基于CMP协议的采集记录模型

01背景与挑战

数据采集和记录是当今车载系统开发中必不可少的环节。然而车载系统中交互的数据接口非常丰富，包括各种传感器、ECU和执行器之间的数据交互，类型可以是CAN、FlexRay、以太网、SPI、MIPI、CSI2等。传统的车载记录仪在采集和记录整个系统时面临新的挑战：

>当记录总线类型变更时，尤其是当系统中增加新的接口类型数据，需要接入专门设备时，原有的车载记录仪需要足够的扩展能力；

>当记录总线数量变更时，原有的车载记录仪需要重新组合；

>技术升级迭代后，或者系统零部件的供应商变更时，原有的车载记录仪需要复用。

为了提高测量记录系统的灵活性、可扩展性，以及增加组件的重用性，ASAM组织于2022年3月发布了CMP（Capture Module Protocol）协议1.0.0版本，将测量和记录任务解耦。CMP定义车载总线和传感器数据的捕获模块（Capture Module，CM）与数据接收端（Data Sink，如记录仪、上位机软件等）之间的通信标准，并基于以太网传输。CMP报文可以直接存储在数据接收端中（如数据接收端是分析软件，也可进一步解析报文）。

CMP支持的传输层包括IEEE 802.3及UDP。同时，根据传输的需要，捕获模块也可以将数据包分割或组包发送到数据接收端。

02CMP协议

CMP支持的通讯协议类型

CMP支持的总线及数据类型非常丰富，还包括自定义格式，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

图1：CMP协议介绍

基于CMP协议的采集记录模型

CMP协议定义的是捕获模块（Capture Module）与数据接收端（Data Sink）之间的通讯标准。捕获模块负责将采集到的总线或传感器信号等，打包为CMP报文，上传到数据接收端。

如图2，捕获模块具有Device ID标识，每个捕获模块的Device ID唯一且在整个采集记录系统中不可重用。捕获模块通过其接口（接口具有Interface ID）采集要记录的数据，比如CAN、以太网等。对于每个捕获模块，Interface ID唯一且不可重用。捕获模块将采集到的数据以数据流的形式发送到数据接收端，数据流通过Stream ID标识。对于每个捕获模块，每个数据流的Stream ID唯一且不可重用，但在整个测量记录系统中，对于不同的捕获模块，Stream ID并不一定唯一。

图2：基于CMP的采集记录模型

基于CMP的采集记录方案实现了数据采集模块与数据接收端的解耦：

>更加灵活的捕获模块

捕获模块与数据接收端通过统一的CMP协议通讯，因此数据接收端可采集不同厂家的捕获模块。

>数据记录仪可复用

传统的数据记录仪集数据采集和存储功能为一体，当总线类型发生变更时，如2路CAN变更为2路LIN，原先的记录仪则无法满足需求。但基于CMP协议时，捕获模块与记录仪之间始终通过CMP协议通讯，可实现数据记录仪复用。

>数据包的分割及组包功能

捕获模块与数据接收端基于以太网传输，同时支持巨帧功能，可支持超长数据包的传输，或将数据短包组包上传。

>时间戳

捕获模块支持时间戳功能，传输的CMP报文包含时间戳信息。

>报文丢失检测

在CMP报文的报头中，有一个2字节SSC（Stream Sequence Counter）信号。相应Stream ID和Device ID发出的数据流，SSC初值为0。捕获模块每发送一条CMP报文，SSC加1，最大值为0xFFFF，然后再从0递增。数据接收端通过信号SSC判断传输数据是否丢失。当检测到数据丢失后，数据接收端通过DataLostEvent类型的状态报文告知捕获模块。

CMP报文类型

CMP报文类型包括以下四种：

数据报文Data Message

数据报文用于传输捕获模块采集到的数据。

状态报文Status Message

状态报文可用于传输捕获模块状态信息，包括报文丢失状态、时间同步状态、自定义状态信息等。

控制报文Control Message

控制报文用于在捕获模块和数据接收端之间交换信息，比如Cold Start应用等。

供应商自定义报文Vendor-defined Message

图3：CMP报文类型

图4：CMP报文格式

图5是Data Message的示例报文。CMP Header由8字节组成，不同类型CMP报文的CMP Header定义一致，其中MSG Typ（即Message Type）数据值代表不同的报文类型，Message Type 0x1代表Data Message。Data Message Header由16字节组成，内容包括8字节Timestamp，4字节Interface ID，1字节 Common Flags，1字节Data Message Payload Type（如0x01代表CAN，0x02代表CAN FD，0x8代表Ethernet等），以及2字节的Data Message Payload Length，来标识报文中Data Message Payload的长度。Data Message Header后传输的则是Data Message Payload，具体每种数据类型的打包方式，可参考协议详细了解。

图5：Data Messages示例

03新一代VX1161.42 CMP捕获模块

VX1161是专为高带宽数据采集和传输设计的可配置多通道接口设备。2024年6月发布的VX1161.42 CMP捕获模块板卡，将支持3路ETH TAP。VX1161.42板卡可通过VXtools工具包进行配置，配置内容包括Stream ID、Device ID、Interface ID、PTP同步等信息。VX1161.42板卡采集的数据，可通过VX1161.22数据采集板卡上传。

图6：VX1161.42

04利用CANape采集和记录CMP数据

CANape 22开始支持CMP功能，目前已经支持的CMP协议类型包括CAN、CAN FD、LIN、FlexRay以及Ethernet，支持的CMP报文类型为UDP。

当通过电脑采集CMP报文时，CANape 22支持通过VN5601或VN5620接口卡（支持USB Adapter特性）连接捕获模块来采集CMP报文；如通过VP6000/VP7000/VP75000系列进行采集，可直接将捕获模块连接至网口进行采集，如图7。

未来，Vector也将支持更多CMP特性，包括REST API、gPTP和IEEE 802.3以太网等。

图7：CMP记录硬件系统

CMP配置工具 – Hardware Mapping Assistant

CMP报文的相关参数，如Stream ID等，可通过Hardware Mapping Assistant工具配置完成。

图8：打开Hardware Mapping Assistant页面

点击左侧菜单CMP Interface Editor，可进入CMP配置页面。在CMP Configurations配置页面中，点击星号*可依次添加CMP传输报文。配置参数包括Interface Id、Stream Id、Device Id、BusType，以及UDP传输的Destination IP及Destination Port。Interface Name和Stream Name可自定义名称。

配置完CMP报文信息后，还需要在CMP Ethernet Network Configurations页面中，创建CMP Logical Network网络，将对应CMP报文映射到CMP网络中（图9），以便后续选择CMP报文网络通道。

说明：只有ETH类型需要创建CMP Ethernet Network Configurations。

图9：CMP Interface Editor配置界面

CANape采集及显示CMP报文

在CANape中，可通过创建ETH Monitor以太网监测设备，采集CMP报文。对于CMP报文中的信号，可通过添加对应数据库进行解析。

图10：Ethernet Monitor Device创建方法

设备创建完成后，可到CANape Device Configuration页面中，选择对应的CMP网络，如图11。图11中选择的网络通道CMP_ETH1，即为图9中，CMP Interface Editor中创建的CMP网络通道。

图11：CMP网络配置

点击测量开始后，Graphic Window等显示窗口可实时解析采集信号，Trace Window可显示CMP报文信息，显示效果如图12。

图12：CMP显示效果

03小 结

CMP是一种新的采集记录协议，通过解耦采集系统和记录系统，极大地提高了系统的灵活性。记录平台统一使用以太网接口接收数据，兼容各种接口类型的采集设备。未来CMP是一统数据记录江湖还是补充客户已有记录方案的缺失环节，让我们一起拭目以待。