一種基於ZigBee技術的FlexRay總線測試與優化方法及裝置製造方法
2023-10-27 10:34:57 2
一種基於ZigBee技術的FlexRay總線測試與優化方法及裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於ZigBee技術的FlexRay總線測試與優化方法及裝置，包括PC機、ZigBee模塊，FlexRay總線測試節點，FlexRay總線測試節點包括ZigBee模塊、可編程時鐘晶片、數字電位器和MCU微處理器；本發明通過運用ZigBee技術實時檢測並控制FlexRay總線狀態，利用可編程時鐘晶片和數字電位器，調整傳輸頻率和匹配阻抗，降低總線誤包率，改善總線傳輸質量和可靠度，提高總線傳輸效率；該方法及裝置不僅可以實現FlexRay總線性能的自動評估、測試與參數優化，並且還能給出各個節點的最優阻抗匹配參考值，從而提高了FlexRay總線數據傳輸的可靠性。
【專利說明】—種基於Z i gBee技術的FI exRay總線測試與優化方法及裝
【技術領域】
[0001]本發明屬於電子技術測試領域,涉及一種基於ZigBee技術的FlexRay總線測試與優化方法及裝置。
【背景技術】
[0002]FlexRay是一種高速串行通信、能夠兼容事件觸發的時間觸發網絡協議。應用FlexRay協議組建的網絡主要應用於高級汽車的主動空氣懸架系統以及一些全電制動系統。在這些系統中，FlexRay網絡收集汽車各個懸架或車輪的物理信息，然後匯總給懸架控制電子控制單元(EOT)或制動系統E⑶，經其分析後通過FlexRay網絡給各個懸架或車輪制動系統發送控制命令。FlexRay網絡中各ECU節點控制汽車各功能部件的運行，對提升汽車的可操作性、安全性和智能化具有重要意義。但是，目前整個汽車行業缺乏對FlexRay網絡應用的工程經驗，也缺乏對FlexRay網絡性能全面評估的方法和手段，致使FlexRay總線在複雜網絡中仍舊存在誤包率較高的問題。
[0003]目前，對於FlexRay網絡總線的測試方法通常是基於USB等短距離有線通訊設備，對於實際工程中長距離複雜網絡的測試，則不具有可行性。並且現有的方法只能對單個FlexRay設備節點進行收發測試，並不能完整評估整個FlexRay網絡的性能指標。因此，現在迫切需要一種具有普遍適應性的FlexRay網絡測試設備和評估方法。
【發明內容】
[0004]有鑑於此，本發明的目的在於提供一種基於ZigBee技術的FlexRay總線測試與優化方法及裝置，通過運用ZigBee技術實時檢測並控制FlexRay總線狀態，利用可編程時鐘晶片和數字電位器，調整傳輸頻率和匹配阻抗，降低總線誤包率，改善總線傳輸質量和可靠度，提高總線傳輸效率。
[0005]本發明的目的之一是提供一種基於ZigBee技術的FlexRay總線測試與優化方法，本發明的目的之二是提供一種基於ZigBee技術的FlexRay總線測試與優化裝置。
[0006]本發明的目的之一是通過以下技術方案來實現的:
[0007]本發明提供的一種基於ZigBee技術的FlexRay總線測試與優化方法，該方法包括以下步驟:
[0008]S1:組建ZigBee無線網絡，PC機發送FlexRay總線網絡配置參數至FlexRay總線測試節點；
[0009]S2:FlexRay總線測試節點向其他FlexRay總線測試節點分時發送固定內容的靜態幀數據包，FlexRay總線測試節點統計誤包率信息，並將該信息發送至PC ；
[0010]S3:PC機計算系統的整體誤包率和各部分的局部誤包率，判斷出系統中誤包率最大的節點，向此節點發送配置信息，使其進行阻抗匹配調整，重新統計並回傳誤包率，PC機根據回傳的誤包率再次發送匹配阻抗調節指令；
[0011]S4:PC機運用最小標準差法選擇最佳匹配阻抗，並重置MC9S12XF512M，使FlexRay網絡工作在新的通信頻率下，然後重複上述過程；
[0012]S5:PC機統計該FlexRay總線網絡在各頻率下的誤包率和最佳阻抗匹配值。
[0013]進一步，所述SI中PC機發送的FlexRay網絡配置參數包括設置FlexRay總線測試節點最低的FlexRay總線通信頻率。
[0014]進一步,所述S2中FlexRay總線測試節點採用TMDA時分多址方法向其他FlexRay總線測試節點分時發送固定內容的靜態幀數據包，包括以下步驟:
[0015]S21:數據發送時間片通過以下公式來確定:
[0016](j+k.Tj) % T,
[0017]其中，％為取餘運算符，k = 0，1，2，3，…，T-1,設FlexRay總線節點數(m〈64),總Cycle數為T = 64，設第i個節點為主接收的ID和slot均為i，通信周期為Ti = 5ms，其他節點編號為j (j關i，I彡j<m)，對應ID和slot均為j，通信周期為Tj = (m-1) H定FlexRay總線為單通道通信模式，通信通道為A通道；
[0018]S22:按節點編號從小到大的順序，令各個節點分別作為主接收節點i，其餘節點作為發送節點j (j ^i,l^ j<m)，分時向主接收節點定時發送數據長度為32位元組的靜態幀數據包；
[0019]S23:第i個節點的總誤包率F_rate通過以下公式來確定:
[0020]F _ rate = (I — R-rnan).100% 』
丁i
[0021]其中R_num為正確接收的數據包，Ti為通信周期；
[0022]第i, j兩個節點通信節點之間誤包率Fu_rate通過以下公式來確定:
R.mini
[0023]Fii — rate ~ (I ———-).100% 』
—m ■ 7:1
[0024]其中RjJium為正確接收的j節點的數據包，m為FlexRay總線節點數，Ti為通信周期，第i節點將自身與各個節點通信的誤包率和總誤包率的統計結果通過ZigBee模塊傳遞給PC機；
[0025]S24:改變FlexRay總線的數據通信通道為B通道，重複步驟S22，S23 ；
[0026]S25:重新設置主接收點i，重複上述步驟S21?S24，直到第m節點作為主接收節點完成FlexRay總線通信誤碼率的統計。
[0027]進一步，所述S3中當節點調整阻抗匹配數值50次後，跳轉至S4。
[0028]進一步，所述PC通過最小標準差法來選擇統一的匹配阻抗包括以下步驟:
[0029]S41:選擇A通道與B通道的前20組誤包率最低的匹配阻抗，其誤包率從小到大依次是 FA0_rate, FA1_rate,...，FA19_rate 和 FB0_rate, FB1_rate,...，FB19_rate,其對應的匹配阻抗值為 Xa。，ΧαΙ，…，^Al9 和 Χβ。，Χβ?，…，Χβ19 ;
[0030]S42:若存在XAi = Xbj (i, j = 0，…，19)，則選擇XAi為最佳阻抗匹配值；若不存在，
F~"?2
則求解標準差參數■.n" = ^(Xi1-XBj) + {i+jf ；
' V L xA- _
[0031]S43:根據Iii,」=min[n0；0, n0；1, ---,Ii1919]選出Iii,」的最小值,貝U此最小值對應的XAi或Xw作為該FlexRay總線在該通信頻率下的最佳匹配阻抗。
[0032]進一步，所述S4中的通信頻率在I?1MHz之間靈活調整，當通信頻率超過1MHz，跳轉至S5。
[0033]本發明的目的之二是通過以下技術方案實現的:
[0034]本發明提供的一種基於ZigBee技術的FlexRay總線測試與優化裝置，包括PC機、ZigBee模塊,FlexRay總線測試節點，所述FlexRay總線測試節點包括ZigBee模塊、可編程時鐘晶片、數字電位器和MCU微處理器；
[0035]所述PC機與ZigBee模塊通過串口連接；PC機通過ZigBee模塊與FlexRay總線測試節點組建ZigBee無線組網,PC通過ZigBee模塊向FlexRay總線測試節點發送各個節點的網絡配置參數，各個FlexRay總線測試節點通過ZigBee模塊向PC機回傳測試結果。
[0036]進一步,所述PC機可以自動向FlexRay節點發送參數配置指令。
[0037]進一步,所述的FlexRay總線測試節點上ZigBee晶片內的MCU微處理器可以根據指令調整可編程時鐘晶片的輸出時鐘，實現FlexRay總線通信頻率從IMHz到1MHz的靈活調節，分別將第i節點總誤包率F_rate和各個節點通信之間的誤包率Fu_rate的統計結果通過ZigBee模塊傳遞給PC機。
[0038]本發明的有優點在於:本發明降低了總線誤包率，改善了總線傳輸質量和可靠度，提高了總線傳輸效率，不僅實現了 FlexRay總線性能的自動評估、測試與優化，並且還能給出各個節點的最優阻抗匹配參考值，從而提高了 FlexRay總線數據傳輸的可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中:
[0040]圖1為本發明的總體框架圖；
[0041 ] 圖2為FlexRay總線測試節點電路結構；
[0042]圖3為本發明的程序流程圖。
【具體實施方式】
[0043]下面將結合附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。
[0044]圖1為本發明的總體框架圖，基於ZigBee技術的FlexRay總線測試與優化裝置包括PC機、ZigBee模塊，FlexRay總線測試節點。FlexRay總線測試節點包括ZigBee模塊、可編程時鐘晶片、數字電位器和MCU微處理器；在本實施例中，FlexRay總線節點l，FlexRay總線節點2, FlexRay總線節點η組成的FlexRay網絡,被測FlexRay總線連接。
[0045]PC機與ZigBee模塊通過串口連接；PC機通過ZigBee模塊與FlexRay總線測試節點組建ZigBee無線組網，PC機通過ZigBee模塊向FlexRay總線測試節點發送各個節點的網絡配置參數，各個FlexRay總線測試節點通過ZigBee模塊向PC機回傳測試結果。
[0046]FlexRay總線測試節點上ZigBee晶片內的MCU微處理器可以根據指令調整可編程時鐘晶片的輸出時鐘，實現FlexRay總線通信頻率從IMHz到1MHz的靈活調節，分別將第i節點總誤包率F_rate和各個節點通信之間的誤包率Fu_rate的統計結果通過ZigBee模塊傳遞給PC機。
[0047]圖2為FlexRay總線測試節點電路結構，每個節點均為一個下位機系統，以FlexRay總線測試節點I為例，該節點包括MC9S12XF512M，ZigBee模塊，ZigBee模塊內集成的小型MCU，可編程時鐘晶片LMK03000，數字電位器X9C102，總線收發器TJA1080A ;上位機系統則包括總控PC機，與PC相連的ZigBee模塊。
[0048]下位機系統中，MC9S12XF512M與ZigBee模塊通過串行接口連接，實現每個FlexRay節點與總控PC機的數據通信；ZigBee模塊內集成的MCU與可編程時鐘晶片LMK03000通過SPI接口進行通信，用來配置FlexRay總線的通信頻率，並與MC9S12XF512M連接，重置MC9S12XF512M，動態改變FlexRay總線配置參數；MC9S12XF512M與數字電位器X9C102通過1接口進行通信，用來配置每個FlexRay總線節點的匹配阻抗。
[0049]上位機系統中，總控PC機與ZigBee模塊相連；PC機可以自動向FlexRay節點發送參數配置指令，同時接收各FlexRay總線節點發來的FlexRay總線網絡信息。
[0050]圖3為本發明的程序流程圖，基於ZigBee技術的FlexRay總線測試與優化方法包括以下步驟:S1:首先各部分模塊上電，建立起完整的ZigBee網絡，由總控PC機通過ZigBee模塊發送FlexRay網絡配置參數至FlexRay總線測試節點，設置最低FlexRay總線測試節點的FlexRay總線通信頻率；
[0051]S2:FlexRay總線測試節點向其他FlexRay總線測試節點分時發送固定內容的靜態幀數據包，FlexRay總線測試節點統計誤包率信息，並將該信息發送至PC，例如令FlexRay總線測試節點I,FlexRay總線測試節點2,FlexRay總線測試節點η分別通過總線收發器TJA1080A按照TMDA (時分多址)的方法分配發送順序，向其他分時發送固定內容的靜態幀數據包，具體步驟如下:
[0052]S21:數據發送時間片通過以下公式來確定:
[0053](j+k.Tj) % T,
[0054]其中，％為取餘運算符，k = 0，1，2，3，…，T-1,設FlexRay總線節點數(m〈64),總Cycle數為T = 64，設第i個節點為主接收的ID和slot均為i，通信周期為Ti = 5ms，其他節點編號為j (j關i，I彡j<m)，對應ID和slot均為j，通信周期為Tj = (m-1) H定FlexRay總線為單通道通信模式，通信通道為A通道；
[0055]S22:按節點編號從小到大的順序，令各個節點分別作為主接收節點i，其餘節點作為發送節點j (j ^i,l^ j<m)，分時向主接收節點定時發送數據長度為32位元組的靜態幀數據包；
[0056]S23:第i個節點的總誤包率F_rate通過以下公式來確定:
[0057]F_ iuTl = (I — ^-num^.j 00% ,
Ti
[0058]其中R_num為正確接收的數據包，Ti為通信周期；
[0059]第i, j兩個節點通信節點之間誤包率Fu_rate通過以下公式來確定:
R.man
[0060]F _ rate = (1- —-).100%，
m.Τ-
ι
[0061]其中Rj_num為正確接收的j節點的數據包，m為FlexRay總線節點數，Ti為通信周期，第i節點將自身與各個節點通信的誤包率和總誤包率的統計結果通過ZigBee模塊傳遞給PC機；
[0062]S24:改變FlexRay總線的數據通信通道為B通道，重複步驟S22，S23 ；
[0063]S25:重新設置主接收點i，重複上述步驟S21?S24，直到第m節點作為主接收節點完成FlexRay總線通信誤碼率的統計。
[0064]S3:PC機計算FlexRay總線網絡的整體誤包率和各節點的局部誤包率，判斷出系統中誤包率最大的節點，向此節點發送配置信息，使其進行阻抗匹配調整，重新統計並回傳誤包率，PC機根據回傳的誤包率再次發送匹配阻抗調節指令，在本實施例中，待節點阻抗匹配調整次數達到50次後，跳轉至S4 ；
[0065]S4:PC機運用最小標準差法選擇最佳匹配阻抗，並重置MC9S12XF512M，使FlexRay網絡工作在新的通信頻率下，然後重複上述過程；由於FlexRay總線兩個通信通道在同一通信頻率下的最佳匹配阻抗不同，因此需要通過最小標準差法來選擇統一的匹配阻抗，其步驟為:
[0066]S41:選擇A通道與B通道的前20組誤包率最低的匹配阻抗，其誤包率從小到大依次是 FA0_rate, FA1_rate,...，FA19_rate 和 FB0_rate, FB1_rate,...，FB19_rate,其對應的匹配阻抗值為 Xa。，ΧαΙ，…，^Al9 和 Χβ。，Χβ?，…，Χβ19 ;
[0067]S42:若存在XAi = Xbj (i, j = 0，…，19)，則選擇XAi為最佳阻抗匹配值；若不存在，
「~ι2
則求解標準差參數:』=.~^(xA1-XBj) + {i+jf ;
』 UzA-_
[0068]S43:根據Iii,」=min[n0；0, n0；1, ---,Ii1919]選出Iii,」的最小值,貝丨」此最小值對應的XAi或X&.作為該FlexRay總線在該通信頻率下的最佳匹配阻抗。
[0069]S5:PC機統計該FlexRay總線網絡在各頻率下的誤包率和最佳阻抗匹配值。
[0070]在選出最佳匹配阻抗後，ZigBee模塊內集成的小型MCU控制可編程時鐘晶片LMK03000提高輸出頻率，並重置MC9S12XF512M，使FlexRay網絡工作在新的通信頻率下，然後重複上述過程，通信頻率可以在I?1MHz之間靈活調整。如果增加後的通信頻率未達到10MHz，總控PC機記錄FlexRay總線配置參數，並重新統計記錄誤包率數據，再對阻抗網絡進行調整，尋找該通信頻率下的最佳匹配阻抗。如果通信頻率已經達到了 10MHz，那麼，總控PC機整理數據，統計各個不同頻率下的最佳匹配阻抗值。至此，整套測試系統就完成了FlexRay總線配置方案的最優化。
[0071]最後說明的是，以上優選實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管通過上述優選實施例已經對本發明進行了詳細的描述，但本領域技術人員應當理解，可以在形式上和細節上對其作出各種各樣的改變，而不偏離本發明權利要求書所限定的範圍。
【權利要求】
1.一種基於ZigBee技術的FlexRay總線測試與優化方法,其特徵在於:所述方法包括以下步驟: 51:組建ZigBee無線網絡，PC機發送FlexRay網絡配置參數至FlexRay總線測試節佔.52:FlexRay總線測試節點向其他FlexRay總線測試節點分時發送固定內容的靜態中貞數據包，FlexRay總線測試節點統計誤包率信息，並將該信息發送至PC機； 53:PC機計算FlexRay總線網絡的整體誤包率和各節點的局部誤包率，判斷出系統中誤包率最大的節點，向此節點發送配置信息，使其進行阻抗匹配調整，重新統計並回傳誤包率，PC機根據回傳的誤包率再次發送匹配阻抗調節指令； 54:PC機運用最小標準差法選擇該節點的最佳匹配阻抗，並重置MC9S12XF512M，使FlexRay網絡工作在新的通信頻率下，然後重複上述過程； 55:PC機統計該FlexRay總線網絡在各頻率下的誤包率和最佳阻抗匹配值。
2.根據權利要求1所述的一種基於ZigBee技術的FlexRay總線測試與優化方法,其特徵在於:所述SI中PC機發送的FlexRay網絡配置參數包括設置FlexRay總線測試節點的FlexRay總線最低通信頻率。
3.根據權利要求1所述的一種基於ZigBee技術的FlexRay總線測試與優化方法,其特徵在於:所述S2中FlexRay總線測試節點採用TMDA時分多址方法向其他FlexRay總線測試節點分時發送固定內容的靜態幀數據包，包括以下步驟: 521:數據發送時間片通過以下公式來確定:
(j+k.Tj) % T， 其中，％為取餘運算符，k = O, I, 2，3，…，T-1,設FlexRay總線節點數(m<64)，總Cycle數為T = 64，設第i個節點為主接收的身份ID和slot均為i，通信周期為Ti = 5ms，其他節點編號為j (j關i，I彡j〈m)，對應身份ID和slot均為j，通信周期為Tj = (m_l).Ti,設定FlexRay總線為單通道通信模式，通信通道為A通道； 522:按節點編號從小到大的順序，令各個節點分別作為主接收節點i，其餘節點作為發送節點j (j ^ i, I j<m),分時向主接收節點定時發送數據長度為32位元組的靜態巾貞數據包； 523:第i個節點的總誤包率F_rate通過以下公式來確定:
F rate = (1- ^ — mm) ■ 100% , --X，I I,
I 其中R_num為正確接收的數據包，Ti為通信周期； 第i，j兩個節點通信節點之間誤包率Fu_rate通過以下公式來確定:
Ri num
Fij — rate = (I — ~匕-).100%， —m _ T.1 其中Rfnum為正確接收的j節點的數據包，m為FlexRay總線節點數，Ti為通信周期，第i節點將自身與各個節點通信的誤包率和總誤包率的統計結果通過ZigBee模塊傳遞給PC機； 524:改變FlexRay總線的數據通信通道為B通道，重複步驟S22，S23 ； S25:重新設置主接收點i，重複上述步驟S21?S24，直到第m節點作為主接收節點完成FlexRay總線通信誤碼率的統計。
4.根據權利要求1所述的一種基於ZigBee技術的FlexRay總線測試與優化方法,其特徵在於:所述S3中當節點調整阻抗匹配數值50次後，跳轉至S4。
5.根據權利要求1所述的一種基於ZigBee技術的FlexRay總線測試與優化方法,其特徵在於:所述PC機通過最小標準差法來選擇統一的匹配阻抗包括以下步驟: 541:選擇A通道與B通道的前20組誤包率最低的匹配阻抗，其誤包率從小到大依次是FA0_rate, FA1_rate,...，FA19_rate 和 FB0_rate, FB1_rate,...，FB19_rate,其對應的匹配阻抗值為 Xaci，Xai，…，^ai9 和 Xbci，^bd …，^βιθ ; 542:若存在XAi = Xbj (i, j = O,…，19)，則選擇Xm為最佳阻抗匹配值；若不存在，則求
Γ解標準差參數:t = -^(Xa1-Xbj ) + (葉.)2 ； 543:根據叫，」=min[n0；0, n0；1,…，n19，19]選出叫」的最小值,則此最小值對應的XAi或Xbj作為該FlexRay總線在該通信頻率下的最佳匹配阻抗。
6.根據權利要求1所述的一種基於ZigBee技術的FlexRay總線測試與優化方法,其特徵在於:所述S4中的通信頻率在I?1MHz之間靈活調整，當通信頻率超過10MHz，跳轉至S5。
7.一種基於ZigBee技術的FlexRay總線測試與優化裝置，其特徵在於:包括PC機、ZigBee模塊,FlexRay總線測試節點，所述FlexRay總線測試節點包括ZigBee模塊、可編程時鐘晶片、數字電位器和MCU微處理器； 所述PC機與ZigBee模塊通過串口連接；PC機通過ZigBee模塊與FlexRay總線測試節點組建ZigBee無線組網,PC機通過ZigBee模塊向FlexRay總線測試節點發送各個節點的網絡配置參數，各個FlexRay總線測試節點通過ZigBee模塊向PC機回傳測試結果。
8.根據權利要求7所述的一種基於ZigBee技術的FlexRay總線測試與優化裝置，其特徵在於:所述PC機可以自動向FlexRay節點發送參數配置指令。
9.根據權利要求7所述的一種基於ZigBee技術的FlexRay總線測試與優化裝置，其特徵在於:所述的FlexRay總線測試節點上ZigBee晶片內的MCU微處理器可以根據指令調整可編程時鐘晶片的輸出時鐘，實現FlexRay總線通信頻率從IMHz到1MHz的靈活調節，分別將第i節點總誤包率F_rate和各個節點通信之間的誤包率Fij^ate的統計結果通過ZigBee模塊傳遞給PC機。
【文檔編號】H04L12/40GK104243246SQ201410567882
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年10月22日 優先權日:2014年10月22日
【發明者】王平, 杜煒, 李娜, 李剛健, 程娜, 潘震, 龔志輝, 王思奇 申請人:重慶大學