CAPL编程的进阶应用 | Checksum算法的实现

作者：北城旧巷
小编：吃不饱

CRC与Checksum区别

相信大家在CAN Msg或者ETH PDU中经常会看到Checksum这种信号。提到Checksum，就必须要说明一下CRC校验，很多工程师会概念混淆，认为两者是同一个东西，实则它们有很大的区别。

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两者存放位置不同

CRC校验：循环冗余检查（CRC）是一种数据传输检错功能，对数据进行多项式计算，并将得到的结果附在帧的后面，接收设备也执行类似的算法，以保证数据传输的正确性和完整性。通过CRC概念可以得知，CRC存放在CRC场，而Checksum存放在数据场之中，一般在数据场的第一个字节或者最后一个字节。
图1 标准数据帧格式

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两者应用场景不同

在CAN报文帧中，CRC校验是发送器根据发送的bit进行多项式计算校验，结果放在15bit长度的CRC位。接收器也是用相同的多项式计算总线上的数据，与接收到的校验值进行比较，相同则表示帧正确接收，并在ACK时隙中发送显性状态，覆盖发送器的隐性位；如果不同接收节点在ACK界定符之后发送错误帧。
图2 CRC校验原理CRC校验是为了保证数据从一个CAN收发器发送到另外一个收发器的信号完整性，而数据场中Checksum校验算法是为了校验数据被正确的打包与解包，并且Checksum算法是可以自行制定的，计算规则的灵活度高。

Checksum的应用场景

对于Checksum而言，它的应用场景有以下三点：

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确保数据正确打包

有些ECU内部的变量在传递到CAN收发器之前就有可能发生错误，这种类型的错误CAN收发器是无法检测到的。报文中的信号和Checksum校验是在应用层完成的，将报文中的各个字节进行校验，报文和Checksum一起发送，并且在接收节点进行解析，从而确保数据链路完整和数据正确打包。

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实现数据加密

CAN网络是开放性的，CAN节点可以随时加入到总线当中，为了保证通信的安全性，ECU传输的关键控制信号需要进行加密，报文的发送方和接收方使用相同的Checksum算法作为数据加密的密钥。接收方对比秘钥，如果不同，此条报文的数据不被使用，从而避免被其他节点的数据影响。Checksum算法不在DBC等数据库文件中说明，可以单独保密，从而确保了数据的加密。

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提高数据的可信度

一帧报文在多个字节中可能出现位错误，一般情况下CRC8校验的错误率为1/256，crc16校验的错误率为1/65536，crc32校验的错误率为1/(65536*65536)。通过Checksum校验可以提高数据的可信度。由于Checksum的作用，其也常应用在车载以太网当中。

在CAPL中Checksum信号实现

通常情况下，Checksum和LiveCounter信号是成对出现的。在CANoe中使用仿真节点与真实控制器交互，需要将LiveCounter和Checksum信号仿真，这样才能成功通信。LiveCounter长度为4bit，它是用于报文发送计数的生命信号，每发送一帧报文后就对该LiveCounter位加1，会在0~15之间循环增加。在报文其他信号没有改变时，LiveCounter实时更新使得Checksum信号跟着更新，提高校验的准确性。那么LiveCounter信号该如何仿真呢？下面以CAN总线DBC为例，介绍在CAPL中实现LiveCounter和Checksum校验仿真。

CAPL是CANoe和CANalyzer中可用的类C的编程语言。CAPL中程序块的执行由事件控制，在专用的编译器中开发和编译，这样可以访问数据库中的所有对象以及系统变量，被汽车电子工程师们广泛使用。

下图为LiveCounter计算的代码，为了保证数据的准确性，进行一次Checksum计算，这样就可以实现LiveCounter信号的仿真。
图3 LiveCounter计算代码下图为示例报文中各个信号位置排布关系，在此报文中，Checksum校验方式为前七个字节异或运算，将运算结果存放到最后一个字节。排布图中共有8个信号，它们的格式为Motorola格式，也就是俗称的大端模式。
图4 报文中信号排布

CAPL只能访问到报文中的信号，无法访问到报文中的每个字节，要进行Checksum计算，需要根据信号排布把前七个字节的真实值重新组合存放在一个byte类型的数组当中，然后对这个数组异或运算获取的结果为该报文中Checksum信号值。

对于不同长度的信号，需要声明不同类型的数组来存放不同的信号。byte类型长度为1字节，声明两个byte *[8]类型的数组（*为省略的数组名称）分别存放长度小于一字节的信号和重组后每个字节的真实值；int类型长度为2字节，声明int *[8]类型的数组存放长度为1-2字节的信号；long类型长度为4字节，声明long *[8]类型的数组存放长度为2-4字节的信号。下图为Checksum中信号长度小于1字节的字节重组示例代码。
图5 Checksum字节重组示例代码另外，参与Checksum计算的是信号的真实值而不是物理值，如果信号中有偏移量和比例因子，在赋值时需要将信号加上偏移量，并除以比例因子以获得真实值。
图6 信号描述为了保证和真实控制器通信正常，Checksum数据必须准确，Checksum计算步骤一般写成无返回值函数（void），在LiveCounter信号改变或者其他信号改变时调用计算。正确计算的LiveCounter和Checksum信号曲线如下图所示。
图7 LiveCounter和Checksum信号曲线

总结

本文重点描述了CRC和Checksum信号的区别以及Checksum信号在CAPL中实现的方法。CAPL编程作为CANoe的灵魂，使CANoe满足仿真、分析、测试和诊断的各种复杂的要求，同时使CANoe的功能得以不断扩展。
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注：图片来自于Vector。