在ECU和傳感器系統(tǒng)中，除去各種汽車(chē)總線(xiàn)以及智能傳感器之間的PSI5和SENT協(xié)議之外，在短距離和低成本通信場(chǎng)景中還會(huì)廣泛使用SPI、UART、RS232、RS485、RS422和I2C等通用串行總線(xiàn)。在HIL系統(tǒng)中，如果被測(cè)對(duì)象涉及上述串行總線(xiàn)，則需要測(cè)試設(shè)備能夠同時(shí)支持對(duì)應(yīng)接口，實(shí)現(xiàn)測(cè)試、仿真及分析。在CANoe為平臺(tái)的HIL系統(tǒng)中，I/O板卡VT2710同時(shí)支持PSI5/SENT以及上述串行總線(xiàn)協(xié)議，為構(gòu)建經(jīng)濟(jì)型測(cè)試系統(tǒng)提供便利。

SPI簡(jiǎn)述與測(cè)試解決方案

SPI（Serial Peripheral Interface Bus，串行外設(shè)接口）常用于芯片之間通訊，沒(méi)有具體標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)規(guī)范，各廠(chǎng)家的實(shí)際方案可能存在一定差異性，如線(xiàn)束拓?fù)涑Ｒ?jiàn)形式有四線(xiàn)SPI、三線(xiàn)SPI和isoSPI等，時(shí)序操作模式以及具體指令集定義等均需結(jié)合實(shí)際芯片手冊(cè)進(jìn)行開(kāi)發(fā)和配置。最常見(jiàn)的SPI通訊需要4根線(xiàn)，可進(jìn)行全雙工通訊。

當(dāng)采用單主機(jī)多從機(jī)的通訊拓?fù)鋾r(shí)，SCLK、MOSI、MISO均為1根線(xiàn)由主機(jī)并聯(lián)至各從機(jī)，而CS片選信號(hào)線(xiàn)的數(shù)量，需要與從機(jī)數(shù)量對(duì)應(yīng)。時(shí)序模式如圖2。

SPI除了引腳定義、時(shí)序操作、指令集多樣以外，對(duì)于通訊速率、電平范圍也無(wú)明確定義，需根據(jù)通訊芯片進(jìn)行匹配。ECU中通常將SPI用于MCU與外設(shè)芯片之間的通訊，如EEPROM、看門(mén)狗等；在BMS領(lǐng)域的主從板菊花鏈通訊中，也通過(guò)SPI與外置通訊芯片進(jìn)行交互（如Maxim、Analog Devices、NXP等）。

CANoe/VT2710對(duì)SPI的支持情況：

每塊VT2710可以提供2個(gè)獨(dú)立通道的四線(xiàn)SPI通訊，最多支持5路片選；

SPI通訊電壓范圍支持0～6V，可進(jìn)行星型或菊花鏈連接；

仿真SPI主機(jī)時(shí)最高支持10Mbps速率，仿真SPI從機(jī)時(shí)最高支持6Mbps速率。

SPI通訊指令集開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)方式有3種：

用戶(hù)自定義信號(hào)幀：CANoe內(nèi)置清晰且便于使用的圖形配置界面，用戶(hù)可自由添加信號(hào)定義，實(shí)現(xiàn)SPI通訊“數(shù)據(jù)庫(kù)”的制作。

原始通信幀：直接通過(guò)CAPL編程方式實(shí)現(xiàn)通訊指令集開(kāi)發(fā)，CANoe提供MISO和MOSI讀寫(xiě)隊(duì)列函數(shù)，將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)寫(xiě)進(jìn)VT2710緩存隊(duì)列，用于靈活和快速的通訊交互。

FPGA封裝高速幀：當(dāng)通訊過(guò)程中需要微秒或納秒級(jí)的數(shù)據(jù)響應(yīng)，并且需要?jiǎng)討B(tài)結(jié)合前幀指令進(jìn)行判斷并響應(yīng)時(shí)，可以使用FPGA編程進(jìn)行SPI指令集開(kāi)發(fā)。VT2710默認(rèn)集成可自編程的FPGA芯片，用戶(hù)可選VHDL語(yǔ)言或Intel DSP Builder Advanced Blockset Builder進(jìn)行FPGA開(kāi)發(fā)。

UART簡(jiǎn)述與測(cè)試解決方案

UART（Universal Asynchronous Receiver

/Transmitter，通用異步收發(fā)傳輸器）是一種通用串行數(shù)據(jù)總線(xiàn)，用于異步通信。該總線(xiàn)雙向通信，可以實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸和接收。UART通訊需要2根線(xiàn)：TX發(fā)送數(shù)據(jù)，RX接收數(shù)據(jù)。UART在汽車(chē)行業(yè)內(nèi)用于座艙和觸摸信號(hào)等附屬設(shè)備的交互，還可擴(kuò)展為L(zhǎng)IN通訊接口使用。

UART幀以一個(gè)起始位（邏輯0）開(kāi)始， 然后是7～9個(gè)數(shù)據(jù)位，由一個(gè)可選的奇偶校驗(yàn)位以及一個(gè)或兩個(gè)停止位（邏輯1）完成，該位同時(shí)用于接收節(jié)點(diǎn)的同步。

CANoe/VT2710對(duì)UART的支持情況：

每塊VT2710可以提供2個(gè)獨(dú)立通道的UART通訊；

可以自定義電平，也可使用RS232、RS485、RS422等電平邏輯進(jìn)行通訊；

自定義內(nèi)部電平支持最高6V，通訊速率最高支持1Mbps；

用戶(hù)可通過(guò)系統(tǒng)變量、CAPL函數(shù)或FPGA編程方式實(shí)現(xiàn)UART通訊。

RS232、RS485和RS422簡(jiǎn)述

與測(cè)試解決方案

RS-232是美國(guó)電子工業(yè)聯(lián)盟（EIA）制定的串行數(shù)據(jù)通信的接口標(biāo)準(zhǔn)。由于RS232標(biāo)準(zhǔn)未對(duì)編碼方式、幀的構(gòu)成方式、傳輸順序、錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制做出規(guī)定，一般會(huì)使用UART的字符格式和傳輸比特率設(shè)置，當(dāng)然也可由用戶(hù)自定義協(xié)議。不同于TTL電平，RS232規(guī)定邏輯“1”的電平為-15V～-3 V，邏輯“0”的電平為+3V～+15V。

RS485（現(xiàn)稱(chēng)EIA-485）是TIA及EIA聯(lián)合發(fā)布的物理層標(biāo)準(zhǔn)，在干擾環(huán)境下進(jìn)行長(zhǎng)距離的高效通信，支持在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)上有多個(gè)接收器的總線(xiàn)拓?fù)洌m用于環(huán)境耐久等試驗(yàn)環(huán)境。RS485是雙線(xiàn)、半雙工、差分電壓信號(hào)通訊，通訊速率上限隨線(xiàn)束長(zhǎng)度而定，一般10米時(shí)最高35Mbit/s，1200米時(shí)最高100kbit/s。

RS422（現(xiàn)稱(chēng)EIA-422）同樣是TIA及EIA聯(lián)合發(fā)布的物理層標(biāo)準(zhǔn)，旨在提供更高速度、更好的抗噪性和更長(zhǎng)電纜長(zhǎng)度的標(biāo)準(zhǔn)。傳輸數(shù)據(jù)速率可以高達(dá)10Mbit/s，在較低的速率下可在長(zhǎng)達(dá)1500米的電纜上發(fā)送數(shù)據(jù)。RS422采用4線(xiàn)、全雙工、差分電壓信號(hào)通訊。RS422只能有1個(gè)發(fā)送端，多個(gè)接收端，因此其全雙工是主從節(jié)點(diǎn)之間的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)雙向通訊。由于RS485/422未定義具體的上層協(xié)議，實(shí)際使用中常會(huì)使用UART、Modbus、Profibus協(xié)議。RS232、RS485、RS422在汽車(chē)行業(yè)中用于GNSS數(shù)據(jù)傳輸、車(chē)機(jī)與附屬部件交互數(shù)據(jù)，以及測(cè)試時(shí)控制電源、環(huán)境艙等設(shè)備的場(chǎng)景。

CANoe/VT2710對(duì)RS232、RS485和RS422的支持情況：

每塊VT2710可提供2路RS232，2路RS485/RS422（復(fù)用二選一）；

編碼方式均默認(rèn)提供UART編碼；

用戶(hù)可通過(guò)系統(tǒng)變量、CAPL函數(shù)或FPGA編程方式實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)通訊。

I2C簡(jiǎn)述與測(cè)試解決方案

I2C Bus（Inter-Integrated Circuit Bus，內(nèi)部集成電路總線(xiàn)）是一種同步、多主從、分組交換、單端的串行通訊總線(xiàn)，主要用于短距離、板內(nèi)通訊中將低速的外部芯片連接至CPU/MCU。I2C使用2條雙向開(kāi)漏（Open-Drain）通訊線(xiàn)：SDA（Serial Data Line）用于傳輸數(shù)據(jù)，SCL（Serial Clock Line）用于控制通訊過(guò)程，需上拉電阻，常用電平為+5V或+3.3V。常見(jiàn)通訊速率有標(biāo)準(zhǔn)模式100kbit/s和快速模式400kbit/s。新一代I2C總線(xiàn)可以支持快速模式400 kbit/s、更快速模式1 Mbit/s、高速模式3.4 Mbit/s和 超快速模式5 Mbit/s。I2C 通信始終按照以下流程進(jìn)行：

Master主機(jī)在總線(xiàn)上產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)條件；

Master主機(jī)發(fā)送Slave從機(jī)地址和讀/寫(xiě)位請(qǐng)求，對(duì)應(yīng)的Slave從機(jī)產(chǎn)生ACK應(yīng)答（低電平），Master主機(jī)根據(jù)讀/寫(xiě)位切換為發(fā)送方或接收方模式；

數(shù)據(jù)在Master主機(jī)和被尋址的Slave從機(jī)之間按字節(jié)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，相應(yīng)的接收方通過(guò) ACK 進(jìn)行應(yīng)答（低電平）；

Master主機(jī)在總線(xiàn)上產(chǎn)生一個(gè)停止條件。

此外，主機(jī)可以發(fā)起另一個(gè)啟動(dòng)條件而非停止條件，從而立即啟動(dòng)新的數(shù)據(jù)傳輸。此過(guò)程稱(chēng)為重復(fù)啟動(dòng)。I2C在汽車(chē)領(lǐng)域常用于MCU與EEPROM、GPIO芯片等集成電路通訊，也會(huì)用于觸摸指令傳輸、攝像頭光圈/曝光度控制等交互。

圖9：I2C通訊過(guò)程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)示意圖

CANoe/VT2710對(duì)I2C的支持情況：

每塊VT2710支持最多2路I2C總線(xiàn)，可以仿真Master主機(jī)或Slave從機(jī)；

支持100kb/s、400kb/s、1Mb/s三種典型速率，最低可配置為50kb/s，最高可配置為1.6Mb/s；

高電平電壓（0～6V）、上拉電阻（4.7kΩ）是否接入均可配置。

在Sensor Protocol Configuration窗口，可以添加所需I2C總線(xiàn)通道，對(duì)于Slave從機(jī)可以配置其尋址長(zhǎng)度、Slave從機(jī)地址、是否對(duì)供應(yīng)商ID等信息進(jìn)行響應(yīng)等，對(duì)于I2C報(bào)文可以配置其讀/寫(xiě)長(zhǎng)度，以及具體信號(hào)的Layout及序列化規(guī)則，方便直接通過(guò)系統(tǒng)變量進(jìn)行數(shù)據(jù)讀/寫(xiě)。與其他串行總線(xiàn)一樣，除直接通過(guò)系統(tǒng)變量進(jìn)行操作外，也可通過(guò)CAPL操作原始幀、FPGA編程開(kāi)發(fā)指令集等方式進(jìn)行應(yīng)用。

CANoe為I2C的應(yīng)用提供1主2從的示例工程，利用VT2710的兩個(gè)通道分別仿真主、從，用戶(hù)可以基于該示例工程進(jìn)行修改，創(chuàng)建符合自身使用場(chǎng)景的項(xiàng)目工程。

責(zé)任編輯：haq