Les systèmes automobiles modernes reposent sur des ECU distribuées échangeant des données sur des réseaux tels que CAN, LIN et Ethernet automobile, ce qui rend le comportement de communication essentiel à la fonctionnalité globale du système. Cependant, au cours du développement, les systèmes de véhicule complets sont rarement disponibles, limitant la capacité des ingénieurs à valider les interactions entre les ECU. Cette situation entraîne souvent un retard de l’intégration, une réduction de la couverture des tests et un risque accru de problèmes à un stade avancé.
La simulation Restbus répond à ce défi en reproduisant le comportement de communication des nœuds de réseau manquants, ce qui permet des environnements de test réalistes et reproductibles. Alors que les réseaux de véhicules deviennent de plus en plus complexes et adoptent une communication basée sur AUTOSAR, le besoin d’approches évolutives basées sur des bases de données devient essentiel pour garantir une validation précise et fiable des ECU. NI VCOM répond à ce besoin en exécutant une simulation restbus basée sur des signaux directement à partir des bases de données de véhicules, fournissant une base cohérente et maintenable pour la validation ECU dans les environnements CAN, LIN et Ethernet automobile.
La précision de la simulation restbus de VCOM dépend directement de la qualité des données de communication à partir desquelles elle est construite. Plutôt que de nécessiter des modèles de communication développés manuellement, VCOM exécute le comportement directement à partir des bases de données de communication du véhicule, faisant de la base de données la base de tout l’environnement de test.
La simulation Restbus dans VCOM est entièrement pilotée par des bases de données de communication qui définissent les réseaux, les nœuds, les unités de données de protocole (PDU), les trames, les signaux, le cadencement et les règles de protection. VCOM supporte les formats DBC, LDF et AUTOSAR ARXML.
Dans les programmes de véhicules modernes, AUTOSAR ARXML est la principale source de simulation de restbus car il décrit les relations de communication à travers le réseau de véhicules. Pour une simulation précise, VCOM requiert un extrait au niveau du système qui inclut tous les participants de communication concernés. Les extraits d'ECU seuls sont généralement insuffisants, car le comportement du restbus dépend des relations d'émission et de réception.
En pratique, les fichiers ARXML doivent souvent être examinés et nettoyés avant d'être utilisés. VCOM fournit le framework pour convertir ces définitions de base de données en comportement de restbus exécutable, aidant à maintenir l’alignement entre l’environnement de test et l’architecture de communication du véhicule prévue.
Les ECU modernes fonctionnent rarement de manière isolée. Pendant les tests HIL et sur banc, les ingénieurs doivent reproduire le comportement du réseau du véhicule pour valider la fonctionnalité de l’ECU dans des conditions réalistes.
VCOM est une suite logicielle qui fournit une simulation restbus basée sur des signaux pour les systèmes de test HIL et sur banc. Basé sur la couche driver NI-XNET, il exécute la communication directement à partir des bases de données du véhicule, reproduisant le comportement des nœuds de réseau manquants afin que les ingénieurs puissent valider les fonctionnalités de l'ECU avant que des systèmes complets du véhicule ne soient disponibles. En gérant des détails spécifiques au protocole tels que le cadencement, l’emballage de messages et les mécanismes de protection, VCOM permet aux ingénieurs de se concentrer sur la validation de l’ECU plutôt que sur l’implémentation de la communication.
VCOM s'exécute sur les PC Microsoft Windows et les cibles NI Linux RT en utilisant les interfaces NI-XNET pour CAN, LIN et Ethernet automobile, ce qui le rend déployable à la fois sur les bancs de développement et les environnements HIL basés sur rack. Les toolkits de diagnostic optionnel (UDS) et de mesure et d’étalonnage (CCP/XCP) étendent davantage les capacités d’automatisation des tests.
Plutôt que de se fier à une logique de communication codée sur mesure, VCOM dérive directement tout le comportement de transmission et de réception de la base de données importée. Chaque nœud de réseau simulé fonctionne exactement comme défini, en utilisant les réseaux configurés, les paramètres de cadencement et les règles de protection, sans nécessiter que les ingénieurs implémentent manuellement le comportement du protocole.
Pour CAN, les trames sortantes sont générées en encodant les valeurs des signaux en fonction de l’échelle, de l’offset, de la disposition des bits, de l’endianness et de toute protection de bout en bout associée à checksum, compteur ou AUTOSAR. Les trames entrantes sont décodées en signaux et mises à disposition pour tester la logique, les scripts ou les observateurs. Le cadencement des messages est explicite, y compris la transmission cyclique avec des périodes et des offsets définis, ainsi que la transmission événementielle déclenchée par des changements d'état ou des requêtes externes.
Sur LIN, la planification des trames contrôle quelles trames apparaissent dans quels emplacements et à quelle fréquence. Sur Ethernet automobile, VCOM exécute la communication SOME/IP telle que définie dans l’ARXML, y compris la découverte de service, la transmission d’événements et la méthode d’appel, le cas échéant. Dans tous les cas, VCOM exécute les spécifications de communication mais n'implémente pas le comportement interne de l'ECU.
Considérons un contrôleur de moteur testé qui consomme Motor_Speed à partir du restbus et transmet des requêtes de couple et des messages de position des gaz conformément aux spécifications de communication.
Sur le banc, Motor_Speed est piloté du ralenti au redline par la simulation de restbus, tandis qu’un modèle de température de l’air externe passe du démarrage à froid au fonctionnement normal. VCOM encode et transmet toutes les communications restbus exactement comme défini dans la base de données, y compris le cadencement, la mise à l'échelle, les compteurs et la protection.
Pour évaluer la robustesse, le test introduit une perturbation contrôlée où cinq pour cent des messages Motor_Speed sont abandonnés pendant une seconde. Les critères de succès sont strictement observables au niveau de la communication. Le contrôleur moteur doit entrer dans une stratégie de sécurité définie dans les 100 ms suivant la défaillance et revenir à un fonctionnement normal dans les 200 ms suivant la reprise du trafic valide. Après la récupération, aucun code d'erreur de diagnostic ne devrait rester actif.
Ce scénario illustre un cas typique d'utilisation de restbus. VCOM fournit le contexte de communication et les points d’injection de défauts, tandis que le comportement de l’ECU et les modèles physiques restent en dehors de la simulation de restbus.
VCOM prend en charge les protocoles couramment utilisés dans les programmes de véhicules actuels et émergents. Cette couverture permet à un seul environnement restbus de reproduire le comportement réseau pertinent pour l'ECU testée, sans nécessiter d'outillage distinct pour chaque protocole.
Les protocoles supportés incluent CAN, LIN et Ethernet automobile. Pour Ethernet automobile, la communication SOME/IP est supportée conformément aux définitions de service fournies dans l’ARXML, y compris les mécanismes de découverte de service requis. J1939 est disponible avec le support pour le multiplexage de base et la gestion de réseau dans les applications lourdes.
Le comportement d'envoi est automatiquement dérivé des définitions de la base de données, y compris les messages cycliques, événementiels et spontanés. VCOM exécute nativement des PDU multiplexées, des PDU conteneurs et des constructions de communication AUTOSAR, permettant aux définitions de systèmes complexes de s’exécuter sans codage manuel. Les signaux compteurs, les CRC et les profils de protection AUTOSAR de bout en bout sont générés et évalués automatiquement à l’exécution, offrant une exécution déterministe et hautes performances qui évite la latence, la charge du processeur et le temps système de maintenance généralement introduits par le code utilisateur personnalisé.
Les valeurs des signaux peuvent être écrites ou redéfinies via des API pour piloter des scénarios de test, tandis que les mécanismes de protection continuent d’être appliqués de manière cohérente par le système.
Les programmes de véhicules nécessitent de plus en plus des mécanismes d’intégrité des communications pour être présents et fonctionnels lors de la validation de l’ECU, pas seulement en production. VCOM gère ces exigences dans le cadre d’une exécution normale du restbus plutôt que comme des tâches d’ingénierie distinctes.
VCOM implémente des profils de communication embarquée sécurisée (SecOC) intégrés pour plusieurs OEM, avec des profils supplémentaires disponibles sur demande. Les sommes de contrôle, les compteurs et les profils de protection AUTOSAR de bout en bout sont calculés automatiquement en fonction des spécifications de communication associées à chaque PDU.
Pour les configurations Ethernet automobile nécessitant une sécurité au niveau de la liaison, les interfaces Ethernet NI XNET supportées peuvent activer MACsec. Dans ces configurations, VCOM continue à fonctionner au niveau de l’application et de la PDU, tandis que le cryptage et la protection des liaisons sont gérés de manière transparente par le driver et le matériel.
Pour qu'une ECU testée se comporte correctement, le réseau environnant doit refléter des transitions d'état réalistes. Un environnement Restbus qui ne tient pas compte des transitions du sommeil, du réveil et du mode réseau peut produire des conditions de test qui n’existent pas dans un véhicule réel, conduisant à des résultats trompeurs.
VCOM exécute le comportement de gestion de réseau AUTOSAR pour CAN et Ethernet automobile tel que défini dans la base de données, garantissant que l'ECU testé perçoit un environnement système cohérent lorsque les nœuds passent d'un état à l'autre.
Les mécanismes de veille physique sur Ethernet automobile, tels que TC10, sont gérés par le driver NI XNET et le matériel pris en charge. VCOM fonctionne au-dessus de cette couche et réagit aux changements d'état du réseau qui en résultent plutôt que de contrôler directement le comportement de réveil physique.
VCOM est conçu pour s’intégrer dans les environnements HIL et de banc existants plutôt que de les remplacer. Dans une configuration HIL typique, VCOM est déployé parallèlement à des outils tels que NI VeriStand ou NI LabVIEW au niveau du système. Ces environnements contrôlent l’exécution des tests et interagissent avec la simulation restbus en cours d’exécution via les API VCOM. Les opérations comprennent le démarrage et l'arrêt de la simulation, la lecture et l'écriture des valeurs des signaux et la réponse aux événements réseau.
VCOM fournit la couche de simulation restbus et des capacités optionnelles de diagnostic et d’étalonnage. NI-XNET expose les interfaces physiques CAN, LIN et Ethernet automobile, auxquelles le DUT est connecté de la même manière que dans un véhicule. WebUI prend en charge l’inspection de la base de données et la surveillance du trafic en direct, ce qui simplifie la mise en place et le dépannage du banc.
À mesure que les réseaux de communication des véhicules deviennent de plus en plus complexes, les efforts requis pour développer et maintenir des simulations de restbus deviennent souvent un goulot d’étranglement. Dans de nombreux environnements de test, le comportement de communication est implémenté via des scripts personnalisés ou une logique spécifique à l’application. Bien que cette approche puisse être efficace pour des bancs individuels, le maintien de la cohérence entre plusieurs systèmes de test devient de plus en plus difficile à mesure que les définitions de communication évoluent.
VCOM relève ce défi grâce à une approche basée sur les bases de données. Le comportement de communication est exécuté directement à partir des définitions DBC, LDF et AUTOSAR ARXML, y compris l’encodage du signal, le cadencement, le multiplexage, les compteurs, les CRC et les mécanismes de protection AUTOSAR. Lorsque les exigences de communication changent, les ingénieurs mettent à jour la définition de la base de données plutôt que de modifier la logique de communication sur plusieurs bancs de test.
Cette approche devient particulièrement utile lors de la mise à l’échelle des activités de validation. Une configuration restbus validée sur un banc de développement peut être déployée sur des systèmes HIL supplémentaires en utilisant les mêmes définitions de communication et le même comportement. Étant donné que l’exécution de la communication reste liée à la base de données, tous les bancs fonctionnent à partir d’une source de vérité commune, réduisant le risque d’incohérences introduites par des scripts ou des configurations maintenus indépendamment.
Les projets VCOM s'exécutent à la fois sur des cibles Windows et NI Linux RT et s'intègrent à LabVIEW et VeriStand via des API communes. Cela permet aux configurations de communication d’être réutilisées dans les environnements de test automatisés, basés sur rack et de bureau tout en maintenant un comportement réseau cohérent.
Au fur et à mesure que la capacité de test augmente, le résultat est non seulement une cadence plus élevée, mais aussi une répétabilité et une traçabilité améliorées. Les efforts d’ingénierie peuvent rester concentrés sur la validation des ECU et la couverture des tests plutôt que sur la maintenance de l’infrastructure de communication sur plusieurs bancs.
Le déploiement de VCOM sur un nouveau banc implique un ensemble prévisible d’étapes de vérification en amont. Les conseils suivants reflètent les modèles de mise en place courants et aident les équipes à passer efficacement de la configuration initiale au comportement de communication validé.
Maintenir une simulation de restbus précise et cohérente dans un programme de véhicule est un défi d’ingénierie permanent, qui s’accroît à mesure que les définitions de communication évoluent, que les bancs de test se multiplient et que les protocoles deviennent plus complexes.
Le défi réside rarement dans les protocoles de communication eux-mêmes. Plus souvent, l’effort d’ingénierie est utilisé pour maintenir la logique de simulation, synchroniser les bancs de test, gérer les révisions de la base de données et implémenter des détails de protocole tels que l’encodage du signal, les compteurs, les CRC, la gestion du réseau et les mécanismes de protection de manière cohérente entre les projets.
VCOM relève ces défis grâce à une architecture de communication basée sur des bases de données. En exécutant le comportement de communication directement à partir des définitions DBC, LDF et AUTOSAR ARXML, VCOM fournit un framework unifié pour les communications CAN, LIN, Ethernet automobile, SOME/IP et J1939 tout en gérant automatiquement le comportement spécifique au protocole tel que le cadencement, le multiplexage, les compteurs, les CRC, la protection de bout en bout AUTOSAR et les profils SecOC pris en charge. Au lieu de développer et de maintenir des implémentations de communication personnalisées, les équipes d’ingénieurs peuvent standardiser sur une base de communication unique qui reste alignée sur l’évolution des définitions du réseau de véhicules.
Cette architecture devient de plus en plus précieuse à mesure que les activités de validation s’étendent à plusieurs équipes, projets et environnements de test. Les mêmes configurations de communication, API et workflows d’automatisation peuvent être déployés sur les systèmes de développement de bureau, les bancs HIL et l’infrastructure de test automatique, réduisant ainsi les doubles emplois tout en aidant à maintenir la cohérence tout au long du processus de validation.
Concrètement, cela permet :
La valeur s'étend au-delà de la simulation du trafic réseau. VCOM fournit une base de communication évolutive et maintenable qui réduit le temps système, améliore la cohérence entre les environnements de validation et permet aux équipes de concentrer leurs efforts sur la vérification des fonctionnalités de l’ECU plutôt que sur la gestion de l’infrastructure de communication.