基于CMP協(xié)議的采集記錄模型

01背景與挑戰(zhàn)

數(shù)據(jù)采集和記錄是當(dāng)今車載系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中必不可少的環(huán)節(jié)。然而車載系統(tǒng)中交互的數(shù)據(jù)接口非常豐富，包括各種傳感器、ECU和執(zhí)行器之間的數(shù)據(jù)交互，類型可以是CAN、FlexRay、以太網(wǎng)、SPI、MIPI、CSI2等。傳統(tǒng)的車載記錄儀在采集和記錄整個(gè)系統(tǒng)時(shí)面臨新的挑戰(zhàn)：

>當(dāng)記錄總線類型變更時(shí)，尤其是當(dāng)系統(tǒng)中增加新的接口類型數(shù)據(jù)，需要接入專門設(shè)備時(shí)，原有的車載記錄儀需要足夠的擴(kuò)展能力；

>當(dāng)記錄總線數(shù)量變更時(shí)，原有的車載記錄儀需要重新組合；

>技術(shù)升級(jí)迭代后，或者系統(tǒng)零部件的供應(yīng)商變更時(shí)，原有的車載記錄儀需要復(fù)用。

為了提高測(cè)量記錄系統(tǒng)的靈活性、可擴(kuò)展性，以及增加組件的重用性，ASAM組織于2022年3月發(fā)布了CMP（Capture Module Protocol）協(xié)議1.0.0版本，將測(cè)量和記錄任務(wù)解耦。CMP定義車載總線和傳感器數(shù)據(jù)的捕獲模塊（Capture Module，CM）與數(shù)據(jù)接收端（Data Sink，如記錄儀、上位機(jī)軟件等）之間的通信標(biāo)準(zhǔn)，并基于以太網(wǎng)傳輸。CMP報(bào)文可以直接存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)接收端中（如數(shù)據(jù)接收端是分析軟件，也可進(jìn)一步解析報(bào)文）。

CMP支持的傳輸層包括IEEE 802.3及UDP。同時(shí)，根據(jù)傳輸?shù)男枰?，捕獲模塊也可以將數(shù)據(jù)包分割或組包發(fā)送到數(shù)據(jù)接收端。

02CMP協(xié)議

CMP支持的通訊協(xié)議類型

CMP支持的總線及數(shù)據(jù)類型非常豐富，還包括自定義格式，目前包括：

CAN/CAN FD

LIN

FlexRay

Digital signals

UART/RS232

Analog signals

Ethernet

SPI

I2C

GigE Vision

MIPI CSI-2 D-PHY

Vendor-specific data

圖1：CMP協(xié)議介紹

基于CMP協(xié)議的采集記錄模型

CMP協(xié)議定義的是捕獲模塊（Capture Module）與數(shù)據(jù)接收端（Data Sink）之間的通訊標(biāo)準(zhǔn)。捕獲模塊負(fù)責(zé)將采集到的總線或傳感器信號(hào)等，打包為CMP報(bào)文，上傳到數(shù)據(jù)接收端。

如圖2，捕獲模塊具有Device ID標(biāo)識(shí)，每個(gè)捕獲模塊的Device ID唯一且在整個(gè)采集記錄系統(tǒng)中不可重用。捕獲模塊通過(guò)其接口（接口具有Interface ID）采集要記錄的數(shù)據(jù)，比如CAN、以太網(wǎng)等。對(duì)于每個(gè)捕獲模塊，Interface ID唯一且不可重用。捕獲模塊將采集到的數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)流的形式發(fā)送到數(shù)據(jù)接收端，數(shù)據(jù)流通過(guò)Stream ID標(biāo)識(shí)。對(duì)于每個(gè)捕獲模塊，每個(gè)數(shù)據(jù)流的Stream ID唯一且不可重用，但在整個(gè)測(cè)量記錄系統(tǒng)中，對(duì)于不同的捕獲模塊，Stream ID并不一定唯一。

圖2：基于CMP的采集記錄模型

基于CMP的采集記錄方案實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集模塊與數(shù)據(jù)接收端的解耦：

>更加靈活的捕獲模塊

捕獲模塊與數(shù)據(jù)接收端通過(guò)統(tǒng)一的CMP協(xié)議通訊，因此數(shù)據(jù)接收端可采集不同廠家的捕獲模塊。

>數(shù)據(jù)記錄儀可復(fù)用

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)記錄儀集數(shù)據(jù)采集和存儲(chǔ)功能為一體，當(dāng)總線類型發(fā)生變更時(shí)，如2路CAN變更為2路LIN，原先的記錄儀則無(wú)法滿足需求。但基于CMP協(xié)議時(shí)，捕獲模塊與記錄儀之間始終通過(guò)CMP協(xié)議通訊，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄儀復(fù)用。

>數(shù)據(jù)包的分割及組包功能

捕獲模塊與數(shù)據(jù)接收端基于以太網(wǎng)傳輸，同時(shí)支持巨幀功能，可支持超長(zhǎng)數(shù)據(jù)包的傳輸，或?qū)?shù)據(jù)短包組包上傳。

>時(shí)間戳

捕獲模塊支持時(shí)間戳功能，傳輸?shù)腃MP報(bào)文包含時(shí)間戳信息。

>報(bào)文丟失檢測(cè)

在CMP報(bào)文的報(bào)頭中，有一個(gè)2字節(jié)SSC（Stream Sequence Counter）信號(hào)。相應(yīng)Stream ID和Device ID發(fā)出的數(shù)據(jù)流，SSC初值為0。捕獲模塊每發(fā)送一條CMP報(bào)文，SSC加1，最大值為0xFFFF，然后再?gòu)?遞增。數(shù)據(jù)接收端通過(guò)信號(hào)SSC判斷傳輸數(shù)據(jù)是否丟失。當(dāng)檢測(cè)到數(shù)據(jù)丟失后，數(shù)據(jù)接收端通過(guò)DataLostEvent類型的狀態(tài)報(bào)文告知捕獲模塊。

CMP報(bào)文類型

CMP報(bào)文類型包括以下四種：

數(shù)據(jù)報(bào)文Data Message

數(shù)據(jù)報(bào)文用于傳輸捕獲模塊采集到的數(shù)據(jù)。

狀態(tài)報(bào)文Status Message

狀態(tài)報(bào)文可用于傳輸捕獲模塊狀態(tài)信息，包括報(bào)文丟失狀態(tài)、時(shí)間同步狀態(tài)、自定義狀態(tài)信息等。

控制報(bào)文Control Message

控制報(bào)文用于在捕獲模塊和數(shù)據(jù)接收端之間交換信息，比如Cold Start應(yīng)用等。

供應(yīng)商自定義報(bào)文Vendor-defined Message

圖3：CMP報(bào)文類型

圖4：CMP報(bào)文格式

圖5是Data Message的示例報(bào)文。CMP Header由8字節(jié)組成，不同類型CMP報(bào)文的CMP Header定義一致，其中MSG Typ（即Message Type）數(shù)據(jù)值代表不同的報(bào)文類型，Message Type 0x1代表Data Message。Data Message Header由16字節(jié)組成，內(nèi)容包括8字節(jié)Timestamp，4字節(jié)Interface ID，1字節(jié) Common Flags，1字節(jié)Data Message Payload Type（如0x01代表CAN，0x02代表CAN FD，0x8代表Ethernet等），以及2字節(jié)的Data Message Payload Length，來(lái)標(biāo)識(shí)報(bào)文中Data Message Payload的長(zhǎng)度。Data Message Header后傳輸?shù)膭t是Data Message Payload，具體每種數(shù)據(jù)類型的打包方式，可參考協(xié)議詳細(xì)了解。

圖5：Data Messages示例

03新一代VX1161.42 CMP捕獲模塊

VX1161是專為高帶寬數(shù)據(jù)采集和傳輸設(shè)計(jì)的可配置多通道接口設(shè)備。2024年6月發(fā)布的VX1161.42 CMP捕獲模塊板卡，將支持3路ETH TAP。VX1161.42板卡可通過(guò)VXtools工具包進(jìn)行配置，配置內(nèi)容包括Stream ID、Device ID、Interface ID、PTP同步等信息。VX1161.42板卡采集的數(shù)據(jù)，可通過(guò)VX1161.22數(shù)據(jù)采集板卡上傳。

圖6：VX1161.42

04利用CANape采集和記錄CMP數(shù)據(jù)

CANape 22開(kāi)始支持CMP功能，目前已經(jīng)支持的CMP協(xié)議類型包括CAN、CAN FD、LIN、FlexRay以及Ethernet，支持的CMP報(bào)文類型為UDP。

當(dāng)通過(guò)電腦采集CMP報(bào)文時(shí)，CANape 22支持通過(guò)VN5601或VN5620接口卡（支持USB Adapter特性）連接捕獲模塊來(lái)采集CMP報(bào)文；如通過(guò)VP6000/VP7000/VP75000系列進(jìn)行采集，可直接將捕獲模塊連接至網(wǎng)口進(jìn)行采集，如圖7。

未來(lái)，Vector也將支持更多CMP特性，包括REST API、gPTP和IEEE 802.3以太網(wǎng)等。

圖7：CMP記錄硬件系統(tǒng)

CMP配置工具 – Hardware Mapping Assistant

CMP報(bào)文的相關(guān)參數(shù)，如Stream ID等，可通過(guò)Hardware Mapping Assistant工具配置完成。

圖8：打開(kāi)Hardware Mapping Assistant頁(yè)面

點(diǎn)擊左側(cè)菜單CMP Interface Editor，可進(jìn)入CMP配置頁(yè)面。在CMP Configurations配置頁(yè)面中，點(diǎn)擊星號(hào)*可依次添加CMP傳輸報(bào)文。配置參數(shù)包括Interface Id、Stream Id、Device Id、BusType，以及UDP傳輸?shù)腄estination IP及Destination Port。Interface Name和Stream Name可自定義名稱。

配置完CMP報(bào)文信息后，還需要在CMP Ethernet Network Configurations頁(yè)面中，創(chuàng)建CMP Logical Network網(wǎng)絡(luò)，將對(duì)應(yīng)CMP報(bào)文映射到CMP網(wǎng)絡(luò)中（圖9），以便后續(xù)選擇CMP報(bào)文網(wǎng)絡(luò)通道。

說(shuō)明：只有ETH類型需要?jiǎng)?chuàng)建CMP Ethernet Network Configurations。

圖9：CMP Interface Editor配置界面

CANape采集及顯示CMP報(bào)文

在CANape中，可通過(guò)創(chuàng)建ETH Monitor以太網(wǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，采集CMP報(bào)文。對(duì)于CMP報(bào)文中的信號(hào)，可通過(guò)添加對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行解析。

圖10：Ethernet Monitor Device創(chuàng)建方法

設(shè)備創(chuàng)建完成后，可到CANape Device Configuration頁(yè)面中，選擇對(duì)應(yīng)的CMP網(wǎng)絡(luò)，如圖11。圖11中選擇的網(wǎng)絡(luò)通道CMP_ETH1，即為圖9中，CMP Interface Editor中創(chuàng)建的CMP網(wǎng)絡(luò)通道。

圖11：CMP網(wǎng)絡(luò)配置

點(diǎn)擊測(cè)量開(kāi)始后，Graphic Window等顯示窗口可實(shí)時(shí)解析采集信號(hào)，Trace Window可顯示CMP報(bào)文信息，顯示效果如圖12。

圖12：CMP顯示效果

03小 結(jié)

CMP是一種新的采集記錄協(xié)議，通過(guò)解耦采集系統(tǒng)和記錄系統(tǒng)，極大地提高了系統(tǒng)的靈活性。記錄平臺(tái)統(tǒng)一使用以太網(wǎng)接口接收數(shù)據(jù)，兼容各種接口類型的采集設(shè)備。未來(lái)CMP是一統(tǒng)數(shù)據(jù)記錄江湖還是補(bǔ)充客戶已有記錄方案的缺失環(huán)節(jié)，讓我們一起拭目以待。