高速車載網(wǎng)絡(luò)越來越依賴帶寬高達(dá)10 Gbit/s的萬兆以太網(wǎng)通信，然而高帶寬網(wǎng)絡(luò)必將測試系統(tǒng)的性能推向極限。如何通過現(xiàn)有的軟硬件測試工具來克服這一挑戰(zhàn)？本文將為您介紹實(shí)現(xiàn)方案。

現(xiàn)如今，車載平臺(tái)上的車載高性能計(jì)算控制器HPC、ADAS傳感器和信息娛樂系統(tǒng)等需要進(jìn)行實(shí)時(shí)的大量數(shù)據(jù)交互，100BASE-T1或1000BASE-T1的車載以太網(wǎng)已無法滿足車載網(wǎng)絡(luò)通信所需的帶寬。基于IEEE 802.3ch規(guī)范的萬兆以太網(wǎng)10G-T1，具有高達(dá)10 Gbit/s的傳輸速率，將在高速網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方面發(fā)揮越來越重要的作用，比如用于傳輸高分辨率的傳感器及攝像頭信號(hào)，以及高性能骨干網(wǎng)通信。

01

典型Ethernet測試環(huán)境

無論是分析、仿真、測試或記錄車載以太網(wǎng)通信都需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行物理訪問。然而，由于帶寬達(dá)到萬兆范圍，網(wǎng)絡(luò)接口硬件到PC的上行鏈路很快達(dá)到其技術(shù)極限。如何使用測試PC的標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行有效地萬兆數(shù)據(jù)測試，并實(shí)現(xiàn)特定的仿真和分析需求，需要精心設(shè)計(jì)測試系統(tǒng)框架。

典型Ethernet測試任務(wù)：

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車載以太網(wǎng)通信“剩余”總線仿真

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支持各通信層數(shù)據(jù)的激勵(lì)和錯(cuò)誤狀態(tài)注入

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記錄通信網(wǎng)絡(luò)上的所有數(shù)據(jù)流量

圖 1 車載網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫纠?/p>

圖1是車載網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫纠到y(tǒng)，由多個(gè)帶有交換機(jī)和基于100BASE-T1或1000BASE-T1以太網(wǎng)連接的ECU組成。每個(gè)ECU都會(huì)發(fā)送大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸并由交換機(jī)聚合和轉(zhuǎn)發(fā)，這將導(dǎo)致上行鏈路負(fù)載較高。在此示例中，數(shù)據(jù)速率總計(jì)超過2.5 Gbit/s，已超過PC的USB 2.0或1000BASE-T接口帶寬。

可以使用更高帶寬的PC接口，例如USB 3.0或10GBASE-T來解決問題。但此時(shí)若網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械膫鞲衅鳎⊿ENL和SENR）替換為可通過更高速率發(fā)送高分辨率的感知數(shù)據(jù)，將導(dǎo)致USB 3.0或10GBASE-T接口也達(dá)到傳輸瓶頸。因此需要根據(jù)應(yīng)用場景和通信速率搭建可擴(kuò)展測試系統(tǒng)，方便有效地?cái)U(kuò)展從網(wǎng)絡(luò)接口硬件到PC的數(shù)據(jù)傳輸。

02

Ethernet測試系統(tǒng)需求

構(gòu)建測試系統(tǒng)時(shí)，須分層考慮整體測試框架，明確系統(tǒng)對(duì)多網(wǎng)絡(luò)接口的要求。測試系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)：

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網(wǎng)絡(luò)硬件接口卡可以互連并方便擴(kuò)展端口數(shù)量

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時(shí)間同步的即插即用通信接口卡，確保所有端口數(shù)據(jù)采集的時(shí)間基準(zhǔn)一致

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采集的數(shù)據(jù)可并行分配傳輸?shù)讲煌?a target="_blank">上位機(jī)系統(tǒng)

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集成實(shí)時(shí)硬件過濾器，按需篩選所需數(shù)據(jù)

實(shí)際的車載以太網(wǎng)分析和測試，首先需要審視系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)本身。在圖1網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲杏?條通信鏈路，其中HP2 ECU是具有最高數(shù)據(jù)速率的“熱點(diǎn)”。網(wǎng)絡(luò)硬件接口卡是網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和測試工具之間的紐帶。除按需選擇通道數(shù)量和支持的PHY技術(shù)外，也要同時(shí)考慮不同硬件接口卡的組合，以及數(shù)據(jù)記錄形式，比如通過PC或數(shù)據(jù)記錄儀。這對(duì)硬件接口卡有很多要求，無論基于被測網(wǎng)絡(luò)還是測試上位機(jī)，其接口必須足夠靈活，以滿足所有要求并有效地解決實(shí)際的測試任務(wù)。

03

典型Ethernet測試環(huán)境

圖2 基于多硬件接口卡、數(shù)據(jù)記錄儀和測試上位機(jī)的可擴(kuò)展測試方案

圖2給出了上述車載網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫纠臏y試解決方案，網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)鏈路都通過對(duì)應(yīng)Uplink將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綔y試PC或數(shù)據(jù)記錄儀。在此示例中，1000BASE-T1鏈路通過網(wǎng)絡(luò)硬件接口卡以3.2 Gbit/s轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)記錄儀（如VP7500），采集記錄數(shù)據(jù)的同時(shí)可以并行地將測試數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到其他網(wǎng)絡(luò)鏈路中。

圖3 滿足2.5G/5G/10G-T1的可擴(kuò)展測試系統(tǒng)方案

若圖1系統(tǒng)中的傳感器替換為發(fā)送數(shù)千兆數(shù)據(jù)的傳感器，則必須以不同的方式擴(kuò)展配置（如圖3）。使用多個(gè)支持MultiGBASE-T1 PHY技術(shù)的以太網(wǎng)接口卡和記錄儀，使得記錄總線數(shù)據(jù)的同時(shí)，可以使用PC端的CANoe進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)仿真。由于此類網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量無法準(zhǔn)確估計(jì)，因此從上行鏈路到記錄儀盡可能滿足最高的通信速率，以避免數(shù)據(jù)丟失。示例系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)高達(dá)6.4Gbit/s，若上行鏈路的帶寬不夠，則需要添加第二條上行鏈路。此測試系統(tǒng)構(gòu)建的核心是考慮如何根據(jù)實(shí)際需求擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)通道，并有效分配到不同硬件上，同時(shí)使用數(shù)據(jù)過濾機(jī)制進(jìn)行分類并將其分配給特定的上行鏈路，比如使用數(shù)據(jù)幀的特定字段或通信協(xié)議來過濾觸發(fā)，將相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到對(duì)應(yīng)的Uplink接口。這樣避免數(shù)據(jù)重復(fù)存儲(chǔ)，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

04

測試系統(tǒng)中的車載以太網(wǎng)總線仿真

基于車載萬兆以太網(wǎng)的剩余總線仿真測試，可以模擬車輛總線上所有信號(hào)交互，或者激勵(lì)特定測試工況的需求。在上面的示例中，如果要測試Layer2交換機(jī)和HP2節(jié)點(diǎn)的PDU數(shù)據(jù)流，均可使用CANoe作為仿真和測試工具來實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的仿真，或者發(fā)送特定PDU數(shù)據(jù)幀進(jìn)行專項(xiàng)內(nèi)容的綜合測試。若系統(tǒng)通信使用AUTOSAR規(guī)范的ARXML數(shù)據(jù)庫，則可快速實(shí)現(xiàn)仿真且可詳細(xì)觀測各層數(shù)據(jù)流。然而，大帶寬多通道的剩余總線仿真要求高性能處理器環(huán)境，如果單個(gè)測試PC無法滿足性能需求，則可采用分布式仿真方案，即將總線仿真分布在多臺(tái)PC上。CANoe提供“MultiCANoe”功能來滿足此應(yīng)用場景。

圖4 Multi-CANoe分布式測試系統(tǒng)

05

Ethernet系統(tǒng)的Re-HiL/Replay測試

圖5 Ethernet回灌測試示例

針對(duì)ADAS系統(tǒng)的回灌測試是用于驗(yàn)證被測系統(tǒng)重要的測試手段。如圖1網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的大量傳感器數(shù)據(jù)，在實(shí)際總線仿真方面幾乎很少涉及控制類數(shù)據(jù)仿真，因此為了降低系統(tǒng)復(fù)雜性，可以直接使用實(shí)際記錄的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行回放測試。

06

Ethernet數(shù)據(jù)驗(yàn)證采用在線還是離線？

最后，還必須考慮測試結(jié)果的分析類型：是否必須在線完成還是可以采用離線分析？最終決定會(huì)對(duì)整個(gè)測試過程影響較大。通常通過CANoe軟件工具對(duì)結(jié)果進(jìn)行在線驗(yàn)證，可以立即獲得測試結(jié)果，并且不需要大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。然而，對(duì)于交換機(jī)等車載以太網(wǎng)驗(yàn)證，離線驗(yàn)證也是重要手段。此時(shí)利用存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，并結(jié)合必要的剩余總線仿真，來搭建離線測試系統(tǒng)。

07

CANoe Option Ethernet和10G-T1S

總線接口卡VN5650

圖6 CANoe.Ethernet搭配豐富的Ethernet設(shè)備滿足各種測試

汽車行業(yè)面臨著車載網(wǎng)絡(luò)不斷增長的通信速率挑戰(zhàn)，其中高達(dá)10Gbit/s萬兆以太網(wǎng)對(duì)于高速數(shù)據(jù)傳輸變得越來越重要。策略性地分割測試任務(wù)，并采用可擴(kuò)展性測試系統(tǒng)架構(gòu)可以滿足高速網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集、分析、仿真和測試。Vector為用戶提供多種型號(hào)接口卡，滿足不同車載以太網(wǎng)速率（10BASE-T1S，100BASE-T1，1000BASE-T1，2.5/5/10G BASE-T1）及其他總線的集成測試環(huán)境。CANoe Option Ethernet為Ethernet通信的ECU提供仿真、開發(fā)、測試和診斷功能，提供數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建、加/解密Ethernet通信、可視化的分層分析，基于內(nèi)嵌的測試和仿真API可通過CAPL、C#和Python實(shí)現(xiàn)復(fù)雜測試場景的開發(fā)。VN5650可選配1~3個(gè)萬兆Ethernet的PHY，每個(gè)PHY提供2個(gè)萬兆Port，線纜提供散線、H-MTD Zj和H-MTD Zp三類可選。

圖7 VN5650的萬兆PHY

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