车载以太网工具链

2024-03-12 11:10:08

一什么是车载以太网

随着近年汽车电子的快速发展，车内ECU数量的持续增加，带宽需求也随之不断增长。对此，汽车制造商的电子系统、线束系统等成本也在提高。而相比于传统总线技术，车载以太网不仅可以满足汽车制造商对带宽的需求，同时还能降低车内的网络成本，是未来整车网络架构设计的趋势。目前，车载以太网主要用于诊断、车载信息娱乐系统（IVI）以及驾驶辅助系统。

二车载以太网技术

OSI（Open System Interconnection）七层网络模型定义了网络互联的七层框架，其中每一层都运行不同的协议。只有统一通信规范时，才能实现网络互联化。而车载以太网参考OSI分层结构，规定了每一层的功能及协议。车载以太网协议通常被认为是一个4层协议系统：应用层、传输层、网络层、数据链路层，每一层都具有不同的功能。

| 物理层（OABR）

参照OSI模型，车载以太网在物理层，即第一、二层采用了博通公司的BroadR-Reach技术，BroadR-Reach的物理层（PHY）技术由OPEN（一对以太网）联盟推动，因此有时也被称为OPEN联盟BroadR-Reach（OABR）。BroadR-Reach由一对双绞线实现全双工通信，并提供100Mbit/s及更高的宽带性能。该技术使用单对的非屏蔽双绞线进行通信，不仅可以减轻线缆重量达到30%，还可以降低80%连接成本，符合汽车要求的新型物理层技术。BroadR-Reach技术已被IEEE标准化，并命名为100BASE-T1，其中T1是指车载以太网。

100BASE-TX

100BASE-TX采用两对5类非屏蔽双绞线或1类屏蔽双绞线，一对用于发送数据，另一对用于接收数据，最大长度为100米。

100BASE-T1

100BASE-T1也叫IEEE802.3bw，它是被IEEE针对百兆车载以太网定义的标准。与传统的百兆以太网（100BASE-TX）不同，100BASE-T1使用的是一对双绞线进行全双工的信息传输。并且100BASE-T1降低了电磁干扰，布线重量，成本以及占地面积。

1000BASE-T1

1000BASE-T1也叫IEEE802.3bp，它是被IEEE针对千兆车载以太网定义的标准。与100BASE-T1相同，1000BASE-T1也使用的是一对双绞线进行全双工的信息传输。1000BASE-T1不仅能提高数据的传输速率，同时满足汽车行业高可靠性、低电磁辐射、低功耗以及同步实时性等方面的要求。

100BASE-T4

100BASE-T4采用的是半双工传输模式，传输媒体采用3类、4类、5类非屏蔽双绞线。其中的三对线用以传输数据，一对线进行冲突检验和控制信号的发送接收。最大传送距离是100米。

| 数据链路层

定义操作通信连接的程序，封装数据包为数据帧以及监测、纠正数据包传输的错误。

AVB（Audio Video Bridging）

以太网音视频桥接技术旨在满足车内音视频应用的低延迟和可保证的带宽要求，对传统的以太网进行了扩展，通过增加精确时钟同步、带宽预留等协议增强传统以太网音视频传输的实时性。AVB技术提供了优先级、流预留协议（SRP）、流量整形协议（FQTSS）等核心功能。AVB在车内的应用案例有同步多媒体播放、在线导航地图等汽车联网应用、ADAS以及诊断功能等。

TSN（Time Sensitive Network）

2012年，IEEE音视频桥接工作组正式更名为TSN，TSN定义了以太网数据传输的时间敏感机制，为标准以太网增加了确定性、可靠性，以确保以太网能够为关键数据的传输提供稳定一致的服务级别。

| 网络层

定义网络设备间如何传输数据，根据唯一的网络设备地址路由数据包，提供流和拥塞控制以防网络资源的损耗。

IPV4协议

IPV4是网络协议版本，是一种无连接的协议，操作在使用分组交换的链路层上。此协议不保证任何数据包均能送达目的地，也不能保证所有数据包均按照正确的顺序无重复的到达。

IPV6协议

IPV6是网络协议版本，由IETF（Internet Engineering Task Force）互联网工程任务组设计用于替代IPV4的下一代网络协议。相比于IPV4，IPV6具有更大的地址空间。随着互联网的快速发展，IPV6协议将会起到十分重要的作用，它不但可以解决网络地址资源数量的匮乏，也可以解决多种接入设备接入互联网的障碍。

| 传输层

传输层的功能是建立端口到端口的通信，确定主机和端口后，就可以实现程序之间的通信。

TCP协议

TCP/IP协议对应OSI模型的传输层，该部分是网络结构的中心部分，是下方硬件相关层和上方软件处理层的重要连接点。TCP是一种面向连接的、可靠的传输协议。它能够保证两端通信主机之间的信息可达。能够正确处理传输过程中丢包、传输顺序错乱等异常情况。

UDP协议

UDP协议是一种简单、无连接的传输协议。当网络可靠，需要突发大量的数据时可以选择使用UDP，不用考虑丢包重传等情况，以提高数据传输效率。

| 应用层

应用层协议是用户与网络的交互界面，负责处理网络特定的细节信息覆盖了OSI参考模型的第5层至第7层。应用层可根据用户需求为用户提供多种应用协议，如超文本传输协议（HTTP）、通信控制（SOME/IP）、服务发现（Service Discovery）、动态主机配置协议（DHCP）、流媒体服务（Stream Media Service）、设备发现、连接管理和控制协议（IEEE 1722.1）等。

三车载以太网发展趋势

伴随着车载以太网技术的不断成熟，它将带来更高的带宽和更低的延迟。并且，在OPEN联盟、AVnu等组织的推动下，车载以太网将会成为车载网络骨干，不专注于一个特定的应用领域，会集成动力总成、盘底、车身、多媒体、辅助驾驶等子系统，形成一个域级别的汽车网络。

四德国Technica-车载以太网通讯专家

随着车载以太网的发展，越来越多的汽车电子产品开始应用BroadR-Reach技术。来自德国的Technica自2008年便与BMW合作共同研发BroadR-Reach技术、汽车以太网及其协议等技术开发标准测试的研究。根据对车载以太网的深入研究，设计研发了一系列测试的硬件、软件工具。

| 100/1000 BASE-T1 MediaConverter

100/1000BASE-T1与100/1000BASE-TX双向转换的模块，用于电脑与被测车载以太网控制器（PHY）连接；这是基于物理层的转换，不经过MAC层/数据链路层。用于汽车产品开发和测试电子控制单元（ECU）的100/1000BASE-T1工具。

| Media Gateway

随着测试的深入，如果需要分析被测控制器与其他控制器（或仿真节点）之间的以太网通信内容，就需要用到带有Switch功能的Media Gateway。最多可连接12路100BASE-T1,通过Web配置，实现车载以太网数据的过滤和控制数据流的路由、镜像、转发和VLAN配置。根据需求提供CAN（FD）、LIN和FlexRay通道接口，实现两种协议之间的转换通讯。

| 100/1000BASE-T1 SPY

仅用一个设备就可以实现在100/1000BASE-T1、CAN（FD）、FlexRay和LIN上采样数据帧，并且不会对原始网络产生影响。用于捕获、监听通信数据以便测试和分析车载网络。

| Capture Module

Capture Module可以看为SPY的升级版，不仅可以实现SPY的功能，还增加了其他新的功能。

高速启动
启动缓存
网络时间同步，可以与其他Capture Module同步

| Golden Device

用于100Base-T1互操作性测试,验证车载以太网PHY（通常也称为收发器）的可靠性和检查PHY能否在给定的有限时间内建立稳定的链路。还有车载以太网PHY的诊断，如信号质量指数（SQI）和线束故障的检测。

五 K2L-车载以太网测试和仿真工具

同样是来自德国的K2L公司根据多年的经验与技术研发了一个全面且易于使用的工具链，从车载以太网的早期测试和仿真阶段到最终分析和验证阶段的所有开发任务。

| OptoLyzer Studio软件

OptoLyzer Studio是一个可用于车载以太网的综合测试和分析的软件。它提供消息记录、图形化、活动区、过滤、消息注入、书签，并且支持多种协议。

支持多种数据库格式：*.dbc、*.ldf、*.xml、*.arxml、*.bsdconfig、*.fdepl、*.fidl
支持多种数据格式文件的导入导出：*.blf、*.asc、*.csv、*.pcap、*.pcapng、*.olsreplay、*.olslog、*.img、*.k2llog
消息显示Trace/发送Send
信号显示Data
曲线显示Graph
仪表盘Panel：Gauge Tile、Activity Tile、Text Tile、Progress Bar Tile、Image Tile
总线统计Statistics
编程：C#支持更多的功能组建，实时性更高
过滤功能Filter

| MOCCA硬件

K2L MOCCA硬件系列为不同的应用场景提供不同的解决方案，这些设备可用于应用程序测试、模拟和验证。其中MOCCA LAN是一款用于CAN、100BASE-T1的开发工具,主要应用于车载以太网测试、开发以及仿真。

支持各种以太网物理层：100BASE-T1、100BSEE-TX、Quiet-WIRE
千兆以太网接口，用于数据记录仪的扩展
2个CAN 2.0接口
设备支持：物理层转换、监听、以太网消息注入
与MOCCA硬件系列其他设备可时间同步，允许访问CAN、CAN FD、LIN、100BASE-T1、FlexRay、MOST设备
显示与分析数据
简单的硬件可编程接口：包括多种编程实例

六诊断工具

| Q-Tester

Q-Tester是风丘科技自主研发的客户半定制化工程诊断仪。Q-Tester诊断仪采用国际主流的ODX/OTX方案，诊断仪与ECU间的数据交互，依赖于核心的ODX诊断数据库。

Q-Tester已实现的功能包括：简单诊断功能测试，单个及整车故障码读取与清除，单个控制器的功能配置，控制器刷写或再编程以及报文监控等。为了便于客户快速进行整车控制器的功能配置，风丘科技开发了Q-Tester的一键Coding功能，工程师们只需点击一个按钮就可对整车所有控制器进行功能配置。

系统组成：

1. 硬件：硬件通讯接口卡VCI（Vehicle Communication Interface），支持市场上所有标准的VCI，包括Softing公司，瑞典Kvaser及风丘科技自主研发的的各种VCI。

2. 软件：Q-Tester和Coding String Tool。

| VIN|ING 2000

VIN|ING系列接口卡是应用创新概念的通信接口卡。VIN|ING 2000是一款基于DoIP的可移动VCI设备。不仅支持通过Wi-Fi或USB连接电脑的标准应用，而且也可以支持远程诊断任务和独立操作。这是通过内置于设备中的新Softing SDE实现的-将经过验证、测试的标准基础通信组件与功能访问接口相结合。因此，PC上的所有标准序列和功能都可以直接在VCI上重复使用，无需WLAN连接，不再有Wi-Fi连接和带宽或延迟的问题。

通过接口上的数据预处理和协议处理
实现高可靠性的时序，集成诊断连接器，设计紧凑
高级别WLAN的安全性得益于企业证书认证
磁性固定的灵活USB和LAN电缆

七数据记录仪

车载以太网因其使用场景的特殊性及高速性，对网络的可靠性、同步性、安全性都有着很高的要求，因此车载以太网的高精度、全方位的测试实验是必不可少的。

来自德国的IPETRONIK的记录仪产品多年服务于车辆行业，因其可靠的硬件品质、丰富的协议兼容、测量记录的高精度，得到了许多汽车企业的高度评价。现今也推出了多款支持高速以太网的记录仪产品，延续了以往的优点的同时，记录仪支持高速以太网的协议标准、更快的数据写入、取出速度，使得车载以太网测试可以顺利进行。