J1939 CAN을 지원하는 차량 시뮬레이터

개요

차량 시뮬레이터 ( gva-vehicle-sim )는 GVA(Generic Vehicle Architecture) 플랫폼을 위한 포괄적인 테스트 및 개발 도구입니다. 이 시뮬레이터는 통합된 J1939 CAN 버스 메시지 생성 기능을 통해 현실적인 차량 동역학 시뮬레이션을 제공하며, 실제 차량 하드웨어 없이도 하드웨어 인 더 루프 테스트를 가능하게 합니다.

메시지 생성을 위한 J1939 시뮬레이션의 이점

🎯 개발 및 테스트의 장점

1. 하드웨어 독립적 개발

   • 물리적인 CAN 하드웨어 없이 GVA 애플리케이션을 개발하고 테스트하세요.
   • 값비싼 차량 ECU나 테스트 벤치가 필요 없습니다.
   • 여러 팀에 걸친 병렬 개발

2. 현실적인 차량 움직임

   • 정확한 J1939 파라미터 그룹 번호(PGN)와 의심스러운 파라미터 번호(SPN)를 생성합니다.
   • 차량의 실제 역학(속도, RPM, 기어 변속, 제동)을 시뮬레이션합니다.
   • 시간에 맞춰 동기화된 센서 데이터를 제공합니다.

3. 비용 절감

   • 초기 개발 단계에서 물리적 시험 차량의 필요성을 없애줍니다.
   • 가상 CAN 인터페이스( vcan0 )를 사용하면 모든 Linux 워크스테이션에서 테스트할 수 있습니다.
   • 물리적 하드웨어의 마모를 줄여줍니다.

4. 신속 프로토타이핑

   • 알고리즘 개발을 위한 즉각적인 피드백 루프
   • 간편한 시나리오 생성 및 재생
   • 메시지 전송 속도 및 데이터 패턴 설정 가능

5. 통합 테스트

   • J1939 게이트웨이 기능 검증
   • CAN에서 DDS 토픽으로의 테스트 데이터 흐름
   • 차량 매개변수에 대한 HMI의 반응성을 검증합니다.

6. 재현 가능한 테스트

   • 결정론적 차량 동작
   • 반복 가능한 테스트 시나리오
   • 회귀 분석을 위한 일관된 기준선

📊 J1939 메시지 지원

✅ PGN 완벽 지원 (차량 시뮬레이터에 구현됨)

차량 시뮬레이터는 CAN을 통해 다음과 같은 J1939 메시지를 능동적으로 생성하고 게이트웨이를 통해 DDS에 게시합니다.

상세 SPN 목록 (지원되는 모든 매개변수 포함)

총 15개의 PGN과 33개의 SPN이 활발하게 시뮬레이션되었습니다.

🔲 지원되지 않는 PGN (아직 구현되지 않음)

다음 J1939 메시지는 현재 차량 시뮬레이터에서 생성되지 않습니다 . 이는 향후 개선될 가능성이 있는 항목입니다.

이러한 사항들이 시행되지 않는 이유는 무엇일까요?

지원되지 않는 PGN 파일 총 22개

🛠️ 기술적 특징

• OpenDRIVE 도로망 지원 : 실제 도로 형상을 따릅니다.
• 자동 변속기 시뮬레이션 : 속도와 스로틀에 따른 기어 변속
• 물리 기반 동역학 : 현실적인 제약 조건을 고려한 가속, 제동, 조향
• DDS 통합 : J1939 자동차 PSM 토픽으로 직접 게시
• Qt6 GUI : 실시간 시각화 및 수동 제어

J1939에서 DDS 게이트웨이 아키텍처로

다음 순서도는 J1939 CAN 버스 메시지가 게이트웨이를 거쳐 DDS 가입자에게 전달되는 전체 데이터 흐름을 보여줍니다.

순서도 설명

1. 메시지 생성 단계

• 차량 시뮬레이터는 운전자 입력과 물리적 현상을 기반으로 현실적인 차량 매개변수를 계산합니다.
• 적절한 PGN/SPN 구조를 사용하여 매개변수를 J1939 CAN 프레임으로 인코딩합니다.
• 가상 CAN 인터페이스(vcan0)로 전송합니다.

2. CAN 수신 단계

• SocketCanReader Qt 스레드는 CAN 인터페이스에서 지속적으로 데이터를 읽습니다.
• CAN 프레임 형식(29비트 확장 ID)을 검증합니다.
• 원시 프레임 데이터를 포함하는 Qt 신호를 방출합니다.

3. J1939 디코드 단계

• J1939Decoder는 CAN ID에서 프로토콜 정보를 추출합니다.
  • PGN : 파라미터 그룹 번호(메시지 유형을 식별함)
  • 소스 주소 : ECU 식별자(0-253)
  • 우선순위 : 메시지 긴급도 (0=가장 높음, 7=가장 낮음)
• 설정을 사용하여 데이터 페이로드를 개별 SPN으로 디코딩합니다.
  • 비트 위치 및 길이
  • 배율 및 오프셋
  • 엔지니어링 부서

4. DDS 출판 단계

• 게이트웨이는 C_Parameter_Group_Definition (PGN 메타데이터)이 처음 나타날 때 이를 게시합니다.
• 메시지에 포함된 각 SPN에 대해:
  • 값과 상태를 포함하는 C_Parameter 메시지를 생성합니다.
  • 타임스탬프와 출처 식별 정보를 추가합니다.
  • DDS 주제에 게시합니다
• 주기적인 상태 업데이트(1Hz)를 통해 게이트웨이 상태를 게시합니다.

5. 소비 단계

• GVA 애플리케이션(HMI, LDMX)은 J1939 DDS 토픽을 구독합니다.
• DDS 미들웨어를 통해 파라미터 업데이트를 수신합니다.
• UI 요소(속도계, 타코미터, 기어 표시)를 업데이트합니다.

프로토콜 세부 정보

J1939 CAN ID 구조(29비트)

 Bits 28-26: Priority (0-7)
Bit  25:    Reserved
Bit  24:    Data Page (DP)
Bits 23-16: PDU Format (PF)
Bits 15-8:  PDU Specific (PS) - group extension or destination
Bits 7-0:   Source Address (SA)

PGN = (DP << 16) | (PF << 8) | (PS if PF >= 240 else 0)

CAN 프레임 디코딩 예시

 CAN ID: 0x18F00400
Binary: 00011000111100000000010000000000

Priority:  0x6 (bits 28-26) = 6 (normal priority)
Reserved:  0   (bit 25)
DP:        0   (bit 24)
PF:        0xF0 (bits 23-16) = 240 (broadcast)
PS:        0x04 (bits 15-8)  = 4 (group extension)
SA:        0x00 (bits 7-0)   = 0 (engine controller)

PGN = (0 << 16) | (240 << 8) | 4 = 61444 (EEC1 - Engine Controller 1)

빠른 시작

1. 차량 시뮬레이터 제작

 cd build
cmake ..
make gva-vehicle-sim

2. 가상 CAN 설정

 sudo scripts/test/j1939/setup-vcan.sh

3. 차량 시뮬레이터를 시작하세요

 # GUI mode with OpenDRIVE track
./build/bin/gva-vehicle-sim \
  --domain=0 \
  --opendrive=data/opendrive/ZalaZONE_full.xodr \
  --can-interface=vcan0

# Headless mode with J1939 only
./build/bin/gva-vehicle-sim \
  --domain=0 \
  --can-interface=vcan0 \
  --headless

4. J1939 게이트웨이 시작

 ./build/bin/gva-j1939-gateway \
  --domain=0 \
  --interface=vcan0 \
  --config=/etc/gva/j1939-config.json

5. LDMX를 이용한 모니터링

 ./build/bin/ldmx
# Navigate to J1939 tab to see live parameters

구성

차량 시뮬레이터 구성

vehicle-sim-config.json 생성하세요:

 {
  "j1939": {
    "enabled": true,
    "sourceAddress": 0,
    "gatewayResourceId": 1000,
    "updateRateHz": 10
  },
  "vehicle": {
    "maxSpeed": 120.0,
    "maxRpm": 6000,
    "gearRatios": [3.5, 2.5, 1.8, 1.3, 1.0, 0.8],
    "engineIdleRpm": 800
  }
}

J1939 게이트웨이 구성

PGN/SPN 정의 및 스케일링 매개변수는 /etc/gva/j1939-config.json 파일을 참조하십시오.

사용 사례

1. HMI 개발

• 실제 차량 없이 차량 대시보드를 개발하세요
• 테스트 계측기 클러스터 렌더링 및 애니메이션
• 경고/알람 임계값을 검증합니다.

2. 알고리즘 테스트

• 모의 연료 소비량을 사용하여 친환경 운전 알고리즘을 테스트합니다.
• 예측 유지보수 로직을 검증합니다.
• 자율 주행 의사 결정 기능을 테스트합니다.

3. 통합 테스트

• CAN → DDS → 애플리케이션의 엔드투엔드 데이터 흐름을 검증합니다.
• 부하 상태에서 게이트웨이 성능을 테스트하세요.
• 하위 시스템 간 데이터 동기화를 검증합니다.

4. 교육 및 시연

• 안전한 작업자 교육 환경
• 차량 없이 진행되는 고객 시연
• GVA 건축을 위한 교육 도구

성능 특성

비교: 물리적 vs. 시뮬레이션

문제 해결

일반적인 문제점

CAN 인터페이스를 찾을 수 없습니다.

 # Verify vcan0 exists
ip link show vcan0

# Recreate if needed
sudo scripts/test/j1939/setup-vcan.sh

DDS 메시지 없음

 # Check gateway is running
pgrep -a gva-j1939-gateway

# Verify domain ID matches
./build/bin/gva-j1939-gateway --domain=0
./build/bin/gva-vehicle-sim --domain=0

게이트웨이가 메시지를 디코딩하지 못합니다

 # Check CAN frames are being sent
candump vcan0

# Verify configuration file
cat /etc/gva/j1939-config.json

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