,进而组成达到一定要求的自动测试系统。

7结语

本文介绍在自动测试系统中所应用的主要的总线技术的优势,各自所存在的不足,并对其进行了综合比较,使用户在应用总线技术时更有针对性和目的性。随着科技的日新月异,总线技术会不断趋于完善,使自动测试系得到长足的发展,满足在测试领域中越来越高的要求。

参考文献

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[9]黄韬,彭刚锋,樊江峰.LXI新一代测试总线技术[J].航空计算技术,2007,37(1):106 110.

汽车总线自动化测试系统设计 篇7

随着人们对汽车测试技术的重视，在测试技术研究方面的投入也越来越大，用于测试的设备、设施和手段也越来越先进[2]。汽车总线的测试作为其中一个不可或缺的环节，却没有一个统一的测试规范覆盖到整个汽车产业，各个汽车厂商只是自定义其总线测试规范。为此，应上海某汽车厂商的开发需求，本文设计开发了一套总线测试系统。

1 问题提出

手动测试是自动化测试的基础，但当需要大量的重复测试时，传统手动测试通常无法满足。所以在手动测试积累了一定经验之后，许多合理的自动化测试方案被设计出来。

Ren Junli等人的文章[3]设计了一种新型的CAN信息分析工具，但没有针对系统的自动化总线测试进行进一步的设计。Qiu Chengyun的[4]设计的CAN总线测试系统是基于上海大众PASSAT B5 1.8T这一车型的。此类传统的测试系统在设计时没有考虑到汽车行业高速发展的趋势，无法满足车型不断变化的需求。

2 系统的硬件组成

本测试系统采用分体式独立结构[5]，由测试机柜和测试平台两个独立部分组成，两者通过连接器相连。机柜内设有示波器、万用表等测试工具和自主设计的信号调理箱，机柜主要功能包括:上位机的控制和显示、故障注入、测试数据获取、报告生成。测试平台可实现ECU的挂载式接入，从而形成不同网络适用不同车型。图1所示为整个测试系统的构成。

本测数平台共设36个节点位，总线分布从左侧中间的网关开始，向右侧拓展。搭建总线网络通过平台的前面板和相应的软件进行配置。平台最大可支持5路CAN总线，2路LIN总线。

前面板的分为DUT、CAN、LIN 3部分。DUT部分通过连接器连到被测控制器上;CAN部分的5路CAN和LIN部分的2路LIN可通过跨接线进行选择。将DUT的测试端和需要的总线端连接起来，并拨动相应的开关至“1”后，当前被测节点即接入相应的被测网络。

通过上述方法，测试平台上的36个节点可以配置各种网络结构。图3列出了3种不同的CAN网络结构。

平台的每个节点后面均封装了一块电源控制模块(PCU)，连接着被测ECU的KL.30、KL.15等端子，从而实现上位机对各个被测节点是否上电和接入的控制。PCU通过CAN信号(独立于被测的CAN线)与上位机实现通讯。

另外，测试平台具有可拓展性，两个测试平台可以通过连接线连在一起，形成更大的配置网络，从而满足更复杂的网络测试需求。

测试机柜是整个测试系统的核心，而信号调理箱是核心中的核心。信号调理箱起着测试平台和测试仪器间中转站的作用，实现了各个测试电路的搭建和故障的注入。

信号调理箱内部设有5块故障注入模块(FIU)以控制被测信号的走向，每块FIU对应控制一条被测的CAN信号。FIU和PCU采用同一路CAN信号控制。FIU功能包括:改变总线对电源、地之间的电阻、电容;为被测节点搭建相应用例的电路;将测试工具接入相应测试点，以形成所需的测试环境。

图5上半部分为用例位时间的测试电路图，下半部分为本系统设计的FIU中的部分电路。通过控制图上所列的6个继电器，系统即可搭建出所需的测试电路。

为方便进行单节点的测试，信号调理箱内同样设有PCU。面板前端安装了4个连接器，使得机柜可以脱离控制器平台单独使用。

机柜内其他设备都是传统测试设备，根据测试需求合理选型。万用表可实现11种测量项，用以完成CAN-H与CAN-L间内阻等测试用例;示波器具备CAN/LIN解析功能，用以完成总线位时间、斜率等测试用例;CAN分析工具CANoe可作为模拟节点向被测总线收发报文，用以检测ECU的网络管理层。上述仪器的虚拟驱动已非常成熟，能够满足本系统的精度、可靠性、实时性要求[6]。

3 系统的软件架构

本测试系统的软件基于LabVIEW进行编写，是一个多线程、需要在多线程间传递消息的工程。采用多队列，生产者，消费者的框架来实现。

系统采用分层模块化的设计，将传统测试仪器数据采集、数据处理、数据显示3大功能分离，测试过程中测试仪器只需采集数据，由上位机程序来实现数据处理和数据显示等其他工作[7]。

开发设计系统前期，在统计所有测试用例后，分析测试用例过程每个步骤，将每个测试仪器的各项测试功能分别分解成若干个执行动作，将这些执行动作写成底层子vi。用例执行过程中只需通过资源管理层的接口函数调用相应的仪器执行动作序列即可完成测试。其中资源管理层的添加，有效地抽象了物理仪器和逻辑仪器两者的概念，保证系统在更换相同功能不同型号的设备时，上层程序无需变动，增大了测试系统软件的移植性。图6为软件框架示意图。

用户通过主UI配置基础的网络测试参数和选择所需的测试用例，测试系统便可实现自动化测试。

系统后台程序经两条线程同时运行:一条根据用户配置、所选的用例发送CAN信号来控制PCU和FIU，搭建出相应的测试电路。另一条根据设计的自动化测试方案，调取相应仪器的动作执行序列来获取测试数据，最后由上位机分析数据，保存相关数据和日志文件，生成报告。

主UI除了测试用例和参数配置以外，还带有用户管理、系统自检、数据管理等其他基础功能，方便使用者进行人员与数据的管理和维护系统。图7和图8为本测试系统的软硬件实物图。

4 测试用例

本测试系统设计的自动化测试用例针对物理层、通讯层和网络管理层3个层次。自动化测试用例在传统手工测试方案的基础上进行优化，使之便于实施。

通过本系统，用户只需简单配置即可获得全部测试数据和测试结果，大幅提高了测试效率。

物理层的典型用例是测量总线跳变电平的斜率，规范要求上升斜率和下降斜率在2.5～50 V·μs-1的范围内。

本系统示波器的测量模块不可以直接获得斜率，程序首先根据波特率计算得出示波器水平时基;然后在关键目标位置设定触发，将CAN波形定格在合适的位置，获取波形的上升时间、下降时间和幅值，计算出斜率，图9为自动化测试抓取的斜率图形。相较于手动调整示波器、寻找合适位置、观察波形，本测试系统大幅缩短了测试时间。另外示波器所执行的测试大多需要重复多次，表1为传统测试与本系统测试所花时间的对比。

通信层的典型用例高负载测试，通过模拟节点不断向总线发送高优先级的报文[8]，使总线负载达到60%以上，以验证总线在高负载的情况下是否还能有效通讯。

传统测试时需要不断增加模拟节点发送帧的数量，还要不断观察总线负载率和总线通讯情况[9]。测试人员面对多个窗口的海量数据，效率低下且容易出错。

本测试系统将CANoe作为模拟节点，根据总线负载率对模拟节点发送的报文数量形成闭环控制，与此同时不断查询总线的通信情况，从而实现自动化测试。

除此之外，通信层的测试还包括将从总线上获取的ID、DLC、周期与数据库文件进行比对，省去了人为比对所花的大量时间。表2为传统比对与自动化比对所花时间的统计。

表3为高负载测试报告中的一张数据表，给出了实际周期与dbc文件周期的比对情况。

当总线上产生大量错误帧时，总线会产生busoff，即停止发送当前错误帧一段时间，以确保其他正常帧的通讯[10]。规范要求当bus-off counter<5时，恢复时间为100 ms，当bus-off counter=5时，恢复时间为1 s。Bus-off故障移除后，TestFailed位由1变0的时间为5 s。网络管理层的典型用例bus-off测试就是为了验证被测节点是否符合上述机制。

本系统通过CAN干扰工具和FIU上的继电器产生各种形式的模拟、数字干扰，然后不断查询和读取总线DTC，并对通讯数据进行分析计算出bus-off的恢复时间。

这类大数据量的用例，一般无法采用手工测试。以往不同的测试员会采用不同的途径编写一些测试程序以实现自动化或者半自动化测试，但实现效果差异性很大。

本测试系统对这类网络管理层测试用例进行了整合，在同一平台上将其实现，方便了测试员的数据记录和相互比对。

根据汽车厂商的测试规范，车辆正式上线量产前，需要经过72项测试，其中包括大量需要不断重复的测试动作。在具备24小时不间断电源的基础上，测试员可以通过本系统进行初步测试，根据测试报告着重验证错误部分。本系统虽然在测试精度上与传统相当，但测试效率显著提高，整个测试周期可缩短一半以上。

5 结束语

系统检测界面风格简单明了、用例安全可靠，实现了替代手动测试的设计目标。设计的汽车总线测试系统易配置、可拓展、全自动化，能有效地提高测试效率，并解决了以往测试系统只能局限于固定车型的不足。总体而言，本测试系统符合企业需求，具有较好的实用价值。

摘要：针对整车厂的总线检测需求以及传统测试系统适用车型单一的问题,设计开发了一种汽车总线测试系统。系统测试平台具备:易于配置网路拓扑结构;多平台可联合使用,以适应更复杂的网络结构;整个测试过程自动化等优点。测试系统基于LabVIEW语言进行编写,采用多队列,生产者,消费者的框架来实现。借助了示波器、万用表、CAN分析工具等设备,实现各个测试用例的自动化。经实验,本测试系统可大幅缩短测试周期。

关键词：汽车总线,自动化测试,LabVIEW

参考文献

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1553B总线安全性分析与测试 篇8

1553B总线是MIL-STD-1553B的简称, 由于其传输速率高, 通信效率高, 可靠性高, 噪声容限高, 设备之间连接简单灵活, 所以被美军标所采用, 将其作为机载设备之间相互通信的总线标准。1553B总线协议在设计之初, 仅关注可用性、实时性和可靠性, 并且是在军用飞机的航空电子设备等专用系统上运行。

考虑诸如认证、授权和加密等需要附加额外开销的安全特征和功能似乎是画蛇添足的事情, 但是随着近几年针对控制系统的攻击技术迅速发展[6,7,8,9,10,11], 控制系统的信息安全面临越来越严峻的威胁, 如图1所示:

由于1553B总线的使用范围越来越广, 各种军用飞机、导弹等武器的科技含量越来越高, 作为管理底层通信与控制的1553B总线安全性缺失受到了我国部分科研院所、高校等研究机构的关注, 并陆续开展了控制系统信息安全方面的研究。

本文通过信息安全的机密性、完整性、可用性这三项原则对1553B总线进行分析, 并搭建测试平台对可能的安全漏洞进行了测试与分析。

二、1553B总线简介

1553B总线系统主要分为3个组成部分[1]:

1、总线控制器 (BC, Bus Controller) , 是总线的控制者、管理者, 也是所有通信动作的发起者, 负责发送命令、参与数据传输、接收状态响应和监测总线系统。

2、远程终端 (RT, Remote Terminal) , 是用户子系统到数据总线上的接口, 主要功能是接收BC发送过来的命令, 并根据命令做出响应, 执行数据传输, 完成相应动作, 并回送相应的状态字, 一个1553B总线系统中最多可以有31个RT。

3、总线监控器 (BM, Bus Monitor) , 用于监控总线上传输的信息, 有选择地接收1553B总线上传输的信息并且对信息加以保存, 完成对总线上的数据进行记录和分析, 从而被用于总线的测试或总线上数据的监视和记录, 但它本身不参与总线的通信。

三、1553B总线安全性分析

总线安全, 就是保护在总线上传输的信息的安全, 这就不得不说到信息安全的基本要素。信息安全通常强调CIA三元组为目标, 即机密性 (Confidentiality) 、完整性 (Integrity) 、可用性 (Availability) [3]。对于1553B总线, 后文也将会按照这三条目标进行分析。

机密性:是用来确保信息从产生到销毁的过程中不会被规定目标以外的人或组织获得。

完整性:保护信息不会被未经允许的目标修改。即保证信息在存储或传输过程中不被修改、删除、伪造、重放、插入等手段影响导致信息损坏或丢失。

可用性:保证正常用户可以访问到所有允许被访问的信息, 不会发生拒绝访问等情况。

在传统的信息安全领域, 通常认为机密性的优先级最高, 完整性次之, 可用性最低。但是在考虑控制系统安全时与考虑传统IT信息系统安全时则有较大的不同, 控制系统强调的是控制的自动化过程及相关设备的智能控制、监测与管理, 而且更为关注系统的实时性与可用性。也就是说, 控制系统对系统设备的可用性、实时性、可控性等特性要求很高, 因此在考虑控制系统的安全性时要优先保证的是系统的可用性;其次各个组件之间因为存在固有的关联, 因此完整性的重要性次之;而对于数据保密性来说, 由于控制系统中传输的数据通常是控制命令或采集到的原始数据, 需要放在特定背景下进行分析才有意义, 而且多是实时数据, 因此对保密性的要求最低[2]。

1553B协议起初被设计用于航空机载设备之间通信, 是一种与其他网络隔离的控制网络, 也没有提供基本的安全防护机制。

在1553B总线上, 所有结点连接到公用的通信介质上, 每个源结点可以直接发送消息到其他目的结点。由于所有的结点直接连接到介质, 因此攻击者并不能修改或删除从一个结点发送到另一个结点的消息, 但能够非常容易地读取到总线上传输的消息, 也可以很简单的冒充其它结点。1553B协议的几个典型的安全问题如下:

缺乏认证:仅需要使用一个合法的地址和合法的消息格式即可以建立一个RT, 参与到总线通信当中。

缺乏授权:没有访问控制机制, 攻击者可以很简单伪装成BC获取系统特权, 执行任意的功能, 访问所有设备。

缺乏加密:地址、命令和数据明文传输, 可以很容易地被捕获和解析。使攻击者轻易就能了解系统的当前状态和控制方式。

通过以上分析, 可以看出1553B总线缺乏机密性, 并没有任何确保信息在存储、传输过程中不会泄露给非授权的用户、其他实体的措施, 连入BM就可轻易得知总线上传输的数据。同时数据的完整性方面有重大安全隐患, 攻击者虽然无法对总线上传输的数据进行修改, 但可以隔离并冒充某远程终端或总线控制器, 使其他设备接收到伪造的数据或指令;也可以正常接入总线系统, 在并不影响总线正常通信的前提下参与通信。但协议对总线的可用性有较好的保障, 除非对双绞线实施物理破坏, 或者同时占据多条冗余总线长时间连续发送消息占据总线频道, 否则系统总是能够顺利的访问其他终端。

由于军用总线一般只是在飞行器或设备被敌方捕获的情况下才更容易受到攻击, 而攻击者也并不是为了破坏总线的可用性, 而是希望通过总线上传输的消息了解整个系统的运行状态、操控方式和系统内设备的参数、状态等信息, 进而知晓设备的性能与设计思路, 开展对设备的复制或找出设备可能存在的漏洞, 对国家安全造成威胁。

总线上传输的是系统的各种内部消息与控制指令, 甚至可能包括系统对外通信中使用的密钥, 攻击总线需要多个设备协同进行操作, 下面将运用BC、RT、BM设计一种简单的攻击场景案例。

攻击者为了对总线进行控制, 首先会使用BM监听总线上的数据, 在得到大量数据后就可以分析出系统大概的控制方式, 构建用于攻击的测试用例, 同时在其他设备实施攻击时, BM也会保持对总线的监听;由于一般系统运行的步骤比较固定, 所涉及的数据与内部状态较少, 为了进一步了解系统完整的控制方式则要使用RT对BC发出各种请求, 分析BC的响应方式, 了解系统处理错误的方式与平常并不使用的消息内容;在得到系统整体的控制方式后就可以使用BC接管整个系统, 访问内部如发动机状态、雷达数据等敏感消息, 控制设备进行各种操作, 实现了对系统的攻击。

四、安全漏洞的确定与测试结果及分析

根据上文对总线协议的分析, 可以看出我国目前武器系统中应用最广的MIL-STD-1553B总线自身并没有任何信息安全保护机制, 可能为设备的安全可控留下隐患。为此, 作者对1553B总线上可能的BC、RT、BM安全机制漏洞进行了测试。

4.1 BC的安全机制漏洞

按规范要求, 总线上只能存在一个BC, 攻击者的终端可以假装接受总线控制权并成为BC, 控制整个总线的传输, 进而控制整个控制系统。

4.2 RT的安全机制漏洞

按规范要求, 每个RT都有唯一的地址, 当另一个设备伪装成某个RT时, 会对总线产生干扰, 使BC接收到错误的数据, 进而对系统状态产生错误的判断。当BC发送RT→RT命令时, 恶意数据会在RT之间进行传播, 使其他RT接收到被篡改的数据, 影响RT的正常运行。

4.3 BM的安全机制漏洞

按照规范定义, BM检测、侦听总线上的所有消息, 攻击者能够利用这一机制通过将未授权的BM接入总线来探测总线上的数据信息, 可以很轻易的得知当前系统的运行状态。

为了对上述安全机制进行测试就必须搭建测试环境, 使数个1553B终端之间实施通信, 经过研究本文选择了由本单位自主设计的协议处理芯片组成的1553B板卡和由国内公司生产的MIL-STD-1553B总线仿真测试平台以及收发器、耦合变压器、端接电阻、屏蔽双绞线等部件组成了1553B通信系统。并对以下条件下的总线通信情况做出测试。

1、攻击者设备充当BC

当攻击者使用设备冒充BC时, 会造成系统内同时存在两个BC, 都可以控制系统运行。两个BC会对总线造成争抢, 虽不能同时通信, 但在总线未被占用时都可以发送命令。由于1553B总线属于控制总线, 而控制总线上的数据传输是突发的、实时的, 并不像计算机网络通信中会长时间占用通信线路, 所以攻击者设备发出指令的难度并不大。攻击者BC向RT发送数据结果如图2所示:

攻击者的BC可以正常的发送与接收数据, 也可以发送控制指令, 从测试结果中可以看出攻击者的BC可以向RT发送伪造的数据, 也可以读取RT数据。攻击者的BC能够控制系统的运行, 使其他设备做出错误的动作或对现有状态产生错误的判断, 对系统的安全稳定运行产生了极大的威胁。

2、攻击者设备充当RT

当攻击者充当内部RT, 并与一现有RT同地址时, 可以与该RT一起响应BC的命令。当BC发送指令时两个RT都会接收并回复状态字, 就会发生总线冲突, 而BC接收到何种数据则取决于攻击者RT与原RT发送速度的快慢, BC会接收第一个回复数据的RT的数据并丢弃第二个。由于双绞线的传输延迟对于1553B总线的传输速度来说可以忽略不计, 在1553B系统中响应速度的快慢主要取决于RT设备的处理速度, 故攻击者设备可以通过优化设计甚至通过简单的提高频率就可以抢在原有RT设备之前发出数据。攻击者RT向BC发送数据结果如图3所示:

从测试中可以看出攻击者的RT如果响应时间短于原有RT设备则可将伪造的数据传给BC, 使BC对当前系统运行状态产生错误的判断, 而原有RT所发送的消息则会被丢弃。而如果屏蔽掉原有RT则攻击者的RT则可以正常参与通信与收发数据。

3、攻击者设备充当BM

当攻击者设备充当BM时, 可以监视整个系统的运行, 并不与原有BM产生任何冲突也不会被探知。BM可以对总线上的数据进行记录和分析, 从而被用于监视和记录总线上的运行状态并了解设备之间的数据传输方式与设备的控制方式进而掌握整个系统的运作方式。

测试表明, 1553B总线在信息安全机制上存在安全风险。

五、结束语

1553B总线作为航空军用设备控制系统的神经中枢, 其协议的安全性与总线的实时性、可靠性、经济性等因素并重。本文结合1553B总线协议特点和通信模式, 通过运用信息安全的CIA三原则评价标准对现有的1553B总线安全性做了定性研究, 并使用多种攻击方式对总线的安全性进行了测试验证, 证明了1553B总线安全性方面的不足, 为以后提高总线安全性方面的研究打下了基础。

摘要：由于我国目前武器系统中应用最广的MIL-STD-1553B总线自身并没有任何信息安全保护机制, 可能为设备的安全可控留下隐患。故本文的研究方向是采用信息安全的CIA原则对总线协议进行分析, 并针对总线安全性的脆弱环节, 搭建总线测试环境, 采用冒充合法节点、特权获取、干扰、监听等攻击手段, 对总线系统的安全脆弱性进行验证。

关键词：1553B总线,CIA,总线安全

参考文献

[1]熊华钢.1553B总线通信技术的应用与发展[J].电子技术应用.1997

[2]NSFOCUS.NSFOCUS_ICS_Security_Report[R].2013

[3]范梦雪, 信息安全风险分析方法及应用[D].北京邮电大学硕士学位论文, 中国知网数据库.2006

总线测试 篇9

本文中主要以某型中程三坐标对空情报雷达为测试对象, 进行基于PXIExpress总线的雷达综合测试系统开发。

雷达综合测试系统, 主要是快速、准确地完成对雷达关键指标测试, 包括雷达产品规范中规定A组检验项目和其它整机关键指标的测试, 以确认并评估雷达整机工作状态是否正常。

1雷达整机性能测试需求分析

1.1雷达组成和原理框图

该雷达主要由天线单元、发射机、接收机、频率源、信号处理、数据处理、显示处理和配套设备等组成, 如图1所示。

1.2测试需求分析

本文以部分关键指标为例介绍该系统的测试需求分析, 如发射机单行输出峰值功率、接收机噪声系数等。在需求分析中, 针对每个参数的测试方法是测试系统设计的关键。

(1) 发射机单行输出峰值功率, 采用基于校正网络的测试方法。计算机控制单行发射机开关, 在校正网络总口采集每行发射机的耦合功率, 测试时考虑校正网络各行发射机至总口的耦合度, 利用虚拟仪器中的功率测试部分测试功率为, 发射机功率。

(2) 接收机噪声系数, 采用测试灵敏度的测试方法, 噪声系数的指标为, 可得系统灵敏度d Bm, 灵敏度测试从接收机信号输入端开始计算, 包括接收馈线、开关、接收机等, 测试信号从校正网络总口输入, 利用虚拟仪器中的示波器测试部分在中频端进行信号采集。

其它指标的测试方法在此不再描述。

2硬件平台设计

硬件测试平台利用虚拟仪器技术、构件技术、COTS技术和标准化技术综合集成, 利用计算机通过测试软件对集成在PXIe机箱中的测试仪器以及雷达进行控制, 完成对被测对象的测试。硬件组成主要包括PXIe机箱、PXIe嵌入式PC控制器、数据采集卡、适配器、KVM、信号源、示波器、衰减器等组成。硬件组成如图2所示, 适配器为测试系统与雷达的接口匹配, 负责连接测试系统、被测对象。

3软件平台

利用了计算机丰富的软件资源, 实现了部分仪器硬件的软件化, 增加了系统灵活性;通过软件技术和相应数值算法, 实时、直接地对测试数据进行各种分析与处理, 结合产品规范和专家经验, 形成对整机性能的评估。

3.1软件功能结构

控制雷达整机并检测各分系统的状态;建立被测指标数据库, 其中包括被测指标所属模块、测试方法、所用测试仪器仪表、测试仪表动作及被测指标正确域值;控制测试流程;实现仪表的接口函数、数据采集;测试结果比较与分析及界面引导。软件平台结构框图如图3所示。

软件模块组成如表1所示。

3.2测试流程

测试时, 针对某一测试项, 选择测试程序, 根据测试需求读取配置数据库的数据, 配置测试仪器、雷达参数, 进行相应的数据采集、分析计算, 并把结果写回到测试结果数据库中, 然后根据指标范围和专家经验评估整机性能。测试流程如图4所示。

4结语

本文中利用基于PXIExpress总线的虚拟仪器构建了雷达综合测试系统, 对测试系统软件进行了设计, 以实现对某型中程三坐标对空情报雷达整机性能的测试和评估。经实际测试证明, 系统测量数据符合技术指标要求, 可作为对雷达整机性能评估的依据。该项研究对全面提升雷达装备保障水平、更新保障手段及提高机动保障能力有着重要作用。

摘要：针对某型中程三坐标对空情报雷达的测试需求, 开发基于PXI Express总线的雷达综合测试系统。从雷达的测试方法分析入手, 阐述了测试系统的硬件平台和软件平台设计方法, 该系统可自动 (人工辅助) 、快速、准确地完成雷达性能指标测试和整机性能评估。

关键词：PXI Express,雷达,整机

参考文献

[1]王培元, 吴国庆.基于PXI总线的海防雷达检测平台设计[J].计算机测量与控制, 2010, 18 (5) :1100-1102.

[2]李杰, 何玉珠.基于PXI总线的主动雷达制导导弹自动检测设备[J].电子测量技术, 2009, 32 (1) :140-143.