淺析車載以太網測試內容和測試方法

　　現在，汽車行業(yè)對可靠性和安全性要求越來越高，車載以太網在應用的過程中，為了保證其可靠性與安全性，就迫切需要對其開展測試工作。傳統(tǒng)的以太網測試和車載以太網測試還存在著一定的差異，因此傳統(tǒng)以太網測試方法并不適用干汽車以太網測試。汽車行業(yè)對測試的要求更高，所以需要由相應的組織或聯盟制定車載以太網測試標準。

　　目前，業(yè)界通用的車載以太網測試方法參考OPEN聯盟制定的TC8-OPEN Alliance Automotive Ethernet ECU Test Specification2）和TC-11 Ethernet Switch Test Specification回標準，測試的內容主要包括物理層測試、車載以太網交換機測試、協議層與應用層除了AVB/TSN以外的一致性測試。下面就這些測試內容和測試方法做具體的介紹。

　　02物理層測試

　　車載以太網物理層測試主要包括兩個方面的測試∶PMA（Physical Media Attachment）測試和IOP（Interoperability）測試，即互操作性測試。物理層測試的目的是為了保證端口的互連互通性能，檢測發(fā)送器和接受器發(fā)送或接收信號是否符合汽車通信標準。

　　2.1PMA測試

　　PMA （物理媒質接入層）主要評估車載以太網的電氣特性，針對PMA測試方面，OPEN聯盟于2014年6月發(fā)布“ BroadR-Reach Physical Layer Transceiver Specification For Automotive Applications V3.2”規(guī)范標準，定義了BroadR- Reach的PMA電氣規(guī)范。在OPEN TC8規(guī)范中，測試的內容主要包括6種常規(guī)測試項∶ 傳輸衰落、傳輸失真、傳輸時鐘抖動（Master&Slave）、傳輸功率譜密度、傳輸時鐘頻率、 MDI回損，還有其他的測試項∶MDI模式轉換損耗、共模輻射等。

　　測試過程中，需要用到的儀器主要有示波器、矢量網絡分析儀、分析軟件、夾具等，夾具連接在被測設備（DUT）和示波器之間，起到電路轉換的作用，設備連接示意圖如圖2所示。根據被測對象的特點和測試項的不同，分別連接不同的測試儀表。

　　測試過程中，為了完成不同的測試項，需要將DUT PHY通過修改寄存器的方式設置為不同的測試模式，使其發(fā)出特定的數據包，BroadR-Reach中定義了4種測試模式。

　　1） Test mode 1-Transmit droop test mode。

　　2）Test mode 2-Transmit jitter test in MASTER mode。

　　3） Test mode 4-Transmit distortion test。

　　4） Test mode 5-Normal operation at full power（for the PSD mask）。

　　2.2IOP測試

　　車載以太網物理層IOP測試，即互操作性測試（Interop- erability Tests），用于驗證車載以太網PHY（通常也稱為收發(fā)器）的可靠性和檢查PHY能否在給定的有限時間內建立穩(wěn)定的鏈路;還用于車載以太網PHY的診斷，如信號質量指數（SQI）和線束故障的檢測。模擬車載以太網遠、近端的開、短路故障作為Link Partner，與DUT建立連接，獲取兩者之間的Link Up時間（精度可達1ms）、信號品質指數以及電纜診斷信息。

　　IOP測試的內容主要包括以下幾項。

　　1）喚醒時間（Link-up time）對Link Partner的PHY進行多次上、下電操作，計算 DUT與Link Partner建立連接所需要的時間;對DUT進行多次上、下電操作，計算DUT與Link Partner建立連接所需要的時間;對DUT進行多次喚醒、睡眠操作，計算DUT與Link Partner建立連接所需要的時間。

　　2）信號品質逐步提高人工噪聲水平，獲取信號品質指數SQI的變化曲線;逐步降低人工噪聲水平，獲取信號品質指數SQI的變化曲線。

　　3）線束診斷測試DUT在遠端或近端發(fā)生一條或兩條線路開路時，是否能夠可靠地檢測到開路故障;測試DUT在遠端或近端發(fā)生短路時，是否能夠可靠地檢測短路故障。測試過程中，采用Golden Device作為Link Partner，測試的連接示意圖如圖3所示。

物理層IOP測試連接示意圖

　　03交換機測試

　　車載以太網的交換機測試，是對車載以太網交換機常規(guī)數據幀收發(fā)相關功能的測試，測試的規(guī)范主要是TC-11 Ethernet Switch Test Specification 標準，測試的內容如下。

　　1）通用功能數據幀正常轉發(fā)、端口鏡像、端口禁用、處理巨型幀、讀出設備ID等基本功能。

　　2）地址解析功能地址學習、地址老化時間、地址解析表、地址學習配置模式等功能。

　　3）虛擬局域網功能（VLAN）TPID以太類型字段自由配置功能、雙標簽Q-in-Q功能、非標簽數據幀支持、VLAN跳躍攻擊抑制、共享VLAN學習等功能。

　　4）基于時間敏感網絡的時間同步功能（TSN）對接收到的時間同步的幀正確處理的功能。

　　5）服務品質（QoS）對優(yōu)先級流量正確處理和實現不同流量整形策略的功能，包括基于優(yōu)先級的服務品質、基于WRR轉發(fā)數據包功能、PCP字段覆蓋功能、優(yōu)先級映射功能、支持漏桶算法功能等。

　　6）配置功能運行中可重新配置的功能，端口可單獨配置功能、配置完成前支持在 “禁止轉發(fā)”模式下啟動的功能、讀回配置信息功能、支持鎖定配置項功能等。

　　7）過濾功能在接收端口是否能按照設定，對接收到的數據幀進行過濾的功能，包括端口廣播保護功能、通用過濾需求、與 VLAN相關的過濾規(guī)則、基于上層地址的過濾規(guī)則等。

　　8）診斷功能計數器能否正確計數診斷、線纜和連接狀態(tài)反饋功能的診斷等。測試過程中，可以將測試平臺作為流量發(fā)生器，發(fā)送不同類型的數據報文，由與之相連的計算機上的軟件對報文的類型進行配置，在軟件上對測試項的結果進行檢查。與DUT相連的計算機也對DUT的工作模式進行配置。測試連接示意圖如圖4所示。

交換機測試連接示意圖

　　04協議一致性測試

　　協議一致性測試（protocol conformance test），指的是檢驗開放系統(tǒng)互連（OSI）產品的協議實現與 OSI協議標準一致性程度的測試。車載以太網2層到7層除了 AVB/TSN以外的協議一致性測試的測試項目和測試過程以及測試判據主要依據 TC8-OPEN Alliance Automotive Ethernet ECU Test Specifi- cation標準。

　　測試項主要為了驗證兩個方面的內容∶

　　①Con- formance test——驗證被測設備/系統(tǒng)是否遵循協議標準;

　　②Negative test——通過發(fā)送非法報文驗證被測設備/系統(tǒng)的穩(wěn)定性/魯棒性。

　　測試時，需要在DUT上安裝輔助測試工具Upper Tester。Upper Tester（UT）本質上是一個運行在DUT中的應用，它能夠接收測試平臺發(fā)送的指令，來配置被測協議棧（IUT）的參數，或觸發(fā)被測協議棧產生某種行為。UT支持的指令和格式遵循AUTOSAR體系下的“Testability Protocol and Service Primitives”規(guī)范。將測試平臺與DUT連接，選擇對應的協議測試套件與DUT進行特定的通信，配置測試套件的參數，如IP、MAC地址等，結合Upper Tester的輔助作用對指定協議的測試項開展測試，測試平臺收集測試數據，生成測試報告。測試設備連接示意圖如圖5所示。