AN-ION-1-3400 CANoe J1939用于系统仿真的原因

CANoe J1939用于系统仿真的原因1.0 概述最近几年，全世界的汽车总线网络开发都使用了一种功能强大的仿真分析工具，Vector公司的CANoe。

J1939的用户现在也能通过CANoe而受益于汽车工业的开发经验。

CANoe.J1939对J1939系统而言给用户提供了一个功能强大的仿真和开发环境。

在J1939的设计阶段，开发者可以通过CANoe.J1939来仿真剩余总线的网络行为，并通过观测总线负载从而决定正要进行开发的硬件系统应该满足的基本要求。

CANoe.J1939可以容易地完全仿真一个总线系统，在该过程中还能得到对J1939协议的完全支持。

因此，CANoe.J1939的应用使得在整个J1939的项目过程中不仅缩短了时间还节约了成本。

CANerator J1939是Vector公司所提供的J1939网络配置工具，该软件集成于CANoe J1939中。

CANerator J1939可以用来创建一个工程，该工程用于将要被仿真的J1939系统。

CANerator为每一个仿真的设备产生CANoe数据库和设备模型。

由于给定了所有与通讯相关的参数，设备模型就能代替所有的总线通讯。

该过程不需要用户写一些用于通讯仿真的代码，因为这些代码是自动生成的。

基于回调函数和环境变量灵活的数据接口，用户可以集中精力编写应用程序。

对于某些外部影响的仿真和可视化，例如输入/输出值、温度、增量编码信号等，可以通过操作面板来实现。

同时，仿真过程中产生的模型可以被真实的J1939设备逐步取代。

然后每一个真实设备可以同现有的设备（模型）进行实时仿真。

该过程可以称为残余总线仿真。

在开发的最后阶段，当所有的设备都是真实的时候，CANoe J1939此时提供给J1939系统分析的功能。

图画1：CANoe J19392.0 系统建模的基本概念CANoe对于CAN总线系统而言是一个通用的开发、测试和分析环境，它使得项目的参与者能够在整个项目开发流程中都可以使用CANoe来成不同阶段的工作。

系统集成厂商通过CANoe 可以完成功能发布、功能性检查和系统的集成等功能。

而零部件供应商可以通过对残余总线和环境的仿真把CANoe作为理想的测试环境。

整个的开发流程是基于一个阶段模型，该模型可以划分为三个开发阶段（见图1）。

阶段1：网络系统的需求分析和设计首先，在设计的初期是将整个系统的功能分解到不同的网络节点，并完善各个网络节点的具体功能，这些功能包括消息的定义和总线波特率的选取。

同时还要规定每个网络节点的总线行为，例如消息的循环发送时间和更加复杂的通讯协议。

然后就能根据上述的定义和规范进行仿真。

即在预先规定的波特率条件下，通过仿真工具来仿真总线系统进而对总线负载和延迟时间进行初始估计，达到对上述信息的评价。

最后，这些规范将被用于下阶段的测试。

为了进一步地研究，可以创建一个全系统的动态功能模型。

该模型包括对网络节点行为的指定，这些网络行为是根据输入输出变量和收发的消息规定的。

非常重要的是该模型是一个对行为进行过程描述的事件驱动模型。

例如，模型可以定义当接收到一条消息（事件）后接收到的数据将怎么做进一步处理（过程），或者是结果如何作为一个控制变量输出。

用户同时也必须规定仿真工具的输入变量，从而可以仿真网络节点的时间行为和消息的收发。

仿真结果可以用来验证设计的合理性和以后用于给系统实现作参考。

阶段2：通过残余总线仿真来部分实现第一阶段的工作完成以后，单个节点的设计和开发通常由各个零部件供应商单独并行地进行。

其它网络节点的模型现在就可以用来做残余总线仿真，进而对开发好的网络节点进行测试。

为了残余总线仿真，需要一个接口来连接真实总线，该接口必须能够实时地处理仿真。

阶段3：整个系统的集成在开发的最后阶段所有的真实节点都一步一步地连接到总线上。

为了完成真实节点的连接，在残余总线的仿真过程中要一个一个地将节点模型断开，取而代之以真实节点。

CANoe逐渐地作为一个智能分析工具来观察总线上的真实网络节点之间的消息流通，并且和规定的需求做比较。

图1：开发流程的阶段模型网络节点行为中的输入输出信号可以借助于环境变量来进行描述。

CANoe划分了离散变量和连续变量，开关位置信号能够表示为离散环境变量，而使用连续环境变量可以描述出温度或发动机转速信号的大小。

控制面板给用户提供了一个友好的界面来访问环境变量。

用户可以借助于面板编辑器的帮助创建面板。

在仿真的过程中，环境变量的值能够被显示（灯、计数器等）和在线修改（开关、电位计等）。

图2的示例试着阐述了CANoe为CAN总线系统仿真所提供的仿真和测试功能通过按下控制面板左边的按钮使得离散环境变量——“按钮”的值为1。

左边的总线节点响应该变量的变化并发出一条消息到CAN总线上。

在中间的总线节点接收到该消息后将离散环境变量——“灯”的值设为1。

最后使控制面板中间的小灯点亮。

图2：仿真系统的组件类似的，用户同样可以调节控制面板中间的电位计，通过调节电位计改变连续环境变量——“电位计”的值。

该过程使得中间的网络节点在总线上放置具有新数据的消息。

在右侧的网络节点接收到该消息，同时将该消息内的信号通过计算得到新的值再赋给环境变量——“发动机转速”。

最后，在控制面板右边的发动机转速显示更新了。

前面所述的功能借助于CAPL中的函数能够非常容易地实现。

基于这种思想，对复杂系统的仿真只需很少的工作就能较为容易地完成。

3.0 系统仿真的优点3.1 系统建模为了建立一个完整的通讯系统，有必要详细地规划所有设备间的通讯关系。

有时这个工作通过书面文档的形式来完成，但是这种方式就不可能对其做任何进一步的应用处理。

除此之外，还有许多系统设计师通过使用一些数据库来做这方面的工作，虽然这将允许进一步的后期处理，例如文档的生成，但是这些工作并不能使用CAN规范的具体知识。

因此，如果使用一个特定的CAN仿真工具，通讯行为能够被规划和描述。

实际上，已经有一种被称之为CANdb数据库的工业标准来描述通讯矩阵。

简单的来讲，建立一个网络描述意味着选取合适的PG，然后再定义设备间的通讯关系。

3.2 通讯通道的评估在许多设备之间定义复杂的通讯是一件容易出错的工作。

使用一种仿真工具可以立即地测试通讯通道。

如果与通讯相关的错误在项目的最后阶段才被发现的话，将会浪费大量的时间和造成许多问题。

通常这将同时影响到系统集成商和零部件供应商。

而CANoe J1939却能帮助用户避免这些问题，使得在供应商参与到项目中之前和具体的实现开始之前就能发现问题。

3.3 总线负载在项目的计划编制阶段，通过仿真通讯系统就能得到关于系统总线负载的信息。

这将使得在系统集成阶段避免了许多烦人的问题。

3.4 设备性能仿真可以帮助用户检查总线负载，甚至是过载的情况。

除了一般的总线负载之外，还能影响到设备中微控制器的性能。

一些运行的设备只有在临界负载情况下才会暴露出问题。

在一个集成好的系统中来发现上述的问题是非常耗时的，因为很难将问题出现的状态再现。

如果发现了问题，要在实现的设备上来解决这个问题可能需要软件的重新设计，这个过程将会因为改变大量的数据而消耗时间。

一个大型的医药制造商在其总线系统中发现了一些零星的问题。

在通过总线仿真再现总线负载的帮助下，这些零星的问题被确定为设备性能的问题。

3.5 分布式开发流程一个典型的系统开发过程基本上是，首先要规定各个零部件供应商之间的功能接口，然后供应商开发零部件设备并做一些自己设计的测试工作，最后再交付给OEM厂商。

OEM厂商将这些交付来的设备进行集成，而并不需要做太多的其它方面的工作。

因此要找出系统中存在的问题根源是一件非常困难的事，同时这个过程也将会耗费大量的时间，比较难以确认究竟是哪一部分的问题。

将系统模型交给零部件供应商可以让他们在一个完整的系统环境下来开发设备。

通过对残余总线进行实时仿真，系统中设备的行为能得到有效的测试，并使其非常接近于真实系统。

如今，全世界许多的大型汽车制造厂商和农用机械制造厂商已经选择使用上述这种开发理念。

这将使他们的开发流程得到革命性的进步。

不难想象，如果没有CANoe，CAN总线系统很难得到有效的开发。

4.0 参考应用4.1 汽车车身电子CANoe的开发在最初阶段是和DaimlerChrysler以及其他汽车厂商的研究和预开发部门紧密合作而完成的。

这些汽车厂商对于需求分析提供了他们宝贵的经验。

同时，CANoe的这种开发理念已经在大多数欧洲和全世界其他许多的车身总线网络开发设计商身上得到了验证。

图3：汽车实例4.2 农用电子农业市场由许多拖拉机和收割机制造厂商以及其他许多设备制造厂商（也称为农用器械）组成。

这些厂商面临的问题是农夫们想尽量将拖拉机和其他农用机械集成起来。

制造厂商已经解决了大部分机械和电子之间的接口问题，下一步将是如何解决电气接口的问题。

在80年代后期，通过使用CAN总线和LBS协议已经建立了一套基于J1939的总线系统，称之为ISO11783或精简型ISOBUS。

在2001年春天，该规范或多或少在一定程度上达到了较为稳定的状态，并目标在2001年秋天推出其第一个产品。

而且该总线系统的开发得到了CANoe的支持。

有声明表示，“如果没有CANoe的帮助，我们很难在短时间内达到预期的目标”。

图4：农用设备（CANoe ISOBUS）和TECU之间的通讯测试4.3 公共车辆垃圾回收车、道路清理车以及具有其他功能的机动车辆所占有的市场由于相关少量的几个控制单元要完成广泛的应用而停止不前。

因为制造厂商不得不通过提供所有相关卡车制造商的接口来服务客户，这样就导致了在总线通讯上作了太多大量的工作。

因此有一个厂商组织想建立一个标准的通用接口来减少这种因为接口不同而导致的大量工作，该接口最终就像是ISO11992和CANopen的结合。

其他厂商，例如DaimlerChrysler Unimog已经选择通用的J1939标准作为通讯接口标准，在他们的开发过程中使用了CANoe J1939/ISOBUS。

图5：消防车模型4.4 教育一些大学使用CANoe来学习CAN及其高层协议。

通过CANoe来进行总线仿真是一种非常灵活的学习方式，既可以证明和练习一些CAN的应用实例，还无需搭建不同的硬件平台。

5.0 问题和解答该节主要就一些CANoe J1939使用上的典型问题作解答。

5.1 与数学仿真系统的关系是什么？数学仿真系统的数学和逻辑仿真功能比较强大，但是这些仿真系统缺乏CAN总线通讯的特定知识背景。

而CANoe是在累积了10年多的CAN总线系统经验基础之上而设计的仿真系统。

同时，CANoe与许多其他系统之间都有一个开放的接口，例如与Matlab/Simulink。

当然对用户而言，可以取得免费的CANoe维护合同。