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聚焦产品，赋能发展

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HIL测试中的总线与通信协议

 

1       PolarBox 多协议 HIL 通信与接口能力

工业控制系统很少只依赖一种通信协议。控制器通常同时连接传感器、执行器、驱动器、其他控制器和上位系统，只有在统一实时闭环中复现这些通信链路，HIL 测试才能还原真实系统行为。

PolarBox 产品家族面向多行业 RCP 与 HIL 应用，覆盖控制总线、工业以太网、电力通信、传感器、编码器和高速互连等协议与接口，可支持单控制器验证、多节点仿真和系统级多协议并行测试。

1.1       从模型到控制器的完整闭环

1.1.1       PolarBox 的典型开发流程

1.       模型搭建：工程师在 MATLAB / Simulink 中建立控制器模型、被控对象模型、接口模型。

2.       接口配置：通过 PolarDriver 驱动包调用 I/O、总线、网络、传感器及专用通信接口，将模型信号映射到真实硬件通道。

3.       编译下载：工程师可直接对模型进行编译，通过 PolarControl 上位机完成设备管理、可执行文件下载。

4.       实时运行：PolarBox实时机在确定性步长内执行模型，完成模型计算、I/O 更新和通信收发，并与被测控制器或系统建立闭环交互。

5.       观测标定：测试过程中，PolarControl 负责运行控制、在线观测、参数标定、波形记录和试验数据留存。

1.1.2       产品形态

PolarMicroBox 面向紧凑型实时仿真、快速控制原型和轻量级 HIL。

PolarLabBox 面向实验室级一体化 RCP / HIL。

PolarFlexBox 面向模块化、大通道数和多协议并行的系统级 HIL。

不同产品形态共享统一的软件与模型开发流程，可按计算规模、接口组合和项目阶段配置。

1.2       协议与接口能力全景

1.2.1       控制总线、车载网络与标定协议

协议 / 接口

能力简介

CAN

控制器与设备的通用实时通信总线

CAN FD

提升载荷长度和数据速率的 CAN 扩展协议

CAN XL

高带宽控制网络的新一代 CAN 协议

CANopen

基于 CAN 的设备管理与运动控制协议

SAE J1939

面向商用车与重型装备，支持 J1939-21 / J1939-22

ISO 11992

牵引车与挂车之间数字信息交换的通信标准

LIN

低成本执行器的单主多从通信总线

FlexRay

支持确定性调度和冗余的双通道总线

Automotive Ethernet

面向域控制器、中央计算平台和智能传感器的车内高速以太网技术体系

SOME/IP

面向汽车以太网的服务通信协议

1.2.2       串行通信与现场协议

协议 / 接口

能力简介

RS232

适合短距离点对点连接的串行通信接口

RS422

适合远距离传输的差分全双工串行接口

RS485

支持远距离多节点组网的差分串行接口

Modbus RTU

基于串口的主从式工业通信协议

1.2.3       工业网络、通用网络与时间同步

协议 / 接口

能力简介

TCP/IP 协议族

提供 IP 寻址与路由，以及 TCP、UDP等网络通信能力

Modbus TCP

基于 TCP/IP 的工业寄存器通信协议

EtherCAT Master

多轴同步控制的实时工业以太网主站

OPC UA

工业数据建模与互操作服务协议

DDS

实时分布式系统的数据发布订阅协议

MQTT

云边数据交换的轻量级发布订阅协议

1.2.4       轨道交通通信协议

协议 / 接口

能力简介

TRDP

列车通信网络的实时数据传输协议

1.2.5       电力系统通信协议

协议 / 接口

能力简介

IEC 61850 GOOSE

保护跳闸与联动事件的高速通信协议

IEC 61850 MMS Server

站控层监视与控制的数据服务协议

IEC 61850 SV

过程层电流电压采样值的实时传输协议

IEC 60870-5-101

基于串行链路的电力远动通信协议

IEC 60870-5-104

基于 TCP/IP 的电力远动通信协议

DNP3 Master / Slave

电力自动化远动与事件传输的通信协议

1.2.6       数据共享与高速互连

协议 / 接口

能力简介

Reflective Memory

多节点实时数据共享的确定性互连技术

Aurora

高速数据传输的串行链路协议

1.2.7       传感器、编码器与板级接口

协议 / 接口

能力简介

PSI5

汽车传感器的电流型数字通信接口

SENT

汽车传感器的单线数字通信协议

AK 协议 / 方波 / PWM 波

轮速传感器的通信与信号输出方式

BiSS

高精度位置反馈的实时编码器接口

EnDat

支持位置反馈和参数访问的双向编码器接口

SSI

绝对位置采集的同步串行编码器接口

SPI

板级器件间的高速同步串行接口

I2C

支持寻址与多设备连接的板级双线总线

1.3       多协议应用

面向汽车、机器人、电力能源及工业自动化等行业，HIL系统 通过适配专用控制总线、现场网络、传感器接口和上层通信协议，连接控制器、执行器、分布式 I/O 及上位系统。

HIL系统在确定性时间基准下协同实时模型、物理 I/O 与行业通信协议，构建贴近真实系统的闭环测试环境，面向不同的被测对象、系统规模以及测试阶段，验证系统在正常、边界和故障工况下的功能、性能与可靠性。

1.4       协议适配与方案定制

本文列出的协议并不是PolarBox的完整边界，我司还在陆续开发更多公开协议与行业专用协议。

实际方案需要综合确认协议角色、通道数量、节点规模、实时周期、同步精度、故障注入、数据记录和自动化测试要求。无论是单一接口接入、多节点仿真，还是多协议并行的系统级 HIL，均可基于 PolarBox 产品家族及其工具链实现。

如需获取完整协议能力矩阵、确认接口组合或规划定制方案，请联系我司。我们将完成需求分析以及系统配置，让协议能力落实为可运行、可验证、可扩展的 HIL 方案。