细聊HIL测试工作步骤详谈

lsekfe

前一段时间做了一个VCU的HIL测试工作，最近在整理整个的调试过程，写了一份总结，在这里和大家分享一下。这里声明一下，这里的内容不做为指导性内容，只是详细讲述一下测试过程和心得体会，供大家讨论交流！下面步入正题：
　　Speedgoat公司：
　　本人工作中使用的机柜为Speedgoat提供的，这里也简单介绍下这个公司。
　　Mathworks联营公司，于2006由MathWorks前员工成立
　　总部位于瑞士伯尔尼，分部门位于Natick（美国波士顿）和德国汉诺威
　　致力提供专门针对Simulink环境的实时系统
　　在Mathworks和Speedgoat内，核心团队(仅实时仿真和测试部门)约100人
　　可能可能 会问，为什么不选择dspace的产品？当然是公司没钱啦。业内有一个调侃：一个公司如果购买HIL设备要走招标流程，那dspace就不来了。。。。。因此他的设备基本上都是比较贵的，招标他肯定没戏。
　　机柜介绍
　　机柜的组成如下图：
　　1） 电源分配箱：将进入的电力分配给各个模块；
　　2） 程控电源：提供可控的电力；
　　3） 信号调理电源：为信号调理提供电力
　　4） 低压负载测试箱：提供负载电阻
　　5） 调试CAN口：可进行信号采集和标定
　　6） 上下接插件：连通机柜与VCU之间的信号交互
　　7） DIO调理板卡：调理作用
　　8） 低压故障注入箱：提供故障注入
　　9） 实时系统：目标机

图1 Speedgoat VCU机柜

　　对机柜有大致的了解之后就要开始对VCU收发的信号进行定义了，这里需要明白的是，机柜发出和接收信号，都是通过板卡来实现的。我们可以把板卡看作是一个重要的中转，它可以接收到VCU发出来的信号，并通过驱动的配置将其发给目标机，目标机再根据其中的模型执行相应的动作；他也可以将目标机中发出的指令转换成信号发给VCU，从而实现VCU和机柜的信号交互。这里就需要对板卡的资源进行分配和定义。
　　I/O接口定义和资源分配
　　板卡中包含IO133、IO144等多个型号，在模型中使用板卡时，需要利用驱动对其进行管理调配，具体步骤如下:
　　1.打开Speedgoat提供各板卡的IO驱动库：
　　方法1：在Simulink库中直接找到该库，可右键打开
　　方法2：在Matlab窗口输入speedgoatlib

图2 speedgoat提供的模型库

　　2.板卡驱动的使用
　　步骤1：将实时目标机具备的IO硬件的驱动模块拖拽到模型中；
　　步骤2：将算法与IO硬件的驱动模块链接
　　步骤3：通过对话界面配置IO通道和通讯协议；
　　步骤4：从Simulink模型自动的创建，并在实时机上运行你的应用

图3 驱动板卡的使用

　　3.以IO133板卡为例（仅举例，用户需使用自己系统中有的板卡）：
　　步骤1：将setup模块首先拖到模型中，并打开做相应配置，如使用系统中第几块IO133，模拟通道激活那几路（输入方式如[1 2]，或[1:4]，或[1:3 5]），每路的电压范围（不同板卡有不同设定）。数字通道的方向等（具体可参见setup模块的help说明）

图4 IO133板卡使用

　　步骤2：将要使用的通道如ADC，DAC模块添加到模型（如果模块的接口没有依据setup的设定自动调整，可Ctrl+D更新一下），并将模块与模型连接即可。

图5 IO板卡添加到模型中

　　4.接口定义分配
　　在收到VCU引脚定义后，需对引脚信号进行分类，其收发的信号通常包括Digital Input、Digital Output、Analog Input、Analog Output、PWM Input、PWM Output等类型，因此需要根据各板卡的特性，对各接口进行定义。这里据一个例子进行说明。
　　板卡的使用电机水泵电源控制，为Digital Output，则需要在板卡里找到Digital Input的接口，将其对应的接插件管脚记录下来，并在驱动中完成配置，完成接口定义。如果为Analog Input，还需进行电压等其他配置。

图6 IO133板卡接口

　　经过DIO的为可自定义的接口，因此若在资源分配中发现某一类型的接口不够用，可以在Digital Input/Output之间相互转换，以便对板卡进行资源分配。
　　整车环境模型架构
　　整车环境模型的搭建是一个庞大的工程，里面涉及到车上的各个模块逻辑和相关功能，还需考虑到各模块之间的通讯、信号观测和自动化测试等诸多因素，因此在搭建模型是建议参照如下原则。
　　独立性：将CAN信号、IO信号、控制ECU、硬件模型、环境模型划分模块搭建，混在一起会导致模块混乱、通用性差；
　　可观测性：提前了解操作平台的可观测属性和可标定属性，在搭建模型时需要有意识的将重要模块的输入信号做Override，输出信号做成可观测量；
　　适用性：及时了解自动化测试所使用的工具和相关属性，例如TPT只可控制Subsystem的最外层接口，因此需要将集成后的模型再打包成子模型；
　　便捷性：模块的输出信号和输入信号的顺序，要按照DBC的顺序进行统一，方便后面的修改替换；
　　检测顺序：
　　模型搭完后需对模型的正确性、信号收发的正确性和面板控制的正确性等方面进行检测，此过程中的检测步骤如下：
　　1. 总线检测：通过万用表测量VCU接插件端到机柜板卡端的通断，确保总线的正确性；
　　2. 板卡功能定义检测：检测板卡的输入信号解析和输出信号发送是否符合板卡定义，例如数字信号定义、模拟信号定义、PWM波信号定义等；
　　3. 驾驶员控制面板的检测：检测驾驶员控制操作，如油门、踏板、KeyON/Start等；
　　调试顺序：
　　检测工作完成后就进入了具体的调试阶段了，在功能测试中慢慢发现问题，完善环境模型。在此过程中需遵循从简单基础功能开始测试的原则，逐渐覆盖全功能，具体调试顺序可参考如下：
　　1. 信号收发调试：完善信号收发必备的LIVECOUNTER 和CHECKSUM的计算；
　　2. 信号发送的正确性校验：通过CANalyzer或CANape观测报文，并校验信号发送是否正确；
　　3. 上下电功能调试：根据设计要求，调试上下电功能；
　　4. 睡眠唤醒调试：根据设计要求，调试睡眠唤醒功能；
　　5. 充电功能调试：根据设计要求，调试充电功能；
　　车辆可以正常行驶后，开始对各个功能进行调试，在测试中发现问题，不断优化模型。