Classic Autosar下的以太網通信架構概覽

前言

為了讓汽車更加智能，智能網聯和智能駕駛功能噴涌而出。滿足這些需求，就對傳統的以CAN通信為核心的電子電器架構帶來嚴峻的考驗。對網絡負載，傳輸速率等方面都提出了更為嚴格的挑戰。同時，隨著汽車電動化進程的加速推進，人們對汽車音視頻系統的需求越來越高，外部電子產品控制車輛以及彼此交互的場景不斷擴大，對網絡帶寬也提出了更大的挑戰。由此，車載以太網應運而生。以太網的首要優勢在于支持多種網絡介質，同時物理介質與協議無關，因此以太網可以在汽車領域做相應的調整與拓展，形成完整的車載以太網協議。本文簡要介紹Classic Autosar下的以太網通信架構。

1.AUTOSAR中以太網功能架構概覽

在Classic Autosar架構體系下，以太網功能業務涉及大量模塊。

1）Someip業務相關的模塊：Eth，Ethif，TcpIp，Soad，Pdur，SomeipXf，LdCom，rte。

2）SoemipSd業務相關的模塊：Eth，EthIf，Tcpip，Soad，Sd，Bswm。

3）Doip診斷業務相關的模塊：Eth，EthIf，Tcpip，Soad，Doip，Pdur，Dcm。

4）網絡管理狀態處理業務相關的模塊：Tcpip，Ethif，Nm，ComM，UdpNM。

上述模塊共同協作，完成了基于以太網的SomeIp，服務發現，網絡管理，診斷四大功能。

CP以太網模塊架構圖

2.CP以太網模塊與以太網協議

以太網是一種使用十分廣泛的協議，由標準的七層架構組成，但CP中的以太網其實僅用了5層協議，那么CP以太網的模塊是如何與以太網協議形成對應的呢？

車載以太網分層協議架構圖

以太網第一層是物理層，既可以理解為硬件層，在MCU的軟硬件系統中由Phy芯片完成。Phy芯片能對模擬信號與數字信號進行轉換，接收報文時，將模擬信號轉換成數字信號給MCU芯片處理；發送報文時，將數字信號轉換成模擬信號發送至以太網總線上。

以太網第二層是數據鏈路層。鏈路層即Mac層，規定了數據幀能被網卡接收的條件，最常見的方式是利用利用網卡的MAC地址，發送方會在欲發送的數據幀的首部加上接收方網卡的MAC地址信息，接收方只有監聽到屬于自己的MAC地址信息后，才會去接收并處理該數據。在CP中，位于Mcal層的ETH模塊實現了MAC功能，即對于對端與本地Mac地址的處理。

以太網第三層是網絡層。每一臺搭載了以太網的ECU都需要定義ip地址，主機的網絡地址該如何定義，以及如何在網絡地址和MAC地址之間進行映射，即ARP協議；網絡層實現了數據包在ECU之間的傳遞。網絡層的功能由tcpip模塊完成。

以太網第四層是傳輸層。傳輸層主要是實現UDP以及TCP協議功能，在一個ECU內可能存在不同的應用程序，這些程序可能會使用到不同的IP地址，那么傳輸層就能區分數據包是屬于哪個應用程序的，即傳輸層可以實現數據包端到端的傳遞，即ECU1的應用程序至ECU2的應用程序。傳輸層的功能由TCPIP模塊完成。

Someip，Someipsd，Doip位于以太第五層應用層：Someip協議，，Someipsd協議，doip協議本質上是規定了對網絡層傳遞的數據的處理，適應了不同的應用場景。在CP中，實際上Soad，SD，Doip，Soemipxf都是在實現應用層功能。

3.以太網架構完成的主要功能

3.1 Someip業務報文收發

Someip報文收發架構圖

1）SWC通過RTE接口將數據傳遞至RTE中。

2）RTE通過使用SOMEIPXF的功能實現序列化，即將SWC輸出的結構體數據序列化為字節流信號。

3）Ldcom模塊位于RTE與PDUR之間的模塊，負責將RTE中的字節流信號轉換成pdu數據傳遞給PDUR。

4）PDUR模塊作為CP中最重要的路由模塊，能實現模塊與模塊之間的PDU路由，在SOMEIP架構中，以太網通信一定要經過Soad模塊，因此PDUR實現了以太PDU數據在LDCOM與SOAD之間的路由。

5)在上述模塊中，SOMEIP數據本質上還是以PDU的形式進行傳遞，但是以太網是以套節字（包括本地ip地址，遠程ip地址，本地port，遠程port，UDP/TCP協議）為基礎的通信。SOAD實現了在基于PDU的AUTOSAR通信服務模塊和基于SOCKET的TCP/IP堆棧之間創建一個鏈接。為PDU選擇合適套接字進行報文的發送或者接收。

6）在Someip報文發送鏈路中，TCPIP模塊會為以太網報文增加鏈路層,網絡層,傳輸層的報文頭，鏈路層：本地的mac地址以及對端的mac地址。網絡層：本地的ip地址，對端的ip地址，傳輸層：本地的port，對端的port，TCP/UDP協議。

3.2 服務發現SomeipSd報文收發

SomeipSd報文收發架構圖

1）對于SoemipSd服務發現報文的發送與接收，依然會用到Soad，TCPIP,EthIf，Eth模塊，這些模塊屬于公共模塊，無論是doip，sd還是someip都會用到這些模塊做基礎數據傳輸。

2）服務發現報文作為格式固定的報文數據，不需要用戶自定義Payload，直接發送至SD模塊進行處理，不需要通過PDUR，Ldcom等模塊。

3）SD在收到SomeipSd服務發現報文之后，通過內部的協議計算，對Soad的以太網發送進行實時控制。

3.3 基于以太網的診斷報文收發

以太網診斷報文收發架構圖

1）診斷儀或者作為診斷Client端的ECU發送的基于以太的診斷報文通過Switch能夠轉發至對應ECU中。

2）在診斷報文的收發中，Soad，TCPIP.Ethif，Eth作為公共模塊，完成數據鏈路層以及傳輸層的報文接收與發送任務。

3）Doip模塊基于以太網的通訊協議對UDS數據進行傳輸，主要實現的基于ISO13400中規定的協議功能。在Doip模塊收到Soad模塊的診斷報文后，會將診斷報文解析成對應指令通過PDUR傳輸至DCM中，DCM對該診斷指令進行處理（比如11復位指令）。注意：因為PDUR可以支持跨核信號路由，因此DCM可以與以太棧（ETH,TCPIP等）位于不同的核。

4）同時，Doip具有與SD模塊一樣的功能，能對Soad模塊中套接字進行控制，從而達到控制doip發送開關的效果。

3.4 以太網的網絡管理狀態處理

以太網網絡管理架構圖

1）基于以太網的網絡管理功能由兩部分模塊組成，第一部分：以太?；A模塊Soad，TcpIp，EthIf，Eth模塊，這部分基本模塊完成以太報文接收發送基本功能。第二部分：ComM,Nm，EthSm，UdpNm，這部分是AUTOSAR中管理棧的模塊，完成通信狀態的管理。

2）UdpNm網絡管理模塊Nm和 TcpIp之間的適配層，主要用于管理NM集群中NM節點的網絡管理狀態機。UdpNm模塊的功能與CanNM類似，CanNm管理的是基于Can的Nm節點的網絡管理狀態機，而UdpNm管理的是基于UDP的Nm節點的網絡管理狀態機。

3）UdpNm在解析完Nm報文并且處理網絡管理狀態機后，將控制指令通過NM模塊傳輸至COMM模塊，最終通過EthSm模塊控制TCPIP以及Ethif模塊，從而達到控制以太報文收發開關的效果。

注意：

對于僅基于Can的網絡管理電器架構，如果需要對以太的報文收發進行控制。需要通過Bswm或者SWC基于can的網絡管理狀態，向COMM模塊請求對應以太網通道的網絡管理狀態。

責任編輯：彭菁