隨著對(duì)于汽車功能性、安全性、舒適性等需求的日益增長(zhǎng)，汽車上的ECU功能也變得越來越強(qiáng)大。部分ECU開始采用多核處理器，需要處理多個(gè)通信系統(tǒng)并執(zhí)行復(fù)雜的控制算法，一些應(yīng)用對(duì)實(shí)時(shí)性能有著極高的要求。與此同時(shí)，多總線通信的需求日益增長(zhǎng)，通信數(shù)據(jù)量也逐步增多。這樣的趨勢(shì)導(dǎo)致測(cè)試系統(tǒng)對(duì)于測(cè)試工具性能的要求也隨之提高。為了滿足這些需求，除了配置高性能電腦外，CANoe也提供多種解決方案供用戶選擇，以應(yīng)對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。

01

VTP設(shè)備

VTP（Vector Tool Platform）設(shè)備中內(nèi)置處理器以及操作系統(tǒng)，并可通過連接網(wǎng)絡(luò)接口卡進(jìn)行總線通信。VTP設(shè)備與上位機(jī)之間通過USB或網(wǎng)線連接，上位機(jī)通過CANoe自帶的VTP或是獨(dú)立的Vector Platform Manager工具即可與VTP設(shè)備進(jìn)行交互，如連接、配置、控制、數(shù)據(jù)傳輸?shù)取Ｔ赩TP設(shè)備上，由于受第三方軟件的影響較少，系統(tǒng)擁有更高的定時(shí)器精度和更低的延遲。VTP設(shè)備在分布式模式（Distributed Mode）下僅運(yùn)行CANoe的Runtime Kernel，可減少分析窗口和圖形系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)部分的影響，特別適用于對(duì)實(shí)時(shí)性能要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景。此外，部分VTP設(shè)備還額外支持?jǐn)U展實(shí)時(shí)模式（Extended Real Time Mode），包含額外的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)用于執(zhí)行實(shí)時(shí)任務(wù)，可進(jìn)一步改善定時(shí)器精度和延遲，提升系統(tǒng)的整體性能。

圖1 VTP設(shè)備

目前常用的VTP設(shè)備及各自支持的運(yùn)行模式如下：

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分布式模式

為了解耦實(shí)時(shí)操作，CANoe可拆分為分析部分和仿真執(zhí)行部分。前者用于執(zhí)行分析功能以及相關(guān)GUI的顯示，后者則是CANoe的Runtime Kernel，用于執(zhí)行仿真和測(cè)試功能。通常情況下，用戶會(huì)采用PC+硬件接口卡的連接方式，此時(shí)這兩部分都運(yùn)行在同一臺(tái)電腦上，稱為接口卡模式（Interface Mode），如圖2所示。如果采用PC+VTP設(shè)備+硬件接口卡的連接方式，則可讓分析和仿真分別運(yùn)行在不同的設(shè)備上，其中上位機(jī)僅運(yùn)行分析部分，仿真部分在VTP設(shè)備上運(yùn)行，這就是分布式模式（圖3）。

圖2 接口卡模式

圖3 分布式模式

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擴(kuò)展實(shí)時(shí)模式

擴(kuò)展實(shí)時(shí)模式下，VTP設(shè)備內(nèi)部會(huì)分為兩個(gè)邏輯區(qū)域，一個(gè)用于常規(guī)仿真測(cè)試的執(zhí)行，另一個(gè)用于實(shí)時(shí)任務(wù)的執(zhí)行，可大幅提高實(shí)時(shí)性能，如下圖所示。擴(kuò)展實(shí)時(shí)模式可在實(shí)時(shí)條件下執(zhí)行CAPL程序和MATLAB仿真模型，此時(shí)程序和模型的執(zhí)行間隔可達(dá)到微秒級(jí)。此外，部分CAN/CAN FD總線接口卡也支持搭配VTP設(shè)備工作在擴(kuò)展實(shí)時(shí)模式下，在仿真發(fā)送短周期報(bào)文時(shí)擁有更穩(wěn)定的表現(xiàn)。擴(kuò)展實(shí)時(shí)模式下，用戶也可以使用VT板卡實(shí)現(xiàn)對(duì)I/O信號(hào)的讀寫，可對(duì)測(cè)量值進(jìn)行更高頻率的采樣，傳輸周期可低至200μs。

圖4 擴(kuò)展實(shí)時(shí)模式

02

Multi CANoe

如果使用一臺(tái)計(jì)算機(jī)以及配合VTP設(shè)備仍然無法滿足仿真、分析和測(cè)試任務(wù)對(duì)性能的需求，另一種解決方案是切換到Multi CANoe環(huán)境。即將一個(gè)CANoe工程拆分成多個(gè)不同的實(shí)例，運(yùn)行在同一臺(tái)或多臺(tái)計(jì)算機(jī)上，從而充分利用多核處理器以及多臺(tái)計(jì)算機(jī)的資源。任務(wù)可以按需分配到不同的Multi CANoe實(shí)例中，每個(gè)CANoe實(shí)例均有自己的用戶界面和Runtime Kernel，CANoe實(shí)例之間可通過自動(dòng)建立的FDX（Fast Data Exchange）連接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

所有CANoe實(shí)例中會(huì)有一個(gè)作為Master，其他則充當(dāng)Slave。僅Master需要CANoe Pro/Run的License，Slave端使用價(jià)格更低的CANoe Slave License即可。作為Master的CANoe實(shí)例可以控制所有實(shí)例的運(yùn)行，通過同步線及同步盒的連接，可使不同CANoe實(shí)例使用的接口卡設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)時(shí)戳同步。

圖5 Multi CANoe環(huán)境

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運(yùn)行同步

任意Multi CANoe實(shí)例嘗試啟動(dòng)工程時(shí)，都會(huì)向Master發(fā)送Start請(qǐng)求。Master隨后將Start命令發(fā)送給所有Multi CANoe實(shí)例，它們?cè)谑盏組aster的Start命令后都會(huì)啟動(dòng)各自的工程，并將狀態(tài)反饋給Master。在此期間，CANoe實(shí)例處于準(zhǔn)備運(yùn)行狀態(tài)，但并不會(huì)處理任何事件。當(dāng)Master檢測(cè)到所有CANoe實(shí)例都反饋了準(zhǔn)備啟動(dòng)狀態(tài)后，會(huì)通過硬件同步線發(fā)送同步脈沖作為所有實(shí)例的初始時(shí)戳0，此后CANoe實(shí)例才會(huì)正式啟動(dòng)并開始處理事件，從而實(shí)現(xiàn)所有CANoe實(shí)例的同步運(yùn)行。

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時(shí)間同步

不同CANoe實(shí)例使用的總線通信硬件接口卡通常都是不一樣的，接口卡之間可以通過同步線或是同步盒連接來實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步。作為Time Master的接口卡會(huì)從同步口發(fā)出同步脈沖，其他接口卡通過檢測(cè)該脈沖實(shí)現(xiàn)同步。接口卡數(shù)量越多，傳輸同步脈沖耗費(fèi)的時(shí)間就越長(zhǎng)，脈沖的跳變沿質(zhì)量也越差，這種情況下可以使用主動(dòng)同步盒（Multi SYNCbox Active）進(jìn)行補(bǔ)償，通過驅(qū)動(dòng)10個(gè)有源輸出來放大傳入的同步脈沖，確保10個(gè)輸出脈沖的發(fā)送時(shí)間之間幾乎不會(huì)存在偏移，并且輸出相對(duì)輸入的延遲是恒定的，可在測(cè)量后在CANoe的配置文件（can.ini）中設(shè)置，以便進(jìn)行補(bǔ)償。

圖6 基于Multi SYNCbox Active的時(shí)間同步

03

測(cè)試配置示例

目前，汽車電子電氣架構(gòu)正在向集中化和區(qū)域化的趨勢(shì)轉(zhuǎn)變，高性能計(jì)算機(jī)（HPC）和區(qū)域控制器（ZCU）也將扮演越來越重要的角色。在對(duì)HPC/ZCU進(jìn)行測(cè)試的過程中，需要用到的CAN/CANFD、LIN、Ethernet等總線通道的數(shù)量較多，每個(gè)總線通道上需要仿真的環(huán)境或使用的模型都可能很復(fù)雜，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量通常也非常巨大。此時(shí)，在一臺(tái)電腦上運(yùn)行所有的仿真很可能會(huì)遇到性能瓶頸。對(duì)于這種場(chǎng)景，用戶可以考慮將Multi CANoe與VTP設(shè)備結(jié)合使用，根據(jù)實(shí)際的復(fù)雜度將工程分解為合適數(shù)量的CANoe實(shí)例，分別運(yùn)行在不同的VTP設(shè)備或PC中，從而滿足HPC/ZCU等復(fù)雜控制器的仿真測(cè)試需求。

下圖展示了一個(gè)測(cè)試配置的示例，整個(gè)測(cè)試工程被拆分成4個(gè)CANoe實(shí)例，其中實(shí)例CANoe1運(yùn)行在VTP設(shè)備（RT Rack1）上，連接多塊VN7572用于多路CAN/CAN FD/LIN總線通信，外接的上位機(jī)PC1用于運(yùn)行CANoe1的分析部分；實(shí)例CANoe2和實(shí)例CANoe3運(yùn)行在同一臺(tái)工控機(jī)IPC2上，分別使用VN1531和VN5650用于CAN/CAN FD和Ethernet通信；實(shí)例CANoe4運(yùn)行在一臺(tái)單獨(dú)的工控機(jī)IPC3上，連接VN5650專門用于Ethernet通信。

圖7 測(cè)試配置示例

04

展望

CANoe架構(gòu)一直在不斷的優(yōu)化和升級(jí)，CANoe版本及服務(wù)包的每次更新，都伴隨著性能的顯著提升。以Ethernet通信為例，在復(fù)雜工程中進(jìn)行大量數(shù)據(jù)交互的場(chǎng)景中，CANoe17相較CANoe15已實(shí)現(xiàn)了超過3倍的性能優(yōu)化。未來的軟件版本還將持續(xù)更新優(yōu)化，逐步支持多進(jìn)程、多核運(yùn)行等，以便充分利用處理器資源，實(shí)現(xiàn)性能的進(jìn)一步提升。