使用Python编写测试脚本（PyCAN、CANard库）

1. 工具库简介

1.1 python-can

• 定位：通用的 CAN 总线通信库，支持多种硬件接口（SocketCAN、PCAN、Kvaser 等）。

• 核心功能：

  • 连接物理 CAN 设备或虚拟接口。

  • 发送/接收 CAN 报文（标准帧、扩展帧）。

  • 支持 CAN FD（灵活数据速率）。

• 适用场景：快速搭建 CAN 通信原型，兼容性强。

1.2 canard（CAN 协议栈）

• 定位：专注于 UDS（ISO 14229） 和 J1939 等高层协议解析的库。

• 核心功能：

  • 解析 DBC 文件，自动化生成信号值。

  • 支持 UDS 诊断服务（如 0x22 读数据、0x2E 写数据）。

  • 处理多帧传输（如 ISO-TP 协议）。

• 适用场景：需要与 ECU 进行诊断交互的自动化测试。

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2. 环境准备

2.1 安装库

bash

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# 安装通用 CAN 库
pip install python-can

# 安装 canard（UDS 协议支持）
pip install canard

2.2 硬件准备

• 物理设备：PCAN-USB、Kvaser、Vector 设备（需安装对应驱动）。

• 虚拟测试：使用 socketcan（Linux 虚拟 CAN 接口）或 CANoe 模拟总线。

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3. 核心功能实现示例

3.1 使用 python-can 收发 CAN 报文

python

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import can

# 连接 CAN 接口（以 socketcan 为例）
bus = can.interface.Bus(channel='vcan0', bustype='socketcan')

# 发送单帧数据
msg = can.Message(
    arbitration_id=0x123,  # CAN ID
    data=[0x01, 0x02, 0x03, 0x04],
    is_extended_id=False    # 标准帧
)
bus.send(msg)

# 接收数据
for msg in bus:
    print(f"Received: ID={hex(msg.arbitration_id)}, Data={msg.data}")

# 关闭连接
bus.shutdown()

3.2 使用 canard 解析 DBC 文件

python

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from canard import Canard
from canard.hw import socketcan

# 加载 DBC 文件
dbc = Canard()
dbc.load_dbc('vehicle.dbc')

# 创建虚拟 CAN 接口
dev = socketcan.SocketCanDev('vcan0')
dev.start()

# 解析接收到的报文
def on_message(msg):
    decoded = dbc.decode_message(msg.arbitration_id, msg.data)
    print(f"信号值: {decoded}")

dev.add_listener(on_message)

3.3 实现 UDS 诊断服务（基于 canard）

python

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from canard.proto.uds import UdsClient

# 创建 UDS 客户端
uds = UdsClient(transport=can.Bus(bustype='socketcan', channel='vcan0'))

# 发送诊断请求：读取 ECU 序列号（服务 0x22，参数 0xF189）
response = uds.request([0x22, 0xF1, 0x89])
if response:
    print(f"ECU 序列号: {bytes(response.data[2:]).decode()}")
else:
    print("请求超时")

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4. 自动化测试脚本设计

4.1 测试场景示例：车门状态验证

python

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def test_door_status():
    bus = can.interface.Bus(channel='vcan0', bustype='socketcan')
    
    # 发送车门控制命令（ID=0x200，数据=[0x01] 表示开门）
    bus.send(can.Message(arbitration_id=0x200, data=[0x01]))
    
    # 等待并验证车门状态反馈（预期 ID=0x201，数据[0]=0x01）
    for msg in bus:
        if msg.arbitration_id == 0x201:
            assert msg.data[0] == 0x01, "车门未正确打开"
            break
    bus.shutdown()

4.2 集成测试框架（如 pytest）

python

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import pytest

@pytest.fixture
def can_bus():
    bus = can.interface.Bus(channel='vcan0', bustype='socketcan')
    yield bus
    bus.shutdown()

def test_engine_rpm(can_bus):
    # 发送转速请求命令
    can_bus.send(can.Message(arbitration_id=0x700, data=[0x03]))
    
    # 验证响应是否在合理范围（如 800-5000 RPM）
    for msg in can_bus:
        if msg.arbitration_id == 0x701:
            rpm = int.from_bytes(msg.data[2:4], byteorder='big')
            assert 800 <= rpm <= 5000, "转速异常"
            break

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5. 高级应用技巧

5.1 CAN FD 支持

python

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# 使用 python-can 发送 CAN FD 报文
msg = can.Message(
    arbitration_id=0x123,
    data=[i % 256 for i in range(64)],  # 64 字节数据
    is_fd=True,
    bitrate_switch=True  # 启用比特率切换
)
bus.send(msg)

5.2 与 HIL 系统集成

python

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# 连接 Vector 硬件（需安装 XL Driver）
bus = can.interface.Bus(
    bustype='vector',
    channel=1,
    app_name='Python_HIL_Test'
)

# 发送同步周期性报文
task = bus.send_periodic(msgs=[msg1, msg2], period=0.1)
task.stop()  # 停止发送

5.3 自动化测试报告生成

python

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# 使用 pytest-html 生成测试报告
pytest.main(["--html=report.html"])

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6. 常见问题与调试

6.1 硬件连接失败

• 现象：CanError: Error sending message

• 解决：

  1. 检查设备驱动是否安装（如 PCAN 需安装 PCAN-Basic API）。

  2. 确认通道权限（Linux 需 sudo ip link set vcan0 up）。

6.2 DBC 解析错误

• 现象：KeyError: 'Unknown frame ID'

• 解决：确保 DBC 文件中包含目标 CAN ID 的定义。

6.3 多帧传输处理

python

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# 使用 canard 处理 ISO-TP 多帧传输
from canard.proto.iso_tp import IsoTpTransport

tp = IsoTpTransport(can_bus, tx_id=0x7E0, rx_id=0x7E8)
data = tp.recv()  # 接收长数据（自动重组）

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7. 推荐学习资源

• 官方文档：

  • python-can 文档

  • canard GitHub

• 实战项目：

  • 使用树莓派 + MCP2515 CAN 模块搭建低成本测试环境。

  • 模拟 ADAS 传感器数据（如摄像头触发紧急制动）。

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通过结合 python-can 的低层通信能力和 canard 的高层协议解析，可以高效完成从基础通信到复杂诊断的自动化测试任务。