摘要：汽车电控单元ECU的数量在不断增多，对于ECU的网络管理测试需求猛增。手动测试及单个ECU网络管理专用测试程序已经很难满足测试需求，因此有必要设计一种通用性高、适用性广的网络管理自动测试设备。该测试设备基于OSEK/VDX网络管理规范开发，硬件主要使用Vector工具链，如总线接口卡、电源管理模块及VH6501等。测试设备通过CAPL编写测试脚本，在CANoe环境下进行测试。通过开NM通信模型的方式，支持OSEK网络管理单元测试或集成测试模式。
关键词：OSEK；CAPL；NM通信模型；自动化测试
1前言
汽车技术在朝着电子化发展的过程中，车载ECU（ElectronicControlUnit，电子控制单元）的数量必然急剧增加。ECU通信过程中，为防止其他节点未在线或处于故障状态而导致网络信号的丢失，专门的网络管理机制随之出现［1］。网络管理机制不仅能够保证ECU间通信的稳定，也可以作为休眠唤醒的管理机制，使ECU适时地进入静态功耗状态［2］。汽车软件标准OESK/VDX规范提供了两种网络管理机制，直接网络管理和间接网络管理，统称OSEK网络管理。间接网络管理基本没有节点间的通信控制逻辑，而直接网络管理涉及较为复杂的测试逻辑，因此也是本系统测试的重点。OSEK网络管理定义了NM通信报文，以特定ID作为与其他应用报文的区分，并为报文设定了特定数据内容。网络管理（NetworkManagement，简称NM）测试主要关注NM报文格式、NM时间参数测试和NM管理逻辑测试。下文将会详细讨论OSEKNM的测试内容和方法。
2测试内容分析
通过分析OSEK网络管理的需求规范，确定NM一致性测试的测试内容及方法。如图1所示为OSEK网络管理状态跳转示意图，网络管理状态如下：NMOff、NMOn、NMShutDown，其中NMOn状态下，又分为NMIinit、NMAwake、NMBusSleep三种子状态，NMAwake又包含NMReset、NMNormal、NMLimpHome三种状态。OSEK通过让各节点建环的形式进行网络的管理，如网段上包含A、B、C三个节点，则逻辑环为A-B-C-A，如此循环往复。为满足NM通信需求，OSEK定义了3种NMPDU（网络管理数据帧）：Alive、Ring、LimpHome报文，并定义了几个重要时间参数，见表1。根据上述，可以设计一致性测试用例，本系统涵盖50+条OSEKNM测试用例，覆盖范围广泛，测试用例划分为以下几部分。
1）NM报文格式测试，如Alive报文格式、Ring报文格式、Limphome报文格式测试等。
2）NM时间参数测试：如T_Typ、T_Max、T_Error、T_WaitBusSleep等时间测试。
3）逻辑环测试：如逻辑环建立、异常Ring报文干扰等测试。
4）状态跳转测试：如Normal状态下睡眠响应、Limphome状态下睡眠响应、Limphome复位、睡眠中断等测试。基于以上测试需求，本文设计了一套车载电控单元网络管理自动化测试设备。设备以CANoe为软件平台，辅以针对测试而开发的OSEKNM通信模型，实现NM的自动化测试。较手动测试而言，该设备具有自动化程度高、通用性强、执行效率高等优点，通过NM通信模型的加入，可以模拟各种NM逻辑，使测试范围覆盖度远远高于手动测试。
3系统设计与实现
3.1测试系统设计
该测试设备基于测试内容设计，由测试执行软件、硬件系统、NM通信模型、测试脚本4部分组成。测试执行软件选用Vector公司的CANoe软件。CANoe具有分布式系统设计、仿真、测试、评估等功能，支持CAN总线通信仿真模型编写［3］。本设备应用到CANoe的CAPL编程环境，进行NM通信模型及测试脚本的开发。测试硬件系统包括总线接口卡、测试配置板卡、程控电源等，硬件通过开发程控包，可在CANoe中直接调用，例如配置测试终端电阻，通过串口进行供电电源的电压输出控制等［4］。测试配置示意如图2所示，虚线框内为通过测试配置板卡控制的可选终端电阻。NM通信模型由CAPL开发，因此可以与下位机执行软件无缝衔接。NM通信模型实现OSEK网络管理的虚拟节点在线仿真功能，如可以建立OSEK虚拟逻辑环、逻辑环异常干扰等，如图3所示。虚拟节点支持对NM报文的信号值、周期等参数进行设置，以满足不同的测试项要求，这些模型参数的调整接口在测试脚本中能够直接调用。测试脚本同样基于CAPL编写，因此可与NM通信模型联合运行在CANoe平台上进行NM测试。
3.2OSEKNM测试用例实现
假定测试ECU的NM网络管理报文ID为0x627，则设置NM通信模型主要参数如表2所示。根据测试需求，可以提炼出几种模型状态定义，如图4所示。两个比较典型的测试用例加以说明。1）插入指向ECU的Ring报文测试。首先，为ECU供电，使ECU唤醒；调用VirNode建环模型，使ECU与编号1~3的虚拟节点建立正常的逻辑环；然后调用VirNode异常干扰模型，即插入编号4的虚拟节点，且设置VirNode4.Byte（0）=0x27，VirNode4.OpCode=0x2，即指向ECU的Ring报文；最后观察ECU发送报文状态。2）Normal状态进入睡眠时NM唤醒中断测试。首先，为ECU供电，使ECU唤醒；调用VirNode建环模型，使ECU与编号1~3的虚拟节点建立正常的逻辑环；然后改变ECU供电状态，使其满足睡眠条件，则ECU发送带有睡眠请求的Ring报文；之后调用VirNode睡眠响应模型，满足总线睡眠；在T_WaitBusSleep时间内，调用VirNode睡眠中断模型，即重新使编号1的模拟节点上线，发送VirNode1.Byte（0）=0x28，VirNode1.OpCode=0x1的Alive报文；最后观察ECU发送报文状态。
4测试结果分析
因OSEKNM的测试条目总和达到了50条以上的规模，因此本节也只选取了两个典型的测试案例进行分析说明。
4.1T_WaitBusSleep时间测试
测试描述：验证T_WaitBusSleep时间参数的偏差。评价标准：T_WaitBusSleep时间应满足在4~6s时间内。测试结果分析如下。1）如图5所示，ECU在时间戳940.396s发送了睡眠帧，但是在之后又发送了一帧ID为0x2C9的应用帧，不满足OSEK的要求。2）如图6所示，在时间戳945.397s出现ECU不应答的发送错误帧，说明ECU进入睡眠状态，则T_WaitBusSleep时间为睡眠帧到出现错误帧的时间差，即5.001s。综合1）、2）结果分析，该项测试结果为错误，虽然T_WaitBusSleep时间正确，但是睡眠帧发出后，ECU应停止发送所有报文，因此状态错误。
4.2Limphome状态下睡眠中断测试
测试用例：Limphome状态进入睡眠时NM唤醒中断测试。测试描述：验证在ECU从Limphome状态进入睡眠模式过程中，接收到NM报文时的睡眠中断反应。评价标准：T_WaitBusSleep时间内，接收到NM报文时，ECU能被唤醒，并重新发送Limphome报文。测试结果分析如下。1）如图7所示，在时间戳1866.971s接收到NM报文，E－CU在1867.962s发出自身NM报文。2）唤醒后，ECU仍然处于limphome状态。唤醒后ECU.OpCode=0x14。综合1）、2）评价，本项测试结果正确
5结束语
基于OSEK/VDX网络管理规范开发的车载电控单元OSEK网络管理测试设备，通过开发NM通信模型的设计理念，使系统对于OSEK网络管理的测试更智能、更准确，且能覆盖更多的测试用例。通过验证，该设备能够准确的完成网络管理测试，且比人工测试缩短3倍以上的时间，因此极大提高了OSEK网络管理的整体测试效率。
作者：朱龙 周旋 王凯 黄帅 单位：徐州徐工汽车制造有限公司
