汽车以太网技术及测试介绍

一、汽车以太网简介

随着汽车日益智能化、网联化和数字化，汽车中的智能手机连接系统、车载信息娱乐系统、导航系统、车载诊断系统（OBD）、高级驾驶辅助系统（ADAS）等各种软件变得越来越复杂，而它们之间的联系也越来越紧密，所有这些软件致使带宽的需求迅速增加，对时延同步的精度要求也更高，此时基于BroadR-Reach的车载以太网应运而生，加上AVB/TSN协议在汽车以太网上的应用，可以更好的为汽车提供大带宽、高可靠、低时延、高精度时钟同步的成熟以及标准化解决方案。

1.1汽车以太网标准组织

任何新技术的应用和发展，都离不开前期的测试和验证，虽然汽车以太网从传统以太网演化而来，但是测试工作与传统以太网的测试有很大不同。为此在汽车以太网的标准化方面（包括相关测试规范），以下6个标准化组织和联盟起到了主要的推动作用：

OPEN Alliance:（One-Pair Ethernet，OPEN联盟）于2011年由NXP、博通和宝马携手创建，目前已超340位成员，目标是将基于以太网的通信广泛应用于汽车网络。OPEN Alliance致力于制定和统一IEEE 100BASE-T1、1000BASE-T1 及1000BASE-RH等通信方式的物理层、协议一致性和互操作性等规范；同时通过制定线束、交换机、ECU和其他功能需求及测试规范，如TC8委员会制定的ECU级别物理层、数据链路层、TCP/IP协议层、SOME/IP测试规范，TC2制定的汽车线束和接插件的测试规范。
IEEE:（Institute of Electrical and Electronics Engineers，电气和电子工程师协会）汽车行业已经成为IEEE 802.3新的应用领域，IEEE成立了多个与汽车以太网相关的任务组，负责汽车以太网物理层相关技术的标准化工作。此外， IEEE 802.1工作组还制定了AVB/TSN技术规范，用于实现数据高可靠、低延迟及同步传输。

**AVnu Alliance：**成立于2009年，它的使命是推动AVB/TSN相关标准的应用，创建一个开放、安全、低延迟和高度可靠的网络生态系统。AVnu专注于A/V、工业、消费电子和汽车行业，为了保证AVB/TSN互操作性，AVnu联盟专门为相关领域创建了符合市场要求的合规性和互操作性（C&I)测试集。IEEE负责制定AVB/TSN标准，AVnu负责制定系列测试标准，如AVnu联盟制定的gPTP、FQTSS和AVTP的测试规范，可以快速提高AVB技术在汽车网络上的落地应用。

IETF：（The Internet Engineering Task Force，国际互联网工程任务组）是负责互联网相关技术规范研发和制定的主要组织。TCP/IP协议簇，就是由IETF制定的，通常汽车以太网不需要对TCP/IP协议簇进行修改，仅需要做适应性的配置和应用。

AUTOSAR：（Automotive Open System Architecture，汽车开放系统架构）联盟致力于为汽车工业制定标准化的软件架构。AUTOSAR从4.0版本开始支持以太网通信，主要包括Ethernet驱动、Ethernet接口、TCP/IP、Socket Adaptor、DoIP、UDPNM、SOME/IP等软件模块,同时还规定了TCP、UDP和IPv4这三个通信协议的测试规范。

ISO:（International Organization for Standardization，国际标准化组织）在车载网络领域非常重要，制定了众多汽车相关的标准化协议，如ISO11898（CAN）、ISO14229（UDS）等，汽车以太网相关标准主要有ISO13400（DoIP）、ISO17215（VCIC）。

1.2 汽车以太网协议介绍

汽车以太网的协议内容主要有如下所示：
Ethernet：由OPEN联盟倡议的BroadR-Reach标准得到了大多数的业界支持，IEEE根据BroadR-Reach标准发布了“更通用的标准”，包括100Base-T1和1000Base-T1及尚未发布的10GBase-T1S。BroadR-Reach技术是一种汽车专用的以太网标准，车载以太网使用了专用于汽车的PHY（收发器芯片）实现了在一对非屏蔽双绞线（UTP）上能够进行双向传输，可以提供100M/1000M甚至更高的宽带性能，并进行了优化处理以满足车载EMC要求，同时保留了标准的IEEE MAC接口，用于支持AVB/TSN、TCP/IP、DoIP等多种协议；
TCP/IP协议簇：IP、ARP、ICMP、TCP、UDP、DHCP等；
TSN/AVB：AVB是Audio Video Bridging的缩写，AVB协议对传统的以太网协议进行了扩展，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。IEEE 802.1任务组在2012年11月的时候正式更名为TSN–Time Sensitive Network时间敏感网络。TSN主要用于专业音视频领域、汽车控制领域、商用电子领域以及所有需要实时监控或是实时通信的工业领域：
其中 AVB 标准包括：
IEEE802.1AS：精准时钟定时和同步（gPTP）；
IEEE802.1Qat：流预留协议（SRP）；
IEEE802.1Qav：时间敏感流的转发和排队（FQTSS）；
IEEE802.1BA：音频视频桥接系统，定义 AVB 配置文件。
更名为 TSN 后，对部分标准进行了修订，增添了几个性能改进标准，包括：
IEEE802.1ASbt：增强功能和性能改进，基于 IEEE802.1AS-2011 修订定时和同步；
IEEE802.1Qbu：新增项目，基于 IEEE 802.1Qav 修订框架抢占切换；
IEEE802.1Qbv：新增项目，基于 IEEE 802.1Qav 修订增强流量调度；
IEEE802.1Qca：支持路径控制和登记冗余网络；
IEEE802.1Qcc：流预留协议（SRP）的增强功能和性能改进；
IEEE802.1CB：帧复制和消除的可靠性，支持无缝冗余 IEEE802 网络；

二、信而泰汽车以太网测试解决方案

2.1 汽车以太网测试规范

针对汽车以太网的测试，各标准组织制定了比较完整的开放的测试标准，比较重要的测试标准和规范如下所示：

2.2 信而泰汽车以太网测试平台

2.2.1 测试仪机框

信而泰BigTao-V系列网络测试仪是拥有全球领先架构的面向中低端路由器、交换机及同级别网络转发设备的研发类测试产品。它采用模块化设计，由机箱、板卡和软件三部分组成，提供2个或6个插槽，支持从10M到100G多种速率的测试模块任意组合，同时也是支持新型100G多速接口（10G/25G/40G/100G）体积最小、功耗最低的测试仪。配合信而泰基于PCT架构的新一代测试软件Renix，可实现针对网络设备和网络系统的Layer2-7流量测试及协议仿真，在功能、性能及安全性方面提供全面测试解决方案，满足研发、实验和质量控制等过程中的测试需求。

2.2.2 测试仪板卡
V6000系列板卡是信而泰拥有全球领先架构的新一代测试板卡，它可以满足设备制造商从基本的功能测试、一致性测试到高密度端口的性能测试需求。同时它能够在企业、运营商和数据中心部署网络解决方案时，验证其网络系统的是否能够达到预想目标。

关键特性：
· 100/1000M SFP（光接口）
· 支持2-3层流量测试及协议仿真
· 基于FPGA的100%线速流量生成、统计与捕获功能
· 支持RFC2544、RFC2889、RFC3918等基准测试套件
·支持100BASE-T1或1000BASE-T1光电转换模块

100BASE-T1在汽车上通过一对非屏蔽双绞线可实现100Mb/s的全双工数据传输，其物理层（PHY）的主要工作原理是将MAC层传递的数据，通过内部时钟转换（4B/3B），数据编码（3B/2T）以及脉冲幅度调制（PAM3）转换成双绞线上传递的差分信号，以进行各种控制信号和数据的通信发送；接收过程反之。

2.2.3 L23测试软件平台

Renix 是用于测试路由器、交换机以及其它L2/3层（Firewall/IPS等）转发设备功能、性能的测试工具：
· 协议仿真：支持IPv4/v6路由、用户宽带接入、组播、AVB/TSN等
· 网络基准性能测试：支持RFC2544/RFC2889/RFC3918等标准测试套
· 支持运营商级别容量的高性能协议仿真和流量仿真
· 支持中英文操作界面

2.3 信而泰汽车以太网测试方案

信而泰通过专有的BigTao硬件测试平台及协议和流量仿真软件平台Renix，可以针对汽车以太网中的ECU终端、车载网关进行全面的L2-7功能和性能测试，包括AVB/TSN协议测试，详细的测试内容如下所示：

汽车智能化推动了汽车以太网技术的发展，汽车以太网技术的各种应用将逐渐满足车联网和汽车智能化的需求。而汽车以太网的测试方法也会随着汽车以太网技术的完善，会更加成熟和标准化。
信而泰作为国内唯一具备L2-7汽车以太网测试能力的仪表厂商，会紧随汽车以太网行业最新标准，推出完整的汽车以太网测试解决方案，为推动国内汽车以太网的发展贡献自己的一份力量。