基于CVI的以太网和CAN总线传输测试系统设计及实现

有 一 个 设 备 发 送 数 据 ，该 总 线 使 用 一 系 列 显 性 电 平 和
阴 性 电 平 作 为 数 据 的 载 体 。 鉴 于 这 一 情 况 ，可 以 使 用
ＣＡＮ 总线卡的两 个 端 口 做 为 发 送 端 和 接 收 端 （在 环
回 模 式 时 用 同 一 个 端 口 做 为 发 送 端 和 接 收 端 ）在 被 测
图 ４ 以 太 网 测 试 数 据 分 析 界 面
判 断 以 太 网 帧 有 无 发 生 误 码 ，以 及 对 各 协 议 头 部 和数据进行校验所用的校验和程序如下：
Ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｓｈｏｒｔ ｃｈｅｃｋｓｕｍ（ｕ＿ｓｈｏｒｔ＊ ｂｕｆｆｅｒ，ｉｎｔ ｓｉｚｅ） ｛
学术研究 Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｆｏｒｕｍ
学术研究 Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｆｏｒｕｍ
基于 ＣＶＩ的以太网和 ＣＡＮ 总线传输 测试系统设计及实现
王 冰
（海军装备部，陕西 西安 ７１００３２）
摘 要：介绍了基于 ＰＸＩ总线技术和 ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ软件开发平台的测试系 统 的 总 体 结 构 及 硬 件 构 成 ，详 细 说 明了系统软件的设计 方 案、功 能 及 模 块 划 分，并 对 人 机 交 互 界 面 进 行 了 介 绍 。 该 系 统 可 实 现 对 百 兆／千 兆 以 太 网 及 ＣＡＮ 总线数据传输质量的测试分析及相关的协议栈解包分析，而且系统可靠、稳定、安全和实用。
ＷＡＮＧ Ｂｉｎｇ
（Ｎａｖｙ Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｘｉ’ａｎ ７１００３２，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｆｉｒｓｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｈａｒｄｗａｒｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＸＩ ｂｕｓ ａｎｄ ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ ｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｔｈｅｎ ｉｔ ｅｌａｂｏｒａｔｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｓｃｈｅｍｅ，ｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｍｏｄｕｌｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｈｕｍａｎ－ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ Ｉｔ ｉｓ ｓｈｏｗｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｔｅｓｔ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｄａｔａ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ Ｆａｓｔ／Ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ａｎｄ ＣＡＮ ｂｕｓ，ａｎｄ ｕｎｐａｃｋ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｅｄ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｓｔａｃｋ ｆｏｒ ａｎａｌｙｓｉｓ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｓａｔｉｓｆａｃｔｏｒｙ ｒｅａｌｉａｂｉｌｉｔｙ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙ，ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｐｒａｔｉｃａｂｉｌｉｔｙ．
环回测试通常使用一台测试仪来与被测链路另一 端进行 环 回 连 接。图 ２ 所 示 是 其 环 回 测 试 系 统 原 理 图。测试数 据 由 测 试 仪 产 生 后，即 发 送 至 被 测 链 路。 在被测链路另 一 端 ，则 通 过 环 回 连 接 再 次 经 过 被 测 链 路返回至测试仪，测试仪接收到后，即可进行自动分析 与处理。
物理信号采集和测试报告形成与打印等。
ＣＡＮ 总线测试的 测 试 数 据 采 用 ８ 级 伪 随 机 码，
它 具 有 类 似 白 噪 声 的 相 关 特 性 ，故 在 通 讯 系 统 中 被 广
发采用。使用线性同余算法计算８级伪随机码序列
的公式如下：
式中：
Ｘ（ｎ＋１）＝ （ａＸｎ＋ｃ）ｍｏｄ ｍ
０＜ ｍ，０＜＝ａ ＜ ｍ，０＜ｃ＜ ｍ，０＜＝ Ｘ（０）＜ ｍ。 该公式主要用递归方法得到模除后的伪随机数，
链路上传输约 定 的 测 试 数 据 和 帧 数，并 使 用 ＮＩ５１２２
示波器卡采 集、测 量 ＣＡＮ 总 线 上 的 信 号，最 后 把 两
种数 据 综 合 起 来 分 析 ＣＡＮ 总 线 的 传 输 质 量。ＣＡＮ 总线子系 统 由 以 下 模 块 构 成：ＣＡＮ 帧 定 义 与 形 成、 ＣＡＮ 设 备 获 取、测 试 配 置、ＣＡＮ 帧 发 送、ＣＡＮ 帧 接 收 、数 据 分 析 、误 码 统 计 、数 据 显 示 、数 据 存 储 与 还 原 、
图 １ 端 对 端 测 试 系 统 原 理
图 ２ 环 回 测 试 原 理
３ 系 统 软 件 设 计
软件设计是该测试系统设计的核心。软件功能 最 能 体 现 系 统 的 特 性 ，其 结 构 和 用 户 界 面 设 计 的 好 坏 直接影响着整个系统的性能指标。本系 统 采 用 Ｌａｂ－ Ｗｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ９．０为 软 件 开 发 平 台，ＣＶＩ是 ＮＩ公 司 针对测控领域 推 出 的 交 互 式 Ｃ 语 言 开 发 环 境，具 有 很强的数据处理和分析功能，且与 ＮＩ硬件驱动的整 合能力较高。
ｕｎｓｉｇｎｅｄ ｌｏｎｇ ｃｋｓｕｍ ＝ ０； ｗｈｉｌｅ（ｓｉｚｅ＞１） ｛ ｃｋｓｕｍ ＋＝ ＊ｂｕｆｆｅｒ＋＋； ｓｉｚｅ －＝ ｓｉｚｅｏｆ（ｕ＿ｓｈｏｒｔ）； ｝ ｉｆ（ｓｉｚｅ）｛ ｃｋｓｕｍ ＋＝ ＊（ｕ＿ｃｈａｒ＊）ｂｕｆｆｅｒ； ｝ ｃｋｓｕｍ ＝ （ｃｋｓｕｍ＞＞１６）＋ （ｃｋｓｕｍ ＆ ０ｘｆｆｆｆ）；
收 稿 日 期 ：２０１１－０５－０５
１ 系 统 整 体 设 计 构 成
该系统是一种 以 太 网、ＣＡＮ 总 线 数 据 传 输 质 量 及 协 议 的 测 试 分 析 系 统 ，它 能 够 实 时 监 控 测 试 正 在 运 行中的网络参数和 运 行 状 态，可 监 控 网 络 利 用 率、传 输速率、帧速、帧大 小 等，并 进 行 数 据 分 析、协 议 分 析 和误码分 析 等。 由 于 要 求 系 统 具 有 速 度 快，可 靠 性 高，实用 性 强 等 特 点，因 此 其 硬 件 设 备 主 要 为 两 套 ＰＸＩ系统和两套连 接 ＰＸＩ系 统 及 控 制 计 算 机 的 ＰＸＩ 控 制 器 。 软 件 系 统 则 是 一 套 系 统 测 试 软 件 （Ｗｉｎｄｏｗｓ 操 作 系 统 平 台 ），可 以 包 含 所 有 设 计 的 测 试 项 目 。
正 确 、有 效 。 以太网子系 统 由 以 下 模 块 构 成 ：报 文 结 构 定 义 及
形成模块 、测试 配 置 模 块 、报 文 发 送 模 块、误 码 插 入 模 块（人 为 插 入 误 码）、报 文 捕 获 模 块 、报 文 分 析 和 统 计 模 块、误码分析模 块 、数 据 显 示 模 块 、数 据 存 储 与 还 原 模 块和测试报告形成及打印模块。根据测试模式和测试 端的不同 ，测试 系 统 工 作 时 可 以 调 用 不 同 模 块 来 实 现 测试功能。其以太网测试程序结构图如图３所示。
／／将 高 １６ｂ 与 低 １６ｂ 相 加
ｃｋｓｕｍ ＋＝ （ｃｋｓｕｍ＞＞１６）； ／／将 进 位 到 高 位 的 １６ｂ 与 低 １６ｂ 再 相 加
ｒｅｔｕｒｎ （ｕ＿ｓｈｏｒｔ）（～ｃｋｓｕｍ）； ｝
３．２ ＣＡＮ 总线测试软件设计 ＣＡＮ 总线做为一 种 现 场 总 线，在 同 一 时 刻 只 能
２ 测 试 原 理
本测 试 系 统 主 要 分 为 以 太 网 测 试 和 ＣＡＮ 总 线 测 试 两 部 分 。 但 测 试 原 理 类 似 ，均 有 端 对 端 测 试 和 环 回测试两种测试模式。
端对端测试必须使用两套测试系统来组成如 图１所示的测试链路。测试数据 从 测 试 仪 Ⅰ 发 出，经
关键词：ＬａｂＷｉｎｄｏｗｓ／ＣＶＩ；ＰＸＩ；以太网；ＣＡＮ 总线；传输测试 中 图 分 类 号 ：ＴＮ９１５ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：２０９５－１３０２（２０１１）０４－００８３－０３
Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ａｎｄ ＣＡＮ Ｂｕｓ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＣＶＩ
测试 系 统 分 为 以 太 网 测 试 子 系 统 和 ＣＡＮ 总 线 测 试 子 系 统 两 部 分 ，两 个 子 系 统 使 用 不 同 的 硬 件 设 备 和独立的软件程序。 ３．１ 以 太 网 测 试 软 件 设 计
以太网报文的组建和解包分析是整个以太网测 试子系统软件设计的重点和关键。由于常规的以太 网通讯中，用户接收 到 的 或 要 发 送 的 只 是 应 用 数 据， 而 不 是 完 整 的 以 太 网 报 文 （一 个 完 整 的 以 太 网 报 文 由 帧 头 、协 议 头 部 和 应 用 数 据 构 成 ），而 且 整 个 通 讯 过 程 不 受 用 户 支 配 ，通 讯 中 间 若 出 现 错 误 报 文 会 被 通 讯 软 件丢掉。针对 这 一 情 况，本 系 统 使 用 ＷｉｎＰｃａｐ 技 术 进行通 讯。 对 于 四 层 网 络 结 构 来 说，ＷｉｎＰｃａｐ 技 术 可以穿过应用层、传 输 层 和 网 络 层，直 接 在 数 据 链 路 层 捕 获 或 发 送 原 始 报 文 数 据 ，因 而 可 以 控 制 整 个 通 讯 过程，校验每一帧报 文，以 确 保 对 以 太 网 链 路 测 试 的
从 Ｘ（０）到 Ｘ（ｎ），每一项都只依赖于前面一项，一般
２０１１／０６ 物联网 ８３
学 术 研 究 Ａｃａｄｅｍｉｃ Ｆｏｒｕｍ
被 测 链 路 传 输 到 测 试 仪 Ⅱ 上 。 在 测 试 仪 Ⅱ 上 ，用 户 手 动输入与测试仪Ⅰ发出的测试 后 ，即 可 进 行 处 理 分 析 。
８４ 物 联 网 ２０１１／０６
图 ３ 以 太 网 测 试 程 序 结 构 图
在 以 太 网 测 试 的 各 个 模 块 中 ，报 文 结 构 定 义 及 形 成 模 块 、报 文 分 析 与 统 计 模 块 和 误 码 分 析 模 块 是 核 心 模块。报文结构定义与形成的工作就是把应用数据 一层层封装，添加协 议 头 部 和 帧 头，最 终 形 成 一 个 完 整的以太网帧；报文 分 析 的 工 作 流 程 则 相 反，它 把 一 个 完 整 的 报 文 层 层 剥 离 ，剥 离 帧 头 和 协 议 头 部 得 到 应 用 数 据 ；误 码 分 析 的 工 作 流 程 是 校 验 每 一 层 的 协 议 头 是否正确，并对应用 数 据 用 对 比 法 进 行 校 验，以 判 断 这 帧 数 据 是 否 错 误 ，有 没 有 发 生 误 码 。