LIN主测试装置的制作方法

lin主测试装置
技术领域
1.本公开涉及测试装置和用于操作该测试装置的软件。本公开具体涉及用于汽车计算单元的利用uart接口来仿真从节点行为的多通道本地互连网络(lin)主测试装置以及测试和验证系统。


背景技术：

2.测试自动化在汽车工业中广泛用于独立测试和验证(it&v)和产品测试和确认(pt&v)的目的。这特别适用于通信总线的测试，通信总线例如lin、控制器区域网络(can)和flexray(fr)总线，因为它们形成产品功能的关键部分。
3.lin总线是汽车应用中使用的最简单和最廉价的通信总线中的一种。因此，lin集群广泛用于车辆中的大量控制功能，例如用于控制镜子和座椅调节的门集群以及用于控制空调和风扇设置的舒适集群。各个lin集群包括多个从节点，各个从节点与特定控制或功能相关联，从节点又通过单线串行lin总线连接到主节点。主节点或装置可以具有超过一个lin通道，各个lin通道用于服务不同的lin总线。例如，图1示出了连接到车身控制模块(bcm)2的lin总线1a至1e的示例性拓扑。如所示的，5个lin总线1a至1e中的各个lin总线与lin从节点3的集群相关联，并且bcm 2具有5个lin通道4a至4e，各个lin通道连接到lin总线1a至1e中的一个。
4.在现代车辆中，bcm通常包括具有十个或更多lin通道4的lin主控器。这在这些模块的生产后测试期间产生了挑战，因为需要同时测试所有lin总线。例如，在实际的示例中，bcm 2可以具有12个lin通道4，并且生产吞吐量可能需要在各个测试站的各个测试周期中测试3个bcm 2。在这种情况下，各个测试系统将需要支持36个独立的lin通道4。不幸的是，传统的lin接口各装置包含不超过4个通道，各个接口花费大约$830。因此，为了支持所有36个通道，所需的9个接口将花费$7.5k。在乘以测试站的数量时，累积成本就很高。同时，各个站中的9个lin接口将占用相当大的空间，并且需要连接到单个计算机，通常是通过usb或pcie。这在与确认测试设施相关的高噪声环境中产生了其自身的技术问题。
5.虽然具有多个lin通道的片上系统(soc)模块在市场上可得到，但是它们总是用于主装置应用，例如用于bcm。因此，这种多通道主装置接口不能用于在主装置测试期间复制从节点的操作。
6.因此，需要开发一种成本有效且简单的支持从功能的多lin通道接口。


技术实现要素：

7.根据第一方面，提供了一种用于测试具有多个本地互连网络lin通道的lin主装置的测试装置，所述测试装置包括：多个lin通道终端，各个lin通道终端用于连接到与所述lin主装置的所述lin通道中的一个lin通道相关联的lin总线；一个或更多个通用异步接收器/发送器uart电路，所述一个或更多个uart电路在通信上耦接到所述多个lin通道终端以在相应的lin总线上接收和发送信号；以及控制器，所述控制器在通信上耦接到所述一个或
更多个uart电路，并被配置成使用所述一个或更多个uart电路在各个所述lin总线上实现lin从状态机，以仿真lin从行为。
8.这样，提供了一种成本有效且简单的多lin通道测试装置，其可以在各个lin总线上仿真lin从节点功能。特别地，通过利用uart接口，并且通过在控制其的软件中实现lin从状态机来通过这些接口复制从节点行为，可以同时支持大量的lin通道。因此，这允许将测试过程应用于在同一测试周期中同时测试主节点装置的多个通道。此外，使用在商业上可作为集成电路芯片获得的uart接口提供了成本有效且紧凑的组件。
9.在实施方式中，各个lin从状态机响应于在其相应的lin总线上检测到中断字段而从空闲状态转换到lin帧检测状态。这样，lin从状态机的行为可以复制lin从节点的正常操作响应。
10.在实施方式中，当在所述lin总线上存在9个或更多个连续的主要位时，识别所述中断字段。
11.在实施方式中，一个或更多个uart电路被配置成识别lin总线上存在的9个或更多个连续的主要位。
12.在实施方式中，所述控制器包括主定时器并且被配置成使用所述主定时器来实现用于对各个lin总线上的信号字段进行定时的超时定时器，其中，各个超时定时器在相应的lin从状态机的各个状态的转变之后被重置。这样，控制器可以用于基于帧内的字段的位时间来确定具有lin帧规范的所接收帧的有效性。
13.在各实施方式中，所述控制器被配置成：响应于在相应的lin总线上的所述超时定时器比与相应的lin从状态机的当前状态相关联的下阈值短，识别成帧错误；并且其中，所述相应的lin从状态机响应于检测到所述成帧错误而转换到空闲状态。
14.在实施方式中，其中，所述控制器被配置成：响应于在相应的lin总线上的所述超时定时器比与所述相应的lin从状态机的当前状态相关联的上阈值长，识别超时错误；以及其中，所述相应的lin从状态机响应于检测到所述超时错误而转换到空闲状态。
15.在实施方式中，各个lin从状态机包括用于在相应的lin总线上接收标识符的标识符接收状态，其中，所述lin从状态机基于所接收的标识符转换到数据接收状态和数据发送状态中的一者。
16.在实施方式中，所述控制器被配置成响应于在相应的lin总线上的所述标识符中接收到无效奇偶校验位而识别奇偶校验错误，其中，所述相应的lin从状态机响应于检测到所述奇偶校验错误而转换到空闲状态。
17.在实施方式中，所述控制器被配置成当用于相应的lin总线的lin状态机处于所述数据接收状态时接收数据，并且其中，所述控制器被配置成响应于所接收的数据中的无效校验和来识别校验和错误，其中，所述lin从状态机响应于检测到所述校验和错误而转换到空闲状态。
18.在实施方式中，所述控制器被配置成当用于相应的lin总线的lin状态机处于数据发送状态时发送数据。
19.在实施方式中，所述多个lin通道终端中的各个lin通道终端包括lin收发器，并且其中，所述lin收发器耦接到所述一个或更多个uart电路的rx线路和tx线路以在相应的lin总线上接收和发送信号。
20.在实施方式中，所述lin收发器被配置成将在其tx线路上接收到的信号回送到其rx线路，并且其中，所述控制器被配置成响应于在所述rx线路上接收到的信号不对应于在所述tx线路上发送的信号而识别复述错误。
21.在实施方式中，一个或更多个uart电路包括max14830芯片。有利地，max14830芯片在各个芯片上提供4个uart通道，从而使支持印刷电路板上所需的芯片总数最小化。同时，芯片具有用于提供高吞吐量的spi接口，并且还提供中断信号的检测。
22.在实施方式中，装置包括4个max14830芯片。在实施方式中，该装置被提供为安装在机架上的卡。在实施方式中，装置包括第二模块，所述第二模块具有第二多个lin通道终端、在通信上耦接到所述多个lin通道终端的一个或更多个第二uart电路、以及第二控制器，所述第二控制器在通信上耦接到所述一个或更多个第二uart电路并被配置成在与所述第二多个lin通道终端相关联的各个lin总线上实现lin从状态机。
23.在实施方式中，测试装置还包括以太网模块，所述以太网模块耦接到控制器以将测试数据发送到远程测试计算机。这样，即使在有噪声的测试环境中，也可以促进将测试数据可靠地传送到远程测试计算机。此外，这允许多个测试装置与单个测试计算机通信。
24.根据第二方面，提供了一种非暂时性计算机可读媒体，其上存储有软件指令，所述软件指令用于测试装置来测试具有多个lin通道的本地互连网络lin主装置，其中，所述软件指令在由所述测试装置中的控制器执行时，在与所述lin主装置的lin通道相关联的lin总线上实现lin从状态机以在所述lin总线上仿真lin从行为，其中，所述软件指令通过一个或更多个通用异步接收器/发送器uart电路来实现所述lin从状态机，所述uart电路在通信上耦接到所述控制器，并且其中，所述uart电路在通信上耦接到多个lin通道终端以在相应的lin总线上接收和发送信号。
附图说明
25.现在将参照附图描述说明性实施方式，其中：
26.图1是示例车身控制模块的lin总线拓扑的示意图；
27.图2示出了根据lin总线协议的lin总线消息帧结构；
28.图3是根据说明性实施方式的测试装置的示意图；
29.图4是图3所示的扩展板的透视图；以及
30.图5是根据说明性实施方式的状态机的示意图。
具体实施方式
31.在实施方式中，提供了一种测试装置，其中lin总线的物理层(osi第1层)使用通常可得的lin收发器来实现，并且数据链路层(osi第2层)上的lin总线使用uart接口来实现来仿真lin从节点行为。这利用了lin通信协议与经典uart通信协议之间的相似性，在经典uart通信协议中有一个停止位而没有奇偶校验位。
32.就此而论，图2示出了根据lin通信协议的示例lin总线消息帧。各个lin总线消息帧以主节点发送的报头5开始，报头5以中断信号6开始，其后是用于使从节点与主时钟同步的同步字段7，以及用于标识报头4指向哪个从节点的标识符8。在报头5之后，存在数据字段9，数据字段9用于从主装置2向从装置3发送指令或者从从装置3向主装置2发送响应。因此，
由主装置2发送的中断信号6用于标识各个lin帧的开始。
33.与lin协议不同，uart协议不包括中断字段6。这样，传统的uart控制器会将中断字段检测为成帧错误。成帧错误不能用于指定帧的开始，因为将其用作触发将不能保证在总线上存在至少9个连续的主要位。然而，在实施方式中，lin从节点的行为可以由uart接口和控制器cpu使用由软件控制的spi接口来实现。这样，提供了lin从状态机的软件实现。
34.图3示出了根据说明性实施方式的测试装置的示意图。在该实施方式中，提供了扩展板10作为具有30个lin通道4以及can通道和fr通道的安装在机架上的卡。各个扩展板包括两个智能通信模块11a至11b，各个模块11a至11b具有cpu 12a至12b和4个max14830芯片13a至13b。在各个模块11a至11b中，lin通道4的物理层使用lin收发器14a至14b来实现，并且提供lin总线1a至1e与向智能通信模块11a至11b供电的电源的电隔离。
35.智能通信模块11a至11b通过嵌入在各个通信模块中的以太网总线(100basetx)与测试计算机(未示出)通信。模块分别通过以太网端口15a和15b连接。以太网总线由此允许大量智能通信模块11a至11b容易地连接到单个测试计算机。提供以太网连接优于多个usb连接，因为usb电缆限于最长5m，并且以太网在噪声条件下提供提高的可靠性。
36.各个max14830芯片13a至13b提供4个uart总线，各个uart总线能够用作lin通道4。由于在各个智能通信模块11a至11b上提供了4个max14830芯片13a至13b，每个模块11a至11b可以提供最多总共16个lin通道。在该实施方式中，各个模块11a至11b仅提供了15个lin通道。各个模块的max14830芯片13a至13b共享同一spi总线16，以与其各自的cpu 12a至12b通信。在spi总线16内，芯片选择线从3个cpu cs线多路分解成4个单独的cs线，每个max14830芯片13a至13b一个cs线。max14830芯片13a至13b还为每个芯片提供两个can总线，在一些实施方式中，这可以用于测试多达16个can通道。在实施方式中，max14830uart芯片13a至13b还可以包括附加的自由i/o引脚，其可以用于终端电阻器使能。
37.max14830 uart芯片13a至13b提供中断字段的检测，其与超过9位时间的主要状态(即电压变化)对应。这促进了对lin从节点检测中断信号的仿真。
38.lin收发器14a至14b被配置成在接收器rx线路上执行发送tx线路信号的回送。也就是说，由于uart是全双工的，各个uart总线具有tx线路和rx线路。lin收发器14a至14b被配置成回送在tx线路上发送的帧数据字符的传输，使得在rx线路上接收相同的数据字符。由此可以使用检测到不同数据字符的实例来识别总线干扰。
39.在该实施方式中，mpc5748g cpu 12a至12b用作针对各个模块11a至11b中的uart电路的控制器。mpc5748g cpu提供强大的spi控制器，其允许到通道的所有spi传送由单个高级dma传送到spi控制器来处理。由此节省了cpu时间。另外，mpc5748g cpu向以太网端口15a至15b提供以太网接口以与测试计算机通信。
40.图4示出了图3所示的扩展板的物理实施方式的透视图。如图所示，扩展板10被提供作为安装在机架上的卡，具有提供多个led指示器、以太网端口15a至15b和电源开关的前面板17，并且面板的后部提供用于lin通道4以及i2c总线、fr总线和can总线的端子。
41.lin从模块行为是由在各个智能通信模块11a至11b中的cpu 12a至12b结合max14830 uart接口13a至13b通过软件实现的。图5示出了在各个lin通道4上实现的lin从状态机30。
42.就此而论，max14830芯片13a至13b以逐字节的方式操作，以促进在帧接收和发送
期间检测错误。各个cpu 12a至12b还实现超时定时器，以允许根据lin规范来检测错误，以及识别转换到休眠状态。在每次总线活动时重启定时器。如上所述，lin收发器14a至14b在rx线路上执行tx线路信号的回送，从而允许cpu 12a至12b针对lin总线上的干扰的错误检测执行复述。
43.如图5所示，状态机30从空闲状态18开始，通过在lin通道4上在步骤19中检测中断信号。在该实施方式中，这由uart接口13a至13b利用存在于相应的lin总线上的9个或更多个连续主要位的识别来检测。检测到较短的中断可以归因于步骤25中的成帧错误，其中状态机返回到空闲18。检测到比lin中断信号长的中断，例如超过20位的时间，可以归因于步骤26中的超时错误。
44.在检测到满足lin协议规范的中断信号的情况下，在步骤20中使用相应的cpu12a至12b来检测同步synch信号的存在。根据lin协议，synch信号应该是值为0x55的8位字段。再次地，较短的信号或较长的信号可以分别归因于步骤25中的成帧错误或步骤26中的超时错误。
45.如果检测到符合lin协议规范的synch信号，则相应的cpu 12a至12b随后在步骤21中检测标识符的存在，标识符包括6位id信号，随后是2个奇偶校验位。再次地，较短的信号或较长的信号可以分别归因于步骤25中的成帧错误或步骤26中的超时错误，并且如果cpu 12a至12b基于奇偶校验位确定无效的id信号，则可以在步骤27中确定奇偶校验错误。
46.如果接收到有效的标识符，则cpu 12a至12b将其标识为指定在步骤22中接收数据字段或指定在步骤23中发送数据字段。在接收数据字段的情况下(步骤22)，读取来自相应的lin通道上的主节点的数据，并且在步骤28中确认lin帧末端的校验和字段以识别任何信号错误。在发送数据字段的情况下(步骤23)，cpu 12a至12b生成lin总线通道上的数据传输以仿真从节点，该数据传输在rx线路上被发送回来作为用于步骤24中的错误检查的复述信号。
47.在步骤18中，错误的识别或总线信号的有效接收/发送将状态机恢复到空闲状态。如果相应的lin通道在较长时间段内是不活动的，则在步骤29中，相应的cpu 12a至12b可以超时并将通道置于休眠模式。总线上的活动然后可以将通道从睡眠模式唤醒。
48.由于所有的状态转换都是由cpu 12a至12b在软件上来执行的，所以其受到定时抖动的影响。实际上，当在lin通道4上发送数据时这是显然的。然而，在测试中，该抖动在0至50μs的范围内，因此完全在lin协议规范的容限内。
49.利用上述配置，提供了一种测试装置，其可以用于在同一测试周期期间测试多个从lin通道。此外，该组件比传统的lin接口具有的成本效率高。例如，基于部件成本，上述说明性示例扩展板装置将花费大约每单位$880来实现。对于所支持的30个通道中的每个通道，这等于各个lin通道大约$29的成本。相比较而言，如背景技术中所讨论的，传统的4通道lin接口花费大约$830，或每个lin通道$208。在可能需要在各个循环中测试例如1000个lin通道的制造设施的情况下，成本节省等于大约$179000。此外，各个测试装置还可以针对can接口和flexray接口来提供，从而允许较大的测试灵活性和额外的成本节省。
50.应当理解，上述实施方式仅出于说明的目的而示出了应用。实际上，实施方式可以应用于许多不同的配置，详细的实施方式对于本领域技术人员来说是易于实现的。