1 引言

　　過(guò)去十年，汽車電子行業(yè)的狀況發(fā)生了翻天覆地的變化。起初，在汽車上僅使用了幾個(gè)ECU，但是現(xiàn)在某些豪華車安裝的ECU數(shù)量超過(guò)了60個(gè)。增加的電子系統(tǒng)提高了安全性、舒適性并節(jié)約了能源。今天，更多的創(chuàng)新依賴于電子技術(shù)，并且很多功能的實(shí)現(xiàn)日益依賴于軟件。

　　復(fù)雜度的增長(zhǎng)使得全面而高效的測(cè)試變得比以往任何時(shí)候都更加重要。大量電子元件的廣泛使用導(dǎo)致潛在錯(cuò)誤源的數(shù)量急劇增多。測(cè)試可以極早發(fā)現(xiàn)并改正錯(cuò)誤、盡可能降低成本，在ECU開(kāi)發(fā)的所有階段它都是不可或缺的。只有將部件集成起來(lái)并運(yùn)行于真實(shí)環(huán)境和實(shí)時(shí)條件下時(shí)，一些系統(tǒng)缺陷才會(huì)暴露出來(lái)。這讓測(cè)試成為了一門(mén)跨部門(mén)和跨廠商的學(xué)科。

　　早期發(fā)生的大量電子故障說(shuō)明在不考慮上述事實(shí)、忽視系統(tǒng)測(cè)試的情況下會(huì)發(fā)生什么問(wèn)題。在開(kāi)發(fā)過(guò)程中問(wèn)題發(fā)現(xiàn)的越晚，那么對(duì)成本增長(zhǎng)產(chǎn)生的影響就越嚴(yán)重。極端情況下由于修正錯(cuò)誤而引起的產(chǎn)品召回更加清楚地說(shuō)明了這一點(diǎn)。雖然汽車工業(yè)的成員吸取了這些教訓(xùn)，現(xiàn)在對(duì)測(cè)試極為重視，然而可以通過(guò)利用現(xiàn)有的資源進(jìn)一步提高效率。雖然測(cè)試成本占用了相當(dāng)?shù)捻?xiàng)目預(yù)算，但是保證了ECU的正確功能。因此，使用明晰的概念（比如使用現(xiàn)代方法和工具代替不恰當(dāng)?shù)淖詣?dòng)測(cè)試步驟）達(dá)到最高的測(cè)試質(zhì)量和測(cè)試深度是非常重要的。

　　2 分析、仿真和測(cè)試工具

　　ECU網(wǎng)絡(luò)是汽車電子的中樞。在這里，殘余總線仿真方法為進(jìn)行ECU測(cè)試建立了重要基礎(chǔ)。如果沒(méi)有對(duì)ECU環(huán)境的初步模擬，那么大多數(shù)ECU都不能有意義地運(yùn)行。比如，很多ECU只有在提供網(wǎng)絡(luò)管理功能的條件下才能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　不同的分析功能、仿真組件和測(cè)試序列依賴于以數(shù)據(jù)庫(kù)形式集成在工具中的模型。它們可能是用于CAN的DBC格式的通信矩陣、用于FlexRay的FIBEX文件、用于MOST的XML功能目錄或用于LIN的LDF文件。同樣地，可使用CDD和ODX描述文件來(lái)描述ECU的診斷功能。測(cè)試描述文件除了包含系統(tǒng)的基本信息外，還包含了信號(hào)、報(bào)文和診斷服務(wù)等的符號(hào)化名稱。這簡(jiǎn)化了測(cè)試人員和測(cè)試開(kāi)發(fā)者的工作，并且在測(cè)試和通信描述之間創(chuàng)建了一個(gè)抽象層。

　　任何運(yùn)行Windows操作系統(tǒng)的簡(jiǎn)單PC工作站都可運(yùn)行CANoe。使用實(shí)時(shí)配置系統(tǒng)可以建立具備高實(shí)時(shí)性能的、更為強(qiáng)大的測(cè)試站。實(shí)時(shí)配置系統(tǒng)由兩部分組成（圖2）：一臺(tái)運(yùn)行實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)（Windows CE）的專用電腦，用于執(zhí)行殘余總線仿真和實(shí)際的測(cè)試；另一臺(tái)獨(dú)立的PC機(jī)，用作圖形用戶界面和進(jìn)行評(píng)估。在該設(shè)置中，系統(tǒng)也可用作進(jìn)行部件HIL測(cè)試的測(cè)試執(zhí)行環(huán)境。

　　［圖2：雙機(jī)運(yùn)行的CANoe Real-Time提供了更高的實(shí)時(shí)性］

　　3 測(cè)試與開(kāi)發(fā)的集成

　　如今的開(kāi)發(fā)模型在多個(gè)開(kāi)發(fā)階段都要求進(jìn)行測(cè)試（圖3）。通常，個(gè)體測(cè)試是獨(dú)立的、分離的活動(dòng)，是由專門(mén)的人使用專門(mén)的工具、語(yǔ)言和方法在正確裝備的專用工作站上完成的。這里，創(chuàng)建測(cè)試通常是一項(xiàng)獨(dú)立的工作，與其它開(kāi)發(fā)活動(dòng)是分開(kāi)的。

　　［圖3：測(cè)試在所有開(kāi)發(fā)階段都是不可或缺的］

　　這種分段式的工作方法產(chǎn)生于將開(kāi)發(fā)過(guò)程中眾多不同的任務(wù)分配給專門(mén)的工作組。但是，如果對(duì)任務(wù)分割的要求太嚴(yán)格，那么存在于不同開(kāi)發(fā)和測(cè)試任務(wù)間的眾多關(guān)聯(lián)點(diǎn)將很有可能不能被優(yōu)化利用。比如，只有很好地協(xié)調(diào)部件測(cè)試和系統(tǒng)測(cè)試才能避免開(kāi)發(fā)大量?jī)?nèi)容相同的冗余測(cè)試用例。當(dāng)使用兼容工具時(shí)，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)的測(cè)試用例可以作為其它不同領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)。避免冗余開(kāi)發(fā)釋放了占用的資源，比如可以將其投入到現(xiàn)有測(cè)試用例及其高級(jí)開(kāi)發(fā)的確認(rèn)工作中。全面的測(cè)試管理為協(xié)作提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，共用相同的測(cè)試用例優(yōu)化了測(cè)試的廣度和深度。協(xié)調(diào)也有助于發(fā)現(xiàn)和填補(bǔ)測(cè)試缺口。

　　除了連接不同的測(cè)試階段，開(kāi)發(fā)和測(cè)試活動(dòng)也必須相互聯(lián)系并互相適應(yīng)。應(yīng)當(dāng)將測(cè)試?yán)斫鉃殚_(kāi)發(fā)的組成部分，需要使用恰當(dāng)?shù)姆椒ê凸ぞ邔?duì)其進(jìn)行廣泛的支持。這必須從程序上和組織上得到保證。這里，重要的是測(cè)試與開(kāi)發(fā)一起進(jìn)行，而不是只在要求的正式確認(rèn)階段進(jìn)行。理想的情況是，可以直接在ECU開(kāi)發(fā)者的工作地點(diǎn)利用現(xiàn)有的資源直接進(jìn)行測(cè)試。

　　為此，CANoe提供了一個(gè)用來(lái)執(zhí)行測(cè)試的運(yùn)行時(shí)環(huán)境，并可以與殘余總線仿真和分析功能并行使用 。該流程非常容易建立，尤其是在開(kāi)發(fā)者已經(jīng)使用CANoe進(jìn)行殘余總線仿真和總線通信分析的情況下。

　　CANoe的測(cè)試組件可以手動(dòng)、半自動(dòng)和完全自動(dòng)化的完成測(cè)試。開(kāi)發(fā)者可以從簡(jiǎn)單測(cè)試入手，然后對(duì)它們進(jìn)行擴(kuò)展和完善。通常，復(fù)雜測(cè)試的創(chuàng)建過(guò)程是確認(rèn)部門(mén)的任務(wù)，他們要在開(kāi)發(fā)者的測(cè)試上建立他們的測(cè)試。

　　這種測(cè)試的重要基礎(chǔ)是殘余總線仿真。在理想情況下，這種仿真不是手工建立的，而是從系統(tǒng)的描述數(shù)據(jù)庫(kù)中自動(dòng)生成和參數(shù)化的。實(shí)際工作由所謂的建模DLL（比如交互層、網(wǎng)絡(luò)管理等）完成，它們是隨工具一起提供的或者是由Vector作為OEM專用建模包提供的。殘余總線仿真為模擬節(jié)點(diǎn)提供的信號(hào)可以直接從測(cè)試腳本獲取，或者以手工方式激勵(lì)或添加。

　　與在測(cè)試階段系統(tǒng)進(jìn)行的計(jì)劃、執(zhí)行和歸檔活動(dòng)相比，伴隨開(kāi)發(fā)的測(cè)試通常省略了正式的執(zhí)行和歸檔。然而，這些測(cè)試對(duì)提高整體質(zhì)量做出了實(shí)際貢獻(xiàn)，因?yàn)樗麄冏岄_(kāi)發(fā)者能夠?yàn)楹罄m(xù)的測(cè)試階段提供更穩(wěn)定的產(chǎn)品。

　　4 成熟度評(píng)估和誤差分析

　　在開(kāi)發(fā)過(guò)程中，為了評(píng)估ECU的成熟度，需要對(duì)所有執(zhí)行過(guò)的測(cè)試進(jìn)行全面的評(píng)價(jià)。必須考慮個(gè)體測(cè)試結(jié)果在可靠性和相關(guān)性方面的質(zhì)量，而更加重要的是采用恰當(dāng)?shù)臏y(cè)試全面覆蓋所要求的特性。因此，不怎么正式執(zhí)行的測(cè)試，其結(jié)果對(duì)成熟度分析也是有幫助的。前提條件是（除了記錄測(cè)試過(guò)程外）使用兼容的配置管理。從完成面向質(zhì)量的、結(jié)構(gòu)化的開(kāi)發(fā)過(guò)程的角度來(lái)說(shuō)，這也是十分必要的。

　　不論在何時(shí)何地（測(cè)試實(shí)驗(yàn)室或開(kāi)發(fā)場(chǎng)所），使用CANoe執(zhí)行測(cè)試時(shí)都會(huì)生成一個(gè)測(cè)試記錄，該記錄創(chuàng)建時(shí)不需要用戶或測(cè)試用例開(kāi)發(fā)者進(jìn)行干涉。這樣在進(jìn)行伴隨開(kāi)發(fā)的測(cè)試時(shí)就不需要做額外的工作。用于測(cè)試記錄的XML是一種開(kāi)放格式，可供其它工具使用以對(duì)結(jié)果進(jìn)行更深入的處理。例如，在進(jìn)行成熟度分析時(shí)可以使用一個(gè)測(cè)試管理系統(tǒng)來(lái)評(píng)價(jià)測(cè)試記錄。

　　該工作的本質(zhì)是測(cè)試結(jié)果到測(cè)試用例、測(cè)試用例到需求的映射。使用唯一的標(biāo)識(shí)符（比如一個(gè)需求ID）可以很容易地實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，測(cè)試用例開(kāi)發(fā)者在個(gè)體測(cè)試用例中會(huì)引用它。CANoe會(huì)自動(dòng)將該標(biāo)識(shí)符復(fù)制到測(cè)試記錄中，這樣所有測(cè)試用例、測(cè)試結(jié)果和需求就可以明確地關(guān)聯(lián)起來(lái)（圖4）。

　　［圖4：測(cè)試用例和測(cè)試結(jié)果由ID明確地引用］

　　分析實(shí)際發(fā)生錯(cuò)誤的原因至少與記錄和評(píng)估測(cè)試結(jié)果同樣重要。大多數(shù)測(cè)試工具都不會(huì)提供任何這樣的功能或者僅僅提供不完善的功能。一個(gè)重要原因就是錯(cuò)誤分析經(jīng)常被當(dāng)作開(kāi)發(fā)者的一項(xiàng)完全獨(dú)立的任務(wù)。首先，他們面臨理解測(cè)試中檢測(cè)到的錯(cuò)誤并跟蹤其原因的問(wèn)題。尤其是，當(dāng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)室報(bào)告錯(cuò)誤時(shí)，開(kāi)發(fā)者常常甚至不能使用測(cè)試中用到的系統(tǒng)。

　　因此，會(huì)強(qiáng)制要求準(zhǔn)確記錄測(cè)試臺(tái)上的測(cè)試步驟并記錄每一個(gè)與DUT間的交互動(dòng)作，尤其是總線通信。在分析階段，CANoe允許重放和分析任何需要的記錄（日志記錄）。從而有可能在開(kāi)發(fā)場(chǎng)所使用與測(cè)試臺(tái)上相同的測(cè)試系統(tǒng)并從中受益，因此開(kāi)發(fā)者可以獨(dú)立地重新執(zhí)行錯(cuò)誤生成測(cè)試用例。在很多情況下，甚至是有必要進(jìn)行簡(jiǎn)化時(shí)（比如為了避免選擇不存在的測(cè)量硬件）都可以執(zhí)行相關(guān)測(cè)試用例。

　　5 信號(hào)抽象和診斷

　　抽象是處理軟件開(kāi)發(fā)和系統(tǒng)設(shè)計(jì)中復(fù)雜度問(wèn)題時(shí)普遍采用的重要方法。也可用它來(lái)處理測(cè)試。ECU中增長(zhǎng)的功能不僅增加了系統(tǒng)的復(fù)雜度，而且需要更加廣泛和復(fù)雜的測(cè)試。選擇正確的抽象層組成測(cè)試不僅會(huì)影響創(chuàng)建測(cè)試用例所需要的工作量、進(jìn)而影響成本，而且會(huì)影響測(cè)試用例的質(zhì)量。就像所有其它軟件組件一樣，測(cè)試用例本身也可能會(huì)存在錯(cuò)誤，應(yīng)該在使用之前進(jìn)行檢查。另一方面是必要的維護(hù)任務(wù)，比如適應(yīng)需求的改變和修訂測(cè)試用例。

　　信號(hào)層抽象是測(cè)試ECU功能的常用方法，這也是為什么在ECU中實(shí)際的應(yīng)用程序通常會(huì)基于信號(hào)抽象的原因（圖5）。例如，在一個(gè)CAN系統(tǒng)中，ECU交互層提供了信號(hào)抽象。這正是CANoe使用交互層的方式；它從網(wǎng)絡(luò)描述包含的信息中將自身參數(shù)化，而網(wǎng)絡(luò)描述也用于創(chuàng)建ECU軟件。這保證了ECU和測(cè)試環(huán)境使用相同的抽象層從而在相互間形成最佳的協(xié)調(diào)。

　　同時(shí)，信號(hào)抽象也表示了——至少在協(xié)議層——?dú)堄嗫偩€仿真。比如，它保證周期性信號(hào)實(shí)際是按周期發(fā)送的。在測(cè)試中，ECU是運(yùn)行在有關(guān)總線通信的現(xiàn)實(shí)環(huán)境下的。此外，當(dāng)修改了系統(tǒng)通信矩陣時(shí)，通常可以繼續(xù)使用保持不變的測(cè)試用例。對(duì)相同的應(yīng)用程序，抽象使得相似項(xiàng)目中的測(cè)試用例得到重用。

　　在ECU測(cè)試中，重要的并不僅僅是信號(hào)接口。只有在對(duì)ECU進(jìn)行較深層訪問(wèn)時(shí)，對(duì)許多ECU功能的測(cè)試才會(huì)有意義。這樣的訪問(wèn)是由診斷和標(biāo)定接口提供的，它們通過(guò)ECU的現(xiàn)有總線接口接入。使用簡(jiǎn)單的消息序列對(duì)這些接口進(jìn)行訪問(wèn)是沒(méi)有意義的，因?yàn)樵谕ㄐ胚M(jìn)程下面存在著規(guī)定的協(xié)議。使用合適的診斷和標(biāo)定抽象 會(huì)更加便捷和可靠。

　　在CANoe中，由來(lái)自CANdela工具的描述文件或者ODX描述文件負(fù)責(zé)診斷訪問(wèn)層的參數(shù)化。如果沒(méi)有對(duì)ECU實(shí)際診斷能力的描述文件，那么可以使用CANoe提供的針對(duì)KWP2000和UDS的一般描述。ECU專用的一般描述文件或診斷描述文件都為方便地訪問(wèn)那里定義的診斷服務(wù)提供了便利。有可能獲得與前文所述的信號(hào)抽象一樣的抽象和優(yōu)點(diǎn)。

　　通過(guò)CANoe中的測(cè)試腳本就可以使用測(cè)量和標(biāo)定協(xié)議CCP和XCP訪問(wèn)ECU的內(nèi)部變量。測(cè)量和標(biāo)定工具CANape處理這些協(xié)議和需要的ECU描述文件（A2L）。

　　CANoe通過(guò)COM接口控制CANape。這樣就達(dá)到了與前面所描述的信號(hào)和診斷抽象相同的目標(biāo)。

　　6 高效的測(cè)試生成

　　對(duì)測(cè)試用例的精密研究顯示：很多測(cè)試用例可以僅從幾個(gè)循環(huán)模式中生成。在網(wǎng)關(guān)ECU中這一點(diǎn)更為明顯：大多數(shù)測(cè)試用例用于檢查信號(hào)和報(bào)文的路由。最終，使用大量測(cè)試用例的唯一原因是存在大量可能的輸入和輸出數(shù)據(jù)。但是同樣類型的模式也存在于其他類型的ECU中。抽象地說(shuō)，這意味著許多功能是如此進(jìn)行測(cè)試的：首先使用合適的激勵(lì)使ECU進(jìn)入一個(gè)特殊狀態(tài)，然后檢查進(jìn)入的狀態(tài)。這種測(cè)試用例的循環(huán)模式是：設(shè)置信號(hào)（激勵(lì)），等待最大容許響應(yīng)時(shí)間，然后檢查新ECU狀態(tài)下的信號(hào)。根據(jù)使用測(cè)試模式的經(jīng)驗(yàn)，用戶可能識(shí)別幾個(gè)附加的運(yùn)行時(shí)模式，并從中生成許多測(cè)試用例。

　　這些模式表示有進(jìn)一步優(yōu)化測(cè)試用例生成的機(jī)會(huì)。CANoe除了提供典型的測(cè)試用例編程外，還為用戶提供了基于測(cè)試模式定義測(cè)試用例的方式。因?yàn)闇y(cè)試步驟是已知的而且永久集成在了提供的模式中，所以就沒(méi)有必要再對(duì)模式內(nèi)容進(jìn)行編程了（圖6）。測(cè)試用例的生成被簡(jiǎn)化為定義目標(biāo)行為，包括任何需要的補(bǔ)充數(shù)據(jù)，比如允許的建立時(shí)間。

　　很明顯，提供的測(cè)試模式位于前文所述的信號(hào)抽象之上，借助關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)允許對(duì)信號(hào)、報(bào)文等的符號(hào)化訪問(wèn)。也可能使用診斷服務(wù)或I/O信號(hào)。簡(jiǎn)而言之：整個(gè)CANoe的測(cè)試基層結(jié)構(gòu)可與測(cè)試模式共用。如果有的需求超出了這些能力，仍然可以選擇測(cè)試用例編程。

　　［圖6：使用模式抽象了測(cè)試用例的實(shí)際執(zhí)行從而簡(jiǎn)化了測(cè)試開(kāi)發(fā)］

　　測(cè)試用例的自動(dòng)生成是在有合適信息源的情況下有效創(chuàng)建測(cè)試的另一種方法。生成的測(cè)試內(nèi)容必然受限于描述水平和來(lái)源的深度。然而，生成提供了有價(jià)值的支持，主要是當(dāng)通過(guò)測(cè)試覆蓋正式定義的ECU基本特性時(shí)。生成測(cè)試需要相當(dāng)?shù)偷墓ぷ髁浚@導(dǎo)致能更快地進(jìn)行測(cè)試從而可能更早地發(fā)現(xiàn)不良的動(dòng)向。

　　［圖7： 使用生成器可以從完全不同的來(lái)源創(chuàng)建測(cè)試］

　　Vector的工具鏈利用了這種測(cè)試生成器方法。諸如DBC數(shù)據(jù)庫(kù)或CANdela定義等描述文件被用作生成器的來(lái)源（圖7）。生成器使用這些文件生成測(cè)試用例，然后由CANoe執(zhí)行。因?yàn)闇y(cè)試腳本可能使用整個(gè)工具的基層結(jié)構(gòu)，所以測(cè)試生成器通常都設(shè)計(jì)的非常簡(jiǎn)單。比如，只需少量的工作，生成器就可以從用戶定義的網(wǎng)關(guān)描述（例如數(shù)據(jù)庫(kù)形式或Excel電子表格）中創(chuàng)建恰當(dāng)?shù)臏y(cè)試用例。借助前面講到的測(cè)試模式，從客戶的特定數(shù)據(jù)到測(cè)試模式格式只需要簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)換。用戶可直接創(chuàng)建這樣的生成器。Vector以項(xiàng)目服務(wù)的方式提供進(jìn)一步的支持。

　　7 總結(jié)

　　汽車OEM和供應(yīng)商應(yīng)對(duì)增長(zhǎng)的ECU測(cè)試需求的唯一途徑是高效地創(chuàng)建測(cè)試和自動(dòng)化執(zhí)行測(cè)試。本文介紹的測(cè)試工具提供了一種被證明的使用信號(hào)抽象、集成的診斷、標(biāo)定和I/O接口、測(cè)試模式概念和測(cè)試用例生成器來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)試任務(wù)的解決方案。CANoe是一個(gè)高性能的測(cè)試ECU和網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行時(shí)環(huán)境。使用該工具在開(kāi)發(fā)者的工作地點(diǎn)、不需要做多少工作就能在早期創(chuàng)建和執(zhí)行測(cè)試。CANoe的開(kāi)放接口促進(jìn)了全面的測(cè)試策略和受工具支持的測(cè)試管理的無(wú)縫集成。盡管一些用戶還把它當(dāng)作一種遠(yuǎn)景設(shè)想，然而恰當(dāng)?shù)丶蒀ANoe可能在今天就可以確定成熟度了。Vector正在持續(xù)地開(kāi)發(fā)CANoe適應(yīng)這些領(lǐng)域的使用，并為用戶提供現(xiàn)代而高效的測(cè)試平臺(tái)支持。