《大师说栏目第一期》汽车以太网测试项那么多，到底该测啥呢？

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《大师说》栏目是怿星科技2023年推出的深度思考栏目，通过邀请内部专家，针对智能汽车行业发展、技术趋势等输出个性化的观点。每期一位大师，每位一个话题，本期由我们怿星以太网扛把子--邓伟，进行分享。

汽车以太网技术是基于传统的以太网技术发展出来的一种针对汽车领域应用的通信技术。最早由博通和宝马公司共同研制出其关键的底层技术，从2011年左右开始推广，随后在各公司、各组织的共同配合下得到大力发展，当前阶段在汽车领域通信技术中占据重要地位。该技术涉及ISO OSI模型的1~7层，各层有其相应的实现手段。

做事要知其然更要知其所以然。我们学习标准、技术、方案，更重要的是要理解标准/技术/方案背后的"所以然"，只有这样才能更好在本技术范围内游刃有余，才能够灵活选择最优方案、灵活制定测试标准、将更多精力投在大方向而不花费过多精力去计较细节。本文将努力尝试用通俗易懂的语言，从”其所以然”（背景及意义）的角度讲述一下以太网测试工作的全貌以及每一项测试内容的大背景，而不去花费太多篇幅去展开具体的“其然”（技术细节）。本文将会从汽车以太网每一项测试的大致内容、测试意义、怎么测试等方向进行简单的阐述，尝试用简单的语言来介绍一些对技术背景和意义理解的内容，来帮助大家理解为什么要做这些测试。文章较长，可能要花费5~10分钟的时间。

01 汽车以太网的标准和组织为什么那么多？

首先说汽车以太网标准很多，拥有非常多的通信标准和测试标准。汽车以太网相关标准的文字量上的规模或许在CAN总线标准的10倍左右（依据直觉判断，仅供参考），那么为什么会有那么多的标准呢？

汽车以太网技术是宝马公司为了解决车载高带宽通信问题，和博通公司共同研究，在比较了多种通信技术之后所选定的大体方向。汽车以太网的物理层设计是宝马和博通的研发专利，也是汽车以太网最关键最核心的技术。而其上层应用，则借用了大量传统以太网的技术积累。因为以太网相对比较复杂，不同的标准也来自于不同的组织、公司和团队，所以汽车以太网技术是一个很多组织共同合作的产物。

关键技术研发之后，是有专利保护的，是可以有版权费的。因此前期开展了相关设计研究的BMW和博通公司，很需要推动此项技术的大批量落地，因此技术推广初期成立了OPEN组织，来推动此项技术的大量应用。他们也会主动推动研究和宣传，并把各种关键的技术规范释放给了IEEE、ISO、AUTOSAR等标准化组织。因为也只有大量用户使用该技术，才能够把技术落地所需要的成本降到最低，他们也会获取相应的版权收入。那对应的各种组织怎么分工呢：

OPEN Alliance组织

最主要侧重于物理层及汽车应用场景所涉及的内容研究，属于最早开拓性质的研究，会思考各种应用场景及关键技术的研究和对其他标准的补充。

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IEEE组织

主要侧重在L1~L2层标准，引入汽车以太网在L1的标准，而其传统的L2标准则直接借用到汽车领域。因为汽车以太网的应用思路跟传统以太网通信规范的思路是一致的，而其实狭义的以太网的概念就是指的一二层。所以IEEE关注其一直在关注的一二层内容。

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IETF组织

汽车以太网主要应用其L3~L4层的内容，就是直接使用了传统的以太网标准（常说的TCP/IP协议）。这些则主要是当年各种以太网通信研究的大神所共享出来的各种通信规范，汽车以太网应用领域则直接借用过来了。

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AVnu组织

原本是针对以太网在音视频领域应用的组织以提升以太网的时间特性，因为汽车领域也有类似的对时间方面的要求，所以他们也拓展了业务，将原有的技术拓展在汽车领域的应用，这也就有了汽车领域的AVB/TSN的标准。

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AUTOSAR组织

是汽车电子领域所熟知的针对汽车领域的组织，他们同样需要在原本的CAN/LIN/FlexRay等通信方式基础上扩展以太网技术，因此既提出了对底层的一些要求，也扩展了对应汽车领域里支持应用层进行数据传输处理的SOME/IP标准。

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ISO组织

是汽车领域诊断标准所负责的关键组织，以前有ISO14229/15765/14230等标准，那么基于以太网的诊断传输也就由它来主导了，该组织负责了ISO13400的DoIP协议的实现。同时也负责了ISO17215的汽车以太网摄像头标准。而近期，ISO组织也将各种速率的以太网协议引入到自己的标准体系中，形成了ISO21111。

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综合来看，汽车以太网很复杂，涉及协议内容很多，所以当前的各种汽车以太网协议，是由多个组织互相分工，集体合作的结果。最早宝马和博通公司研发了核心的汽车以太网底层技术（单对非屏蔽双绞线进行百兆以太网数据传输），并先期主导推动了一些特定汽车应用场景的标准制定（SOME/IP）。同时一方面引用了各种可以借用的传统以太网技术（IETF、IEEE等），另一方面推动各种相关组织基于汽车场景进行标准扩展（DoIP、AVB/TSN等）。最终形成了当前的各种以太网协议来自各种相关组织的局面。

汽车以太网虽然有很多标准，但前述这些标准都还是基于通信层面。而通信手段其在具体应用时，还是有各种不同应用场景的，因此也依然会有很多应用相关的方面是没有标准要求的，是要基于OEM及供应商的具体应用进行设计和实现的（通信参数设计、通信内容设计、SOA服务接口设计等等）。汽车以太网的各种标准、相关组织，示意图如下：

02 各层测试内容简介

介绍完基本的各种标准的背景，后文依次按照ISO OSI的七层模型从下到上，再针对各种测试内容进行简单的介绍。简单阐述一下汽车以太网中每项测试的基本内容、测试意义及大致的开展思路。

物理层芯片层测试

此处主要指PHY芯片或集成了PHY功能的交换机芯片等，主要测试其物理性能，通常由芯片厂商完成。这部分内容既会有公开的芯片设计标准，也会有公开的测试标准，因为不同厂商在进行芯片实现时，都需要按照同样标准来做，最终才能顺利通信。对应的设计标准在IEEE中，测试标准在IEEE和OPEN中。

芯片物理层测试内容与ECU节点的物理层测试内容，有些相似。但芯片的测试项会更多更复杂，ECU的测试项有很多会引用芯片的测试项或测试方法。通常来讲对于Tier1和OEM，是不需要开展芯片级别测试的。

物理层PMA测试

此处指的是ECU节点的PMA测试。常用的百兆及千兆汽车以太网设备按照OPEN TC8的标准开展。

PMA主要测试的是ECU节点与外界通信时自身的能力如何，包括电压驱动能力、时钟精准度、信号损耗和衰减程度、抗干扰能力等方面。

物理层测试后如果有问题就需要改版升级，之后再测试。因为硬件改版不是一个需要重复很多次的事，所以一个零部件的物理层PMA测试通常也不会很多轮次。而同时因为物理层PMA测试的设备成本相比其他测试内容来讲会较高，所以综合起来从投入产出比的角度来看：很多OEM会有完整的物理层测试设备，因为他们需要测试很多以太网零部件；而很多规模较小Tier1通常不会采购物理层测试设备而把测试服务外包出去；而规模较大的Tier1则会有完整的设备，因为他们的以太网产品较多，需要测试的次数就会较多。

物理层IOP测试

此处指的是ECU节点的IOP测试。常用的百兆及千兆汽车以太网设备按照OPEN TC8的标准开展。

IOP主要测试的是ECU节点与其他节点进行交互的能力，即”互操作”能力，主要包括：两个以太网节点建立通信时间的能力、对于两者通信质量的判断能力、对两者通信链路中线缆故障的诊断能力等。

IOP测试后如果有问题，通常需要采用改进硬件、更换PHY芯片等措施来改善。IOP测试设备成本不高，但对于互联互通能力具有较好的体现，综合来讲性价比较好。因此通常来讲，IOP测试方面，一般从OEM到TIer1，都会有一套IOP测试设备。

通信通道测试

此处指的是以太网线束的测试。常用的百兆和千兆汽车以太网线束按照OPEN TC2及TC9的标准进行开展。基于光纤的通信在国内应用很少，所以也不做介绍。

通道测试主要检测的是通信过程中PHY之外的物理媒介性能。其实PHY芯片将1和0数据转成电信号之后，就要把电信号在线缆上进行传输。可以把电信号从PHY出来传输到另一端PHY的过程，简单理解为类似一端为一个水泵，中间是水管，另外一端读取水流信息的过程。那这个过程中在管路里，希望的是：水流很稳很快的到达另一端。这中间的管道不希望是一会粗一会细，也不希望管道材质用的不好阻力特别大，也不希望有漏水的地方，也不希望水管出现各种弯弯折折在管道里形成紊流影响水的流动。

那通信通道测试也是类似，因为PHY和线缆的设计是按照标准来的，PHY的驱动能力是标准给出的（不希望水泵功率太大会费钱，也不希望水泵功率太小会水压不足），线缆的驱动能力也是标准给出来的（水管的粗细和材质要求有标准，水管太粗浪费水，太细阻力大，只有匹配水泵的水管才是最合适的）。但是汽车线缆在实际的制造过程中，会涉及到线缆的性能选择、接插件的性能选择、线缆与接插件的焊接工艺、压接长度、绞线在接口处的展开长度等各种实际情况的影响。因而最终的线缆性能可能会有好有坏（特征阻抗、反射、散射等），周围线缆对以太网通信线缆的影响也不相同（比如与强电流变化的线缆绑在了一个线束里）等，这些都会对以太网通信造成影响，因此需要开展通信通道测试。

当前阶段国内车厂的线缆一般会采用那几家主流的大厂线缆，因为大厂在以太网线缆上已经比较有经验了，所以不做测试也基本OK。但如果选用了小厂线缆，建议做一下测试，因为上述的线缆选择和线缆制造工艺上，确实不太能够保证大家真的对以太网有深入研究进而保证线缆质量。

交换机性能测试

该测试一般按照RFC2544和RFC2889开展。该测试的主要目的是验证交换机性能。交换机性能通常由交换机芯片和芯片的属性配置所决定。该测试内容是从传统通信领域引入的，在传统通信领域不同厂家的交换机方案会进行性能的验证与PK，因此也就有了这些测试内容。其实在汽车领域里，OEM会进行架构设计和通信带宽设计，通常不会把通信带宽设计到满负载运转（满负载往往意味着会丢帧，这是汽车领域里几乎不允许的），因此对于在接近甚至超过满负载层面的高性能测试，意义并没有那么大。或者从另一个角度来讲，当你测试完，你觉得性能指标比较低，那么基本上可用的方案也就是更换交换机芯片。但是高性能芯片价格高，价格合适的性能一般。

因此一般做对应的性能测试，主要是在ECU层面标定出Switch的性能结果，并以此反向指导应用在新产品的选型及架构、通信带宽设计。而此项测试的设备费用通常是比较高的，所以一般OEM或Tier1会通过测试服务商来开展此项测试，但若涉及到产品的不断迭代与比较，有一套设备执行测试也是很需要的。

数据链路层功能测试

此项测试针对二层配置，包括交换机也包括终端节点，需要按照OPEN TC8的测试标准开展。这个测试往往是必须的，在汽车以太网的应用中，为了实现更好的通信效果，需要对交换机进行各种配置，对于报文转发机制、对于过滤机制、对于不同端口的设置、对于地址管理等等。

交换机的配置，对于当前国内汽车市场的工程师来讲还具有一定的难度。因为在传统以太网通信行业里，往往不会做特别复杂的交换机配置，而汽车行业原有的汽车电子工程师，对交换机这一套东西又不是特别熟悉。所以就出现了一种情况，传统通信行业和汽车电子行业都没有专家对这块内容非常了解。没有了足够多的人才也就不会有非常多的行业经验，也就会在这些层面出现问题。因此第二层-数据链路层的测试，往往是需要的，也是难度较大的。这些测试可以采用自动化测试系统进行，也可以手动进行。

TCP/IP测试

此项针对L3~L4，通常包括ARP、ICMP、IPv4、TCP、UDP这五个协议，一般遵循OPEN TC8测试。

如果采用AUTOSAR方案，则AUTOSAR中也有针对IPv4、TCP、UDP这三者的测试，与TC8有所区别，但关键测试项基本一致。TCP/IP测试是对一致性的测试，即：要保证用代码来实现的TCP/IP协议，要与标准保持一致，只有大家都与标准保持一致，才能保证不同厂家所生产出来的产品能够顺利握手通信。

这么来看，TCP/IP协议的测试，在供应商和OEM都需要进行测试。供应商进行的更多的是开发过程中的不断迭代性测试，整个产品开发过程中，供应商对以太网通信协议的实现中，要进行不断的代码开发、参数配置、不断通过测试来验证效果，并进行迭代更新，所以需要进行的是少量节点的多轮次测试。而OEM则需要进行”进门验收”测试，往往是一个ECU做一次到两次的测试，但是需要针对一款车型里所有的以太网节点，所以OEM进行的是大量节点的少轮次测试。

TCP/IP测试中会涉及到使用UpperTester，这是一个需要集成在被测件中的代码模块，可以简单理解为它就是一个潜伏在被测ECU内部的”间谍”。因为TCP/IP的有些行为，需要上一层的模块来激发或者进行监测，所以这个”间谍”就起到了类似的作用。那么OEM在给以太网节点的供应商下发设计任务的时候，别把这个事给忘了，需要让供应商在其节点内部把这个”间谍”功能实现，以支撑后续的测试。TCP/IP测试通常采用相对简单的工具就能够实现，能够给ECU供电，有接口卡能够使得测试系统（软件环境为主）与ECU进行稳定的以太网通信，测试系统中能够仿真故障，能够监测数据，基本上也就可以了。综上来看，TCP/IP测试通常是必测的，且一般都采用自动化测试。

SOME/IP Server及SD测试

SOME/IP测试通常按照OPEN TC8来实现，属于应用层的测试。当前阶段SOME/IP协议放到了AUTOSAR中，而测试规范放在了OPEN TC8中。这里的测试项，对SOME/IP的基本通信格式、通信行为等进行了测试。只需要在节点外部搭建基本的测试环境即可：“被测ECU、电源、接口卡、测试主机+软件”基本上就够了。这里测试的难点是对SOME/IP协议本身的理解，测试中出现的问题，很多是开发者和测试者对于协议理解不够导致的。如果你使用了SOME/IP协议，那么这些测试都建议是必须开展的。一般采用自动化测试方案。

SOME/IP ETS测试

ETS中文为增强测试服务，是在TC8中为了加强对SOME/IP的测试（即在前文提到的测试内容上继续加强），专门设计了一种服务，在这个服务中定义好了服务ID、方法等内容。

ETS也可以理解为跟UpperTester类似的一种”间谍”，因为SOME/IP的很多能力，必须依赖于服务本身才能实现。就相当于如果你想检验一条高速公路的运营，你就需要在路上跑上一些车。而ETS，就是跑在了SOME/IP这条高速路上的那些车。

ETS最终实现时，就是一堆代码，这些代码要集成在被测ECU中，要跟SOME/IP协议栈匹配好。跟UpperTester类似，OEM在给以太网节点的供应商下发设计任务时，也别把ETS的事给忘了，需要让供应商在其节点内部把这个ETS功能实现，以支撑后续的测试工作。这里的难点也是对SOME/IP协议本身的理解。测试中出现的问题，很多是开发者和测试者对于协议理解不够导致的。如果你使用了SOME/IP协议，那么这些测试都建议是必须开展的。一般采用自动化测试方案。

DoIP测试

DoIP协议是ISO13400，当前在汽车电子圈，仅有公开的设计规范，没有公开的测试规范。此项测试往往依据OEM的经验或者借助服务商的经验，形成车厂的企业标准进行。

DoIP是诊断功能基于以太网实现的中间件——上层是诊断功能，下层是以太网通信。DoIP解决的是上下衔接，对特定的诊断数据按照特定的格式进行打包和解包的事。DoIP通常都是必做的，供应商自己要对自己的代码实现效果进行验证，OEM也需要对供应商的的实现效果进行检测。DoIP的大部分测试内容（80%甚至90%以上）都可以统一下来，少量内容需要依据不同OEM的要求（因为对诊断功能的设计不同）进行定制。一般采用自动化测试方案。

UDS测试

UDS（统一诊断服务）是诊断的应用层实现，UDS在以太网中实现，与在CAN中的实现类似，是都需要进行测试的。因为是同样的协议内容，所以其测试项目在以太网中和CAN中也是基本类似的。但其测试系统，是要基于以太网来实现的。此项测试比较经典，不做展开介绍。

AVB/TSN测试、DDS测试

AVB/TSN以及DDS，是以太网场景中的两个特殊的协议，分别解决了不同的问题。测试内容既包括协议一致性测试，也包括各种配置参数测试，也包括系统级甚至整车级的测试。属于相对比较前沿应用数量较少的测试，此处不做展开介绍。

基本通信性能及稳定性测试、SOME/IP的服务测试

这两项测试属于具体应用的测试。基本通信性能是在以太网的节点或者系统层面，对以太网通信的基本功能或基本性能进行测试，不属于协议一致性测试，而是属于以太网技术在具体落地过程中的整体效果的测试。包括数据库中的一致性检测（应该有哪些报文不该有哪些报文，时间要求，转发要求等）、通信负载、长时间通信稳定性、故障注入测试等内容。服务测试则是对那些基于SOME/IP的，在数据库中进行设计，并在节点中所实现的各种服务功能的测试，这些测试项包括特定服务的服务接口测试、服务序列测试（一个服务正常实现时，应该先发什么再发什么的对话顺序）、服务的基本参数测试等内容。这些测试项，因为每家实现的功能和期望的最终效果都不一样，因此没有公开的测试标准。需要依据每家的实现特点，进行特定的测试用例的设计和实现。这些测试项既可以通过手动测试，也可以进行自动化测试。

以太网系统级测试、以太网实车测试

这两项测试也属于具体应用的测试。是在系统层面和整车层面对汽车以太网的落地效果进行测试。不属于协议一致性测试。这里的测试项，属于定制化比较强的测试，要针对OEM对以太网的设计需求，进行测试用例设计。汽车以太网的系统级测试和实车测试与CAN总线有非常大的不同，因为CAN是总线式通信，只需要把测试设备挂在CAN总线上，就能检测通信内容了。但因为以太网是点对点通信，测试设备没办法直接加入到通信网络中，因此想要获取以太网通信内容，要么通过Bypass模式，要么通过交换机端口镜像的模式。

Bypass模式会涉及到相对比较复杂的测试设备（支持Bypass的线束）和测试接口卡（支持Bypass的接口卡），相对来讲其测试的复杂度会高一些。而端口镜像的方式，一般网关节点也很少预留一个通道出来专门做测试，所以难度也比较大。最简单的实现，就是在功能层面，如果基于以太网的节点之间的预定的功能实现了，那就默认以太网是实现正确的，但此种情景之下的测试覆盖度肯定是不够的。综上，系统级和实车级的以太网测试，有较大难度，但也最好能够开展，因为其具备一定的意义。

其他相关测试

前边介绍的各种测试内容基本验证了通信相关的各种能力（协议一致性、实现后的基本功能和基本性能），而在这些内容之上的还会有具体的应用实现的测试，主要的是SOA测试。SOA测试是对服务的验证，属于功能测试范畴。测试内容可能是在一个功能域内，也可能是跨不同功能域，因为是功能相关的测试，因此会有对应的SIL测试和HIL测试，通过这些内容对服务所实现的各种功能和性能进行测试，此处也不做展开。

03怿星科技汽车以太网测试系统方案

为了实现上述的各种测试，怿星科技将提供各种不同程度的解决方案，如下分别介绍：

Neptune汽车以太网测试系统

该系统为功能较为全面的测试系统，里面集成了程控电源、示波器、网络分析仪、波形发生器、IOP测试设备、交换机性能测试设备、以太网接口卡、工控机及主测软件、各种自动化测试工程等内容，能够实现汽车以太网各层的测试，是目前OEM公司和大型供应商企业所采用的主流的测试方案。

Neptune mini ETB桌面式测试系统

该系统为Neptune的精简版测试箱，体积较小，能够放置于桌面之上，实现针对汽车以太网节点的L3~L7层测试。是可以在办公室里使用的便捷方案。

SmartETH便捷汽车以太网测试方案

SmartETH为基于CANoe平台及以太网接口卡，匹配小型程控电源从而实现对以太网节点的L3~L7层测试的测试方案。辅以到样测试服务，能够实现对汽车以太网节点每一层的测试。是可在多种场合使用的，便于灵活移动和灵活组合的低成本方案。

综上，全文整体介绍了汽车以太网相应的各种组织、各组织中所涉及的主要标准内容、从L1到L7层的每一层测试的大体内容及意义、以及常见的解决方案。有了这些内容，希望能够给大家带来汽车以太网测试的一个接近全景的蓝图，以便于大家对于以太网测试的理解。

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