01背景與挑戰

數據采集和記錄是當今車載系統開發中必不可少的環節。然而車載系統中交互的數據接口非常豐富，包括各種傳感器、ECU和執行器之間的數據交互，類型可以是CAN、FlexRay、以太網、SPI、MIPI、CSI2等。傳統的車載記錄儀在采集和記錄整個系統時面臨新的挑戰：

>當記錄總線類型變更時，尤其是當系統中增加新的接口類型數據，需要接入專門設備時，原有的車載記錄儀需要足夠的擴展能力；

>當記錄總線數量變更時，原有的車載記錄儀需要重新組合；

>技術升級迭代后，或者系統零部件的供應商變更時，原有的車載記錄儀需要復用。

為了提高測量記錄系統的靈活性、可擴展性，以及增加組件的重用性，ASAM組織于2022年3月發布了CMP（Capture Module Protocol）協議1.0.0版本，將測量和記錄任務解耦。CMP定義車載總線和傳感器數據的捕獲模塊（Capture Module，CM）與數據接收端（Data Sink，如記錄儀、上位機軟件等）之間的通信標準，并基于以太網傳輸。CMP報文可以直接存儲在數據接收端中（如數據接收端是分析軟件，也可進一步解析報文）。

CMP支持的傳輸層包括IEEE 802.3及UDP。同時，根據傳輸的需要，捕獲模塊也可以將數據包分割或組包發送到數據接收端。

02CMP協議

CMP支持的通訊協議類型

CMP支持的總線及數據類型非常豐富，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協議介紹

基于CMP協議的采集記錄模型

CMP協議定義的是捕獲模塊（Capture Module）與數據接收端（Data Sink）之間的通訊標準。捕獲模塊負責將采集到的總線或傳感器信號等，打包為CMP報文，上傳到數據接收端。

如圖2，捕獲模塊具有Device ID標識，每個捕獲模塊的Device ID唯一且在整個采集記錄系統中不可重用。捕獲模塊通過其接口（接口具有Interface ID）采集要記錄的數據，比如CAN、以太網等。對于每個捕獲模塊，Interface ID唯一且不可重用。捕獲模塊將采集到的數據以數據流的形式發送到數據接收端，數據流通過Stream ID標識。對于每個捕獲模塊，每個數據流的Stream ID唯一且不可重用，但在整個測量記錄系統中，對于不同的捕獲模塊，Stream ID并不一定唯一。

圖2：基于CMP的采集記錄模型

基于CMP的采集記錄方案實現了數據采集模塊與數據接收端的解耦：

>更加靈活的捕獲模塊

捕獲模塊與數據接收端通過統一的CMP協議通訊，因此數據接收端可采集不同廠家的捕獲模塊。

>數據記錄儀可復用

傳統的數據記錄儀集數據采集和存儲功能為一體，當總線類型發生變更時，如2路CAN變更為2路LIN，原先的記錄儀則無法滿足需求。但基于CMP協議時，捕獲模塊與記錄儀之間始終通過CMP協議通訊，可實現數據記錄儀復用。

>數據包的分割及組包功能

捕獲模塊與數據接收端基于以太網傳輸，同時支持巨幀功能，可支持超長數據包的傳輸，或將數據短包組包上傳。

>時間戳

捕獲模塊支持時間戳功能，傳輸的CMP報文包含時間戳信息。

>報文丟失檢測

在CMP報文的報頭中，有一個2字節SSC（Stream Sequence Counter）信號。相應Stream ID和Device ID發出的數據流，SSC初值為0。捕獲模塊每發送一條CMP報文，SSC加1，最大值為0xFFFF，然后再從0遞增。數據接收端通過信號SSC判斷傳輸數據是否丟失。當檢測到數據丟失后，數據接收端通過DataLostEvent類型的狀態報文告知捕獲模塊。

CMP報文類型

CMP報文類型包括以下四種：

數據報文Data Message

數據報文用于傳輸捕獲模塊采集到的數據。

狀態報文Status Message

狀態報文可用于傳輸捕獲模塊狀態信息，包括報文丟失狀態、時間同步狀態、自定義狀態信息等。

控制報文Control Message

控制報文用于在捕獲模塊和數據接收端之間交換信息，比如Cold Start應用等。

供應商自定義報文Vendor-defined Message

圖3：CMP報文類型

圖4：CMP報文格式

圖5是Data Message的示例報文。CMP Header由8字節組成，不同類型CMP報文的CMP Header定義一致，其中MSG Typ（即Message Type）數據值代表不同的報文類型，Message Type 0x1代表Data Message。Data Message Header由16字節組成，內容包括8字節Timestamp，4字節Interface ID，1字節 Common Flags，1字節Data Message Payload Type（如0x01代表CAN，0x02代表CAN FD，0x8代表Ethernet等），以及2字節的Data Message Payload Length，來標識報文中Data Message Payload的長度。Data Message Header后傳輸的則是Data Message Payload，具體每種數據類型的打包方式，可參考協議詳細了解。

圖5：Data Messages示例

03新一代VX1161.42 CMP捕獲模塊

VX1161是專為高帶寬數據采集和傳輸設計的可配置多通道接口設備。2024年6月發布的VX1161.42 CMP捕獲模塊板卡，將支持3路ETH TAP。VX1161.42板卡可通過VXtools工具包進行配置，配置內容包括Stream ID、Device ID、Interface ID、PTP同步等信息。VX1161.42板卡采集的數據，可通過VX1161.22數據采集板卡上傳。

圖6：VX1161.42

04利用CANape采集和記錄CMP數據

CANape 22開始支持CMP功能，目前已經支持的CMP協議類型包括CAN、CAN FD、LIN、FlexRay以及Ethernet，支持的CMP報文類型為UDP。

當通過電腦采集CMP報文時，CANape 22支持通過VN5601或VN5620接口卡（支持USB Adapter特性）連接捕獲模塊來采集CMP報文；如通過VP6000/VP7000/VP75000系列進行采集，可直接將捕獲模塊連接至網口進行采集，如圖7。

未來，Vector也將支持更多CMP特性，包括REST API、gPTP和IEEE 802.3以太網等。

圖7：CMP記錄硬件系統

CMP配置工具 – Hardware Mapping Assistant

CMP報文的相關參數，如Stream ID等，可通過Hardware Mapping Assistant工具配置完成。

圖8：打開Hardware Mapping Assistant頁面

點擊左側菜單CMP Interface Editor，可進入CMP配置頁面。在CMP Configurations配置頁面中，點擊星號*可依次添加CMP傳輸報文。配置參數包括Interface Id、Stream Id、Device Id、BusType，以及UDP傳輸的Destination IP及Destination Port。Interface Name和Stream Name可自定義名稱。

配置完CMP報文信息后，還需要在CMP Ethernet Network Configurations頁面中，創建CMP Logical Network網絡，將對應CMP報文映射到CMP網絡中（圖9），以便后續選擇CMP報文網絡通道。

說明：只有ETH類型需要創建CMP Ethernet Network Configurations。

圖9：CMP Interface Editor配置界面

CANape采集及顯示CMP報文

在CANape中，可通過創建ETH Monitor以太網監測設備，采集CMP報文。對于CMP報文中的信號，可通過添加對應數據庫進行解析。

圖10：Ethernet Monitor Device創建方法

設備創建完成后，可到CANape Device Configuration頁面中，選擇對應的CMP網絡，如圖11。圖11中選擇的網絡通道CMP_ETH1，即為圖9中，CMP Interface Editor中創建的CMP網絡通道。

圖11：CMP網絡配置

點擊測量開始后，Graphic Window等顯示窗口可實時解析采集信號，Trace Window可顯示CMP報文信息，顯示效果如圖12。

圖12：CMP顯示效果

03小 結

CMP是一種新的采集記錄協議，通過解耦采集系統和記錄系統，極大地提高了系統的靈活性。記錄平臺統一使用以太網接口接收數據，兼容各種接口類型的采集設備。未來CMP是一統數據記錄江湖還是補充客戶已有記錄方案的缺失環節，讓我們一起拭目以待。