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引言 在汽車電子系統中，CAN總線通信技術不僅減少了線束減輕了汽車重量從而提高了效率，更重要的是它實現了汽車電子網絡的信息共享和數據傳輸，利用它可以把某項應用按照功能分拆在不同的組件中實現，這樣在實現各個功能子系統時非常靈活，系統中組件的使用更廣泛更充分，單個組件可以在多個功能系統中被應用。可以說CAN總線的出現更好地體現了網絡復用的特點。藍牙技術在消費電子領域中的成功運用經驗推廣到汽車電子領域后，其開發與測試遇到了一定的挑戰，筆者結合為某整車廠商開發的一款基于CAN總線及藍牙技術的車載信息娛樂設備，介紹基于CAN總線及藍牙技術的汽車電子產品開發及測試中的關鍵技術。 產品開發 該產品是一個集成USB音頻播放、藍牙免提、藍牙音頻流播放等功能于一體的汽車電控單元(以下以USB-BOX來表示)，通過CAN總線與車內音響系統組合為一體，實現播放普通U盤內音樂文件(MP3、WAV、WMA等)，同時可以通過藍牙功能實現免提接聽、撥打電話及播放流媒體音樂等[1]。音響系統包括液晶屏、收音機、方向盤和USB-BOX，其中液晶屏用于實現歌曲文件信息、電話相關信息以及電話本的顯示等功能，收音機實現CD音樂播放及控制等功能，收音機和方向盤上帶有按鍵控制接口，實現對USB-BOX的音樂控制和免提操作，系統結構如圖1所示。 
在這個CAN網絡汽車音響系統中，收音機和方向盤CAN節點提供人機操作接口控制USB-BOX，而USB音樂播放和藍牙免提功能相關的液晶屏顯示頁面則由USB-BOX來控制。USB-BOX的程序設計采用基于有限狀態自動機的軟件架構，將整個控制流按照功能分解為若干并發的子狀態機，每個狀態機被實現為一個任務，在子狀態機中將該功能實現的過程節點做為子狀態，以過程的推進作為狀態機的跳轉，這樣使得整個系統構架清晰，簡化了實現，便于系統調試和后續功能擴展[2]。 在狀態機的實現中，關鍵跳轉條件是CAN幀和藍牙信號，CAN幀方面主要是標識符的管理，標識符是指當前液晶屏應該顯示什么樣的頁面，提供什么樣的顯示信息和導航選擇，在該頁面下收音機和方向盤按鍵操作對應哪些控制命令，可以實現哪些選擇性的操作(選擇、退出、向上向下導航、向前向后導航)[3]，由USB-BOX和收音機共同管理。而藍牙信號涉及到不同手機在同一功能上的不同差異，信息組合不完整，次序不固定，這就會帶來一定的兼容性問題[5]。下面以電管理為例描述一下狀態機的設計。 首先根據整個來電管理的過程設計Ready、IncomingCallEstablish、ActiveCall三個狀態，USB-BOX默認起始狀態為Ready，當手機來電時，手機把藍牙信號CALL_SETUP_IND(呼叫過程提示)、RING_IND(來電響鈴提示)和CALLER_ID_IND(來電號碼)等來電信息傳給USB-BOX，USB-BOX進入IncomingCallEstablish狀態，通過CAN幀將響鈴提示信息發送給管理功放音響的收音機，把來電號碼發送給液晶屏，這時收音機播放鈴聲，同時液晶屏上彈出顯示頁面，包括該電話號碼，并提供是否接聽的兩個可導航選項，這個頁面的標識符便是來電管理標識符。這時可以利用收音機上的導航按鍵選擇是否接聽，在導航到接聽按鍵上按下選擇鍵時，收音機會把接聽來電命令發送給 USB-BOX，USB-BOX通過藍牙信號把接聽來電命令發給手機，手機接聽來電，通話建立后手機把藍牙信號CALL_IND=1(呼叫建立)發送給USB-BOX，USB-BOX進入ActiveCall狀態，在該狀態下，在收音機上按下選擇鍵時，USB-BOX接收到該按鍵操作命令，發送CAN幀給液晶屏，彈出一個可導航頁面，包括掛斷、保持選項，選擇掛斷，收音機把掛斷命令通過CAN幀發送給USB- BOX，USB-BOX通過藍牙信號發送給手機掛斷電話，掛斷后手機把藍牙信號CALL_IND=0(通話結束)發送給USB-BOX，USB-BOX進入Ready狀態，同時通過CAN幀把通話結束發送給液晶屏和收音機。 產品測試 下面以該產品藍牙特性的測試來說明一下如何綜合采用CAN總線及藍牙技術完成對該產品的藍牙測試，在這里將被測試的產品以EUT來表示。 由于無法搭建產品運行時需要的所有外部環境去直接測試產品的各項功能，所以設計了測試工裝在生產線上對產品進行測試，同時由于EUT實現的功能比較多，完成單個EUT測試需要的時間比較長，這樣為了滿足生產節拍的快節奏，在生產線上需要多個工裝分別測試多個EUT。EUT的藍牙特性是指其藍牙射頻通信上是否穩定，軟件是否正常運行，不涉及具體的功能項，我們通過確定EUT的信號強度來判斷其射頻通信，通過一個具體的功能項-配對來判斷其軟件是否正常運行。 下面首先描述一下測試環境及測試方法，然后詳細介紹測試方法的實現。 由于EUT是有效范圍為10m的Class 2藍牙設備，而生產線本身就10米左右，在10m范圍內存在多個測試工裝和多個EUT，所以為了保證測試工裝確實在測試其測試臺上的EUT，需要確定工裝測試臺上這個特定EUT的藍牙地址以進行后續的配對功能以完成測試。由于測試工裝與其測試臺上的EUT距離是固定的，而且在某測試工裝和多個EUT之間，工裝與其測試臺上的 EUT的距離是最近的，所以在測試工裝上實現可以測量被搜索設備的信號強度的搜索功能[4]，對有效范圍內的EUT進行搜索，只要測試臺上的EUT的信號強度是OK的，那么信號強度最強的藍牙地址便是工裝測試臺上的EUT所對應的藍牙地址。 而EUT配對過程的實現(圖2)是一個典型的采用CAN總線及藍牙技術綜合實現的功能，首先EUT將來自藍牙手機的配對請求通過CAN總線發送到液晶屏上顯示，然后利用收音機上的按鍵允許配對，通過CAN總線發送給 EUT，EUT接著把彈出PIN碼虛擬鍵盤請求發送到液晶屏上，接著在液晶屏上的虛擬鍵盤上通過收音機上的按鍵輸入PIN碼，然后通過CAN總線把PIN碼發送到EUT上，EUT接受藍牙手機配對，發送PIN碼完成配對。
在這里約定一個統一的PIN碼，只需要在測試工裝上實現藍牙配對、接收EUT通過CAN總線發送的配對請求、通過CAN總線發送允許配對命令及發送PIN碼到EUT的功能即可完成對EUT配對功能的測試。如果測試臺上EUT藍牙特性OK，便可以順利完成配對操作，如果該EUT的信號強度沒有滿足要求，而通過搜索最強信號強度得到的藍牙地址是另外一個EUT的話，由于測試工裝跟另外一臺工裝測試臺上的EUT不存在CAN總線連接，所以無法接收配對請求，在這里設定一個超時時間，便可以得出EUT測試不OK的結論。 結語 筆者開發了一款基于CAN總線及藍牙技術的汽車電子產品，該產品運行穩定可靠，目前已經成功裝車應用，本文分析了其產品開發及測試的原理及特點，并結合具體實例介紹了開發及測試的實現。 參考文獻： [1]錢志鴻,楊帆,周求湛.藍牙技術原理、開發與應用[M].北京:北京航空航天大學出版社,2006 [2]黃新林,王鋼,劉春剛.有限狀態機在單片機編程中的應用[J].哈爾濱理工大學學報,2008(4) [3]劉孫東,唐飛.基于有限狀態機的嵌入式菜單系統設計[J]順德職業技術學院學報,2009(2) [4]寧梓,張鈺哲.基于Bluetooth和TOA定位算法的圖書館導航系統[J].現代電子技術,2008(17) [5]馬建輝,馬共立,單鐵成.SyncML在藍牙車載信息娛樂設備上的設計與實現[J].電子產品世界 2009(2):55-57 作者：馬建輝 山東省科學院自動化研究所 山東省汽車電子重點實驗室 馬共立 哈爾濱威克科技 時間：2010-06-21 |
