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

车载网络发展史

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)6个标准化组织联盟起到了主要的推动作用

 

 

 

    OPEN Alliance:One-Pair EthernetOPEN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-T11000BASE-T1 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AVnu联盟制定的gPTPFQTSSAVTP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。

IETFThe 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。

AUTOSARAutomotive 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。AUTOSAR4.0版本开始支持以太网通信,主要包括Ethernet驱动、Ethernet接口、TCP/IPSocket AdaptorDoIPUDPNMSOME/IP等软件模块,同时还规定了TCPUDPIPv4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)。

汽车以太网通信协议及相关标准组织

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: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10M100G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FPGA100%线速流量生成、统计与捕获功能

· 支持RFC2544RFC2889RFC3918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

u 支持运营商级别容量的高性能协议仿真和流量仿真

u 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。

 

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