1.前言

當前，車內通信技術越來越復雜，協議類型更加多樣，不同總線及協議間的轉換和路由等也更為復雜，網關作為通信樞紐的載體，其測試的復雜程度和重要性也越來越高。本文將分享網關路由測試開發過程中的經驗和遇到的問題。

2.網關功能簡介

網關主要功能是通過報文路由轉發、報文過濾與信號重組等工作實現信息的交換，包括不同通信協議間的交互，如Ethernet、FlexRay、CAN、CAN FD、LIN。傳統的網關按照實現方式可分為獨立網關和集成網關， 集成網關指集成路由功能的儀表或車身控制器，使用集成網關時，其網絡拓撲相對簡單；獨立網關主要實現路由功能，網絡拓撲相對復雜。近幾年E/E架構逐漸向域控方向發展，新的域控制器，通常也具備網關路由的功能。

目前，典型的網絡拓撲主要有以下三種：

1）傳統的EE架構，Central Gateway與所有ECU直連，獨立完成整車所有的信息交互任務。

圖1傳統網絡架構及網關

2）基于Domain的EE架構，整車拓撲中除了Central Gateway還存在Domain Gateway，Domain Gateway參與下屬節點間的信息交互，也承載了網關的功能。

圖2基于域控制器的網絡架構及網關

3）混合的E/E架構，在從傳統網絡架構到基于域控制器的網絡架構的過渡階段存在的網絡架構，兼具兩種網絡架構的特點。

圖3混合網絡架構及網關

以上基于域節點的網絡架構的Central Gateway和Domain Gateway直接通過以太網點對點連接，域節點間的信息交互通過L2的Switch和L3的IP Router實現。

除了基本的路由功能，網關通常還具有以下屬性和功能：

1）各功能域物理隔離：網關區分各個功能域，將不同的功能域區分開

2）外部溝通媒介與網絡安全防護：網關是整車與外部信息交互的媒介，因此網關需要過濾外部信息，避免整車內部網絡被攻擊

3）網絡休眠喚醒管理：網關依據整車休眠喚醒條件，協調各個網段間的休眠喚醒

4）OTA Master功能：實現整車遠程刷寫功能，獲取ECU升級數據包并存儲在本地，當滿足刷寫條件時，網關可作為刷寫機，以既定的刷寫流程將刷寫數據傳輸給待升級ECU

5）整車狀態管理和能量管理：管理整車模式和用戶使用模式

由于網關功能多樣和復雜，且部分功能具有功能安全要求，需要通過測試來保證最終軟件的成熟度。針對網關的不同功能需要做相應的測試，本文重點探討基本的路由功能測試。

3.網關路由類型介紹

網關路由的類型可以分為3種：信號路由、報文路由、TP路由（診斷路由）。以下針對這三種路由類型分別做介紹。

1）信號路由：從源網段接收到的一條或多條報文中的部分信號（或信號組）打包在新報文中，然后在目標網段上按照定義的方式發送出來。 信號從源網段到目標網段的路由過程中，信號所在報文的發送方式、信號在報文中的位置、信號所在報文的ID和信號所在報文的周期都可以改變，另外源網段和目標網段的通信協議也可以不一致。

AUTOSAR架構下定義了信號和信號組的Update bit，對于有Update bit的信號和信號組，只有在其Update bit置位的情況下網關才對其進行轉發，并在目標網段更新Update bit，當源網段信號丟失時網關轉發的信號的Update bit持續不置位，指示接受該信號的控制器信號超時。而針對非AUTOSAR架構 ，部分OEM定義了Timeout flag，指示源網段信號超時。

圖4信號路由

2）報文路由：從源網段接收到報文后轉發到目標網段。根據目標網段的發送形式，報文路由又可以分為事件型報文路由和周期型報文路由。事件型報文路由在源網段收到報文后立即觸發目標網段的發送；周期型報文路由在源網段和目標網段都有固定的周期，源網段接收到報文的周期和目標網段發送的報文周期沒有必然關系。

圖5報文路由

3）TP路由：帶有傳輸協議報文的路由稱為TP路由。TP路由又可分為兩種：不帶協議轉換的TP路由（一般稱為報文透傳）和帶有協議轉換的TP路由。前者在部分OEM的定義中和事件型報文路由未作區分，但實際兩種路由的應用場景是不同的，事件型報文路由針對應用報文，要求轉發延時低且最新的信號值最具重要性（latest value is the most important）；報文透傳對速率的要求不高，但要求先入先出（first in first out）和不丟幀。帶有協議轉換的TP路由主要特點是：可以實現協議轉換（源網段和目標網段的協議可以不一致），且網關作為傳輸連接的一部分，在源網段的接收和轉發均須符合傳輸層協議，不符合傳輸協議的不轉發。

圖6 TP路由

下圖以CAN-LIN的TP路由為例介紹帶協議轉換的TP路由，由于CAN和LIN的傳輸協議不一致，網關在源網段以CAN的傳輸層協議接收數據后，在LIN的網段按照LIN傳輸層協議發送數據。CAN和LIN的報文雖然都是8字節，但由于傳輸層協議不同， CAN和LIN網段的每幀報文傳輸的數據內容都是不一致的。此外，由于CAN和LIN的傳輸速率不一樣，CAN網段接收數據后存儲在緩存中，在LIN網段按順序發出。

圖7 CAN-LIN2.1 TP路由

由于帶協議轉換的TP路由需要在源網段接收到數據后先存儲到緩存中，因此需要占用較多的內存資源，但同時這也是并行刷寫的實現基礎，網關在高帶寬的網段接收到診斷數據后先行存儲，然后按照低帶寬網段的傳輸協議，并行分發到各個低帶寬網段，在此過程中最大效率的利用了高帶寬網段的帶寬，提高整車的刷寫效率。

4.網關路由測試實踐

對于具備多種路由形式的網關，為了驗證是否滿足設計需求，應該根據每種路由類型設計測試規范和測試場景，本節將探討路由測試的痛點與積累的經驗。

信號路由測試

信號路由測試的難點在于信號路由的數量眾多并且路由信息的提取困難。根據北匯過往項目經驗來看，基于非域控架構（所有控制器都和中央網關直連）的信號路由數量大約有800+；基于域控的網絡架構則更加復雜，每個域控制器都具有網關行為。在信號路由數量如此龐大的情況下手動驗證已幾乎不可能。此外，基于AUTOSAR架構的信號路由和信號組路由，通過人工方式更難獲取相關的信息。

為了實現信號路由自動化測試，北匯通過定制開發，實現了從ARXML文件中提取信號路由信息并將信號路由和信號組路由加以區分，定義了標準的路由表模板，也可基于OEM給定的通信矩陣或路由模板進行定制適配。下圖為支持Update bit的信號路由的自動化測試報告。

圖8信號路由自動化測試報告

報文路由測試

報文路由測試與信號路由測試一樣，都面臨路由條目眾多的問題，此外針對于事件型報文路由和周期型報文路由，由于路由機制不同，對應的測試策略需要分別制定。

圖9路由自動化測試工

TP路由測試

針對報文透傳，除了測試路由一致性外，還需要考慮在各種應用場景（EOL、刷寫、標定等）下，網關需保證不丟幀不亂序。

針對帶有協議轉換的TP路由測試，測試難點在于針對各個通信協議其傳輸層機制不同，測試中需要按照各網段對應的傳輸層協議發送和接收數據。在支持并行刷寫的TP路由測試中，需要考慮多個傳輸連接同時發送和接收數據。這種路由方式需同步關注緩存數量、緩存大小以及Upper_Link和Lower_Link網段傳輸層機制和參數。

圖10帶有協議轉換的TP路由測試

5.總結

隨著以太網通信技術的應用、OTA的推廣以及電子電器架構的更新換代，網關的“形態”和功能都呈現了新的變化。

北匯信息緊跟網關技術發展態勢，專注于汽車電子測試，通過與各OEM的合作，從源頭掌握了各類型網關路由的策略和設計需求，積累了豐富的測試實踐經驗，覆蓋了第一代和第二代架構下的網關。后續文章我們將針對新一代“網關”，其新的功能特點、構成形態以及測試方案與大家繼續探討和分享。

參考文獻

[1] AUTOSAR_SRS_Gateway