CN110098989A - 一种基于canfd总线的多路can仿真***及测试方法 - Google Patents

一种基于canfd总线的多路can仿真***及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于CANFD总线的多路CAN仿真***及测试方法，***的下位机硬件电路模块通过蓝牙或USB方式连接至PC机。CAN FD总线仿真程序虚拟四根CAN FD总线，并在各虚拟总线上虚拟出需要仿真的节点，节点的发送请求放入USB3.1模块和蓝牙模块的发送缓冲区，并发到下位机硬件电路中，通过仿真节点所在的虚拟CAN FD网络以及仿真节点发送的目标网络，决定发送的真实CAN FD总线；当接收到了来自下位机监听的CAN FD报文数据后，将数据存入USB3.1模块和蓝牙模块接收缓冲区中，CAN FD总线仿真程序读取这些数据并将其发送给各仿真节点。本发明设计合理，结构清晰，可以虚拟任意个节点，节点与节点之间互不影响；可以同时支持多个CAN FD总线进行同时仿真，连接更便捷，便于移动性强。

Description

一种基于CANFD总线的多路CAN仿真***及测试方法
技术领域
本发明涉及电子自动化技术领域，尤其涉及一种基于CANFD总线的多路CAN仿真***及测试方法。
背景技术
在基于CAN FD总线的开发过程中，经常需要通过仿真来验证某个CAN FD节点的功能，因此需要将总线上与此节点交互的其他没有的节点通过计算机虚拟出来，并与真实的网络一起通信，从而充分验证被测节点的各项性能，和整个网络的性能。通常的做法是，使用USB转CAN FD的接口卡，将CAN FD总线与上位机PC连接起来，在上位机上运行特定的仿真程序模拟CAN FD网络上的其他节点以及节点之间CAN FD报文的接收和发送，通过USB接口，上位机仿真程序控制下位机发送和接收CAN FD报文，以对CAN FD总线上的节点进行仿真。
现有技术中存在的缺点是：
1、上述基于CAN FD总线的CAN仿真环境使用USB连接线实现上位机和下位机的连接，与无线通信方式相比，便携性不强；
2、上述仿真环境存在的问题是一般一个***只支持一根CAN FD总线，对网关和多路CAN FD总线支持不好。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种基于CANFD总线的多路CAN仿真***及测试方法，其克服了CAN FD总线仿真过程中的多路CAN FD总线支持问题以及扩展性问题，使用了支持四路CAN FD的硬件，并同时采用蓝牙模块和USB3.1模块作为连接PC与硬件电路的接口，设计了一个完整的基于CAN FD总线的多路CAN FD仿真环境。
为解决现有技术中存在的问题，采用的具体技术方案是：
一种基于CANFD总线的多路CAN仿真***，其包括PC机和下位机硬件电路模块；所述PC机内设有总线仿真程序模块；所述下位机硬件电路模块通过蓝牙模块的无线连接方式或通过USB模块的USB3.1线缆连接至PC机，同时所述下位机硬件电路模块通过CAN FD总线CANH和CAN FD总线CANL连接至总线上的其他节点；所述下位机硬件电路模块包含微控制器、蓝牙模块、USB3.1模块和CAN FD收发器，所述蓝牙模块一端通过无线电波与PC机相连，另一端与微控制器相连，所述USB3.1模块一端通过USB3.1线与PC机相连，另一端与微控制器相连；所述微控制器包含CAN FD控制器，所述微控制器通过CAN FD收发器与蓝牙模块或USB模块相连。
优选的方案，所述CAN FD控制器和USB3.1模块或蓝牙模块之间依次设有：CAN FD控制器接收缓冲区和CAN FD控制器发送缓冲区、本地CAN FD接收缓冲区和本地CAN FD发送缓冲区、报文USB3.1模块和蓝牙模块接收缓冲区、报文USB3.1模块和蓝牙模块发送缓冲区。
进一步优选的方案，所述CAN FD控制器为CAN FD总线的协议转换芯片，用于将CANFD总线上的报文和错误帧信息反馈给微控制器，每一个CAN FD控制器都有与CAN FD收发器相连的TX和RX引脚。
更进一步优选的方案，所述微控制器连接至少四个CAN FD控制器，每个CAN FD控制器的TX引脚与RX引脚分别连接CAN FD收发器的TX引脚和RX引脚，CAN FD收发器的CANH连接至CAN FD总线CANH，CAN FD收发器的CANL连接至CAN FD总线的CANL。
再进一步优选的方案，所述微控制器内部集成CPU和内存，与一个或多个独立的CAN FD控制器相连；或者所述微控制器内部集成一个或多个CAN FD控制器。
所述PC机包含至少一个中央处理器、至少一个PC机内部运行自动化服务器应用程序和至少一个自动化客户端测试程序。
本发明还提供了一种基于CANFD总线的多路CAN仿真***的测试方法，其包括以下步骤：
S1、上位机内部运行的CAN FD总线仿真程序通过USB3.1驱动程序连接至USB3.1模块，或者是通过蓝牙模块驱动程序连接至蓝牙模块，从而与下位机硬件电路模块之间建立起通信；
S2、CAN FD总线仿真程序虚拟四根CAN FD总线，并在各个虚拟的总线上虚拟出需要仿真的节点，仿真节点的发送请求放入USB3.1模块和蓝牙模块的发送缓冲区，并通过USB3.1驱动程序或蓝牙模块驱动程序下发到下位机硬件电路模块中；
S3、通过仿真节点所在的虚拟CAN FD网络以及仿真节点发送的目标网络，决定将要发送到的下位机真实CAN FD总线；
S4、当USB3.1驱动程序或蓝牙模块驱动程序接收到了来自下位机监听的CAN FD报文数据后，将这些数据存入USB3.1模块和蓝牙模块接收缓冲区中，CAN FD总线仿真程序读取这些数据并将其发送给各个的仿真节点。
其中，下位机硬件电路模块接收来自CAN FD总线的报文的流程是：其CAN FD控制器通过CAN FD收发器座连接的收发器监听到CAN FD报文后，将其缓存至内部的CAN FD控制器接收缓冲区，并通知微控制器，微控制器通过调用本地CANFD接收缓冲区内的接收函数将收到的报文保存到报文USB3.1模块和蓝牙模块接收缓冲区，通过蓝牙模块或USB3.1模块将这些数据上传至PC机。
下位机硬件电路模块的发送流程是：下位机微控制器从报文USB3.1模块和蓝牙模块发送缓冲区中读取来自蓝牙模块或USB3.1模块的要发送的报文数据，再通过本地CANFD发送缓冲区内发送函数将需要发送到总线上的报文放入CAN FD控制器的CAN FD控制器发送缓冲区内，经由CAN FD控制器通过CAN FD收发器座连接的收发器发送到CAN FD总线的CANH和CANL上。
通过采用上述方案，本发明的一种基于CANFD总线的多路CAN仿真***及测试方法与现有技术相比，其技术效果在于：
1、本发明构建了一个清晰合理的基于CAN FD总线的多路CAN FD仿真环境，其同时支持蓝牙模块和USB3.1模块，使得PC和控制器节点的连接更具有便捷性和移动性，
2、本发明设计合理，结构清晰，可以虚拟任意个节点，节点与节点之间是完全独立，互不影响的；
3、可以同时支持多个CAN FD总线进行同时仿真，支持网关功能。
附图说明
图1为本发明实施例中的上下位机连接的总架构图；
图2为本发明实施例中硬件电路的执行逻辑图。
图中标号为： 101、微控制器；102、CAN FD控制器；103、CAN FD收发器；104、CAN FD总线CANH；105、CANFD总线CANL；106、蓝牙模块；107、USB3.1模块；108、无线电波；109、USB3.1线缆；110、PC机；111、下位机硬件电路模块；201、CAN FD控制器接收缓冲区；202、CANFD控制器发送缓冲区；203、本地CANFD接收缓冲区；204、本地CANFD发送接收区；205、报文USB3.1模块和蓝牙模块发送缓冲区；206、报文USB3.1模块和蓝牙模块接收缓冲区。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实例并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明基于CANFD总线的多路CAN仿真***，如图1和图2所示，其包括PC机110和下位机硬件电路模块111。所述PC机110内设有总线仿真程序模块；所述下位机硬件电路模块111通过蓝牙模块106的无线电波108或通过USB3.1模块107的USB3.1线缆109连接至PC机110，同时所述下位机硬件电路模块111通过CAN FD总线CANH104和CAN FD总线CANL105连接至总线上的其他节点。所述PC机包含至少一个中央处理器、至少一个PC机内部运行自动化服务器应用程序和至少一个自动化客户端测试程序。
所述下位机硬件电路模块111包含微控制器101、蓝牙模块106、USB3.1模块107和CAN FD收发器103，所述蓝牙模块106一端通过无线电波108与PC机110相连，另一端与微控制器101相连，所述USB3.1模块107一端通过USB3.1线缆109与PC机110相连，另一端与微控制器101相连。
所述微控制器101内部集成CPU和内存，与一个或多个独立的CAN FD控制器102相连；或者所述微控制器101内部集成一个或多个CAN FD控制器102。本实施例中，所述微控制器101连接四个CAN FD控制器102，每个CAN FD控制器102的TX引脚与RX引脚分别连接CANFD收发器103的TX引脚和RX引脚，CAN FD收发器103的CANH连接至CAN FD总线CANH104，CANFD收发器103的CANL连接至CAN FD总线的CANL105。所述CAN FD控制器102为CAN FD总线的协议转换芯片，用于将CAN FD总线上的报文和错误帧信息反馈给微控制器。
所述CAN FD控制器102和USB3.1模块107（或蓝牙模块106）之间依次设有：CAN FD控制器接收缓冲区201和CAN FD控制器发送缓冲区202、本地CAN FD接收缓冲区203和本地CAN FD发送缓冲区204、报文USB3.1模块和蓝牙模块接收缓冲区206、报文USB3.1模块和蓝牙模块发送缓冲区205。
接收报文时，CAN FD控制器102依次与CAN FD控制器接收缓冲区201、本地CAN FD接收缓冲区203、蓝牙模块接收缓冲区206和USB3.1模块107（或蓝牙模块106）相连。发送报文时，USB3.1模块107（或蓝牙模块106）依次与蓝牙模块发送缓冲区205、本地CAN FD发送缓冲区204、CAN FD控制器发送缓冲区202和CAN FD控制器102相连。
本发明仿真环境的测试方法为：上位机内部运行的CAN FD总线仿真程序通过USB3.1驱动程序连接至USB3.1模块，或者是通过蓝牙模块驱动程序连接至蓝牙模块，从而与下位机硬件电路模块之间建立起通信；CAN FD总线仿真程序虚拟四根CAN FD总线，并在各个虚拟的总线上虚拟出需要仿真的节点，仿真节点的发送请求放入USB3.1模块和蓝牙模块的发送缓冲区，并通过USB3.1驱动程序或蓝牙模块驱动程序下发到下位机硬件电路模块中；通过仿真节点所在的虚拟CAN FD网络以及仿真节点发送的目标网络，决定将要发送到的下位机真实CAN FD总线；当USB3.1驱动程序或蓝牙模块驱动程序接收到了来自下位机监听的CAN FD报文数据后，将这些数据存入USB3.1模块和蓝牙模块接收缓冲区中，CAN FD总线仿真程序读取这些数据并将其发送给各个的仿真节点。
其中，下位机硬件电路模块接收来自CAN FD总线的报文的流程是：其CAN FD控制器102通过CAN FD收发器座连接的CAN FD收发器103监听到CAN FD报文后，将其缓存至内部的CAN FD控制器接收缓冲区201内，并通知微控制器101，微控制器101通过调用本地CANFD接收缓冲区203内的接收函数将收到的报文保存到报文USB3.1模块107或蓝牙模块106接收缓冲区，通过蓝牙模块106或USB3.1模块107将这些数据上传至PC机110。
下位机硬件电路模块的发送流程是：下位机微控制器101从报文USB3.1模块和蓝牙模块发送缓冲区205中读取来自蓝牙模块106或USB3.1模块107的要发送的报文数据，再通过本地CANFD发送缓冲区204内发送函数将需要发送到总线上的报文放入CAN FD控制器102的CAN FD控制器发送缓冲区202内，经由CAN FD控制器102通过CAN FD收发器座连接的CAN FD收发器103发送到CAN FD总线的CANH和CANL上。
采用上述的方法，可以构建一个清晰合理的基于CAN FD总线的多路CAN FD仿真环境，它的优势在于，同时支持蓝牙模块和USB3.1模块，使得PC和控制器节点的连接更具有便捷性和移动性；设计合理，结构清晰，可以虚拟任意个节点，节点与节点是完全独立，互不影响的；可以同时支持四个CAN FD总线进行同时仿真，支持网关功能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于CANFD总线的多路CAN仿真***，其特征在于，其包括PC机和下位机硬件电路模块；所述PC机内设有总线仿真程序模块；所述下位机硬件电路模块通过蓝牙模块的无线连接方式或通过USB模块的USB3.1线缆连接至PC机，同时所述下位机硬件电路模块通过CAN FD总线CANH和CAN FD总线CANL连接至总线上的其他节点；所述下位机硬件电路模块包含微控制器、蓝牙模块、USB3.1模块和CAN FD收发器，所述蓝牙模块一端通过无线电波与PC机相连，另一端与微控制器相连，所述USB3.1模块一端通过USB3.1线与PC机相连，另一端与微控制器相连；所述微控制器包含CAN FD控制器，所述微控制器通过CAN FD收发器与蓝牙模块或USB模块相连。
2. 根据权利要求1所述的一种基于CANFD总线的多路CAN仿真***，其特征在于，所述CAN FD控制器和USB3.1模块或蓝牙模块之间依次设有：CAN FD控制器接收缓冲区和CAN FD控制器发送缓冲区、本地CAN FD接收缓冲区和本地CAN FD发送缓冲区、报文USB3.1模块和蓝牙模块接收缓冲区、报文USB3.1模块和蓝牙模块发送缓冲区。
3. 根据权利要求1所述的一种基于CANFD总线的多路CAN仿真***，其特征在于，所述CAN FD控制器为CAN FD总线的协议转换芯片，用于将CAN FD总线上的报文和错误帧信息反馈给微控制器，每一个CAN FD控制器都有与CAN FD收发器相连的TX和RX引脚。
4. 根据权利要求1所述的一种基于CANFD总线的多路CAN仿真***，其特征在于，所述微控制器连接至少四个CAN FD控制器，每个CAN FD控制器的TX引脚与RX引脚分别连接CANFD收发器的TX引脚和RX引脚，CAN FD收发器的CANH连接至CAN FD总线CANH，CAN FD收发器的CANL连接至CAN FD总线的CANL。
5. 根据权利要求1所述的一种基于CANFD总线的多路CAN仿真***，其特征在于，所述微控制器内部集成CPU和内存，与一个或多个独立的CAN FD控制器相连。
6. 根据权利要求1所述的一种基于CANFD总线的多路CAN仿真***，其特征在于，所述微控制器内部集成一个或多个CAN FD控制器。
7.根据权利要求1所述的一种基于CANFD总线的多路CAN仿真***，其特征在于，所述PC机包含至少一个中央处理器、至少一个PC机内部运行自动化服务器应用程序和至少一个自动化客户端测试程序。
8.一种基于CANFD总线的多路CAN仿真***的测试方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1、上位机内部运行的CAN FD总线仿真程序通过USB3.1驱动程序连接至USB3.1模块，或者是通过蓝牙模块驱动程序连接至蓝牙模块，从而与下位机硬件电路模块之间建立起通信；
S2、CAN FD总线仿真程序虚拟四根CAN FD总线，并在各个虚拟的总线上虚拟出需要仿真的节点，仿真节点的发送请求放入USB3.1模块和蓝牙模块的发送缓冲区，并通过USB3.1驱动程序或蓝牙模块驱动程序下发到下位机硬件电路模块中；
S3、通过仿真节点所在的虚拟CAN FD网络以及仿真节点发送的目标网络，决定将要发送到的下位机真实CAN FD总线；
S4、当USB3.1驱动程序或蓝牙模块驱动程序接收到了来自下位机监听的CAN FD报文数据后，将这些数据存入USB3.1模块和蓝牙模块接收缓冲区中，CAN FD总线仿真程序读取这些数据并将其发送给各个的仿真节点。
9. 根据权利要求8所述的一种基于CANFD总线的多路CAN仿真***的测试方法，其特征在于，下位机硬件电路模块接收来自CAN FD总线的报文的流程是，其CAN FD控制器通过CANFD收发器座连接的收发器监听到CAN FD报文后，将其缓存至内部的CAN FD控制器接收缓冲区，并通知微控制器，微控制器通过调用本地CANFD接收缓冲区内的接收函数将收到的报文保存到报文USB3.1模块和蓝牙模块接收缓冲区，通过蓝牙模块或USB3.1模块将这些数据上传至PC机。
10. 根据权利要求8所述的一种基于CANFD总线的多路CAN仿真***的测试方法，其特征在于，下位机硬件电路模块的发送流程是，下位机微控制器从报文USB3.1模块和蓝牙模块发送缓冲区中读取来自蓝牙模块或USB3.1模块的要发送的报文数据，再通过本地CANFD发送缓冲区内发送函数将需要发送到总线上的报文放入CAN FD控制器的CAN FD控制器发送缓冲区内，经由CAN FD控制器通过CAN FD收发器座连接的收发器发送到CAN FD总线的CANH和CANL上。
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