車載10GBASE-T1以太網智能測試解決方案

高速車載網絡越來越依賴帶寬高達10 Gbit/s的萬兆以太網通信，然而高帶寬網絡必將測試系統的性能推向極限。如何通過現有的軟硬件測試工具來克服這一挑戰？本文將為您介紹實現方案。

現如今，車載平臺上的車載高性能計算控制器HPC、ADAS傳感器和信息娛樂系統等需要進行實時的大量數據交互，100BASE-T1或1000BASE-T1的車載以太網已無法滿足車載網絡通信所需的帶寬?；贗EEE 802.3ch規范的萬兆以太網10G-T1，具有高達10 Gbit/s的傳輸速率，將在高速網絡數據傳輸方面發揮越來越重要的作用，比如用于傳輸高分辨率的傳感器及攝像頭信號，以及高性能骨干網通信。

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典型Ethernet測試環境

無論是分析、仿真、測試或記錄車載以太網通信都需要對網絡進行物理訪問。然而，由于帶寬達到萬兆范圍，網絡接口硬件到PC的上行鏈路很快達到其技術極限。如何使用測試PC的標準接口進行有效地萬兆數據測試，并實現特定的仿真和分析需求，需要精心設計測試系統框架。

典型Ethernet測試任務：

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車載以太網通信“剩余”總線仿真

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支持各通信層數據的激勵和錯誤狀態注入

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記錄通信網絡上的所有數據流量

圖 1 車載網絡拓撲示例

圖1是車載網絡拓撲示例系統，由多個帶有交換機和基于100BASE-T1或1000BASE-T1以太網連接的ECU組成。每個ECU都會發送大量數據，這些數據通過網絡傳輸并由交換機聚合和轉發，這將導致上行鏈路負載較高。在此示例中，數據速率總計超過2.5 Gbit/s，已超過PC的USB 2.0或1000BASE-T接口帶寬。

可以使用更高帶寬的PC接口，例如USB 3.0或10GBASE-T來解決問題。但此時若網絡拓撲中的傳感器（SENL和SENR）替換為可通過更高速率發送高分辨率的感知數據，將導致USB 3.0或10GBASE-T接口也達到傳輸瓶頸。因此需要根據應用場景和通信速率搭建可擴展測試系統，方便有效地擴展從網絡接口硬件到PC的數據傳輸。

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Ethernet測試系統需求

構建測試系統時，須分層考慮整體測試框架，明確系統對多網絡接口的要求。測試系統關鍵點：

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網絡硬件接口卡可以互連并方便擴展端口數量

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時間同步的即插即用通信接口卡，確保所有端口數據采集的時間基準一致

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采集的數據可并行分配傳輸到不同的上位機系統

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集成實時硬件過濾器，按需篩選所需數據

實際的車載以太網分析和測試，首先需要審視系統網絡本身。在圖1網絡拓撲中有7條通信鏈路，其中HP2 ECU是具有最高數據速率的“熱點”。網絡硬件接口卡是網絡系統和測試工具之間的紐帶。除按需選擇通道數量和支持的PHY技術外，也要同時考慮不同硬件接口卡的組合，以及數據記錄形式，比如通過PC或數據記錄儀。這對硬件接口卡有很多要求，無論基于被測網絡還是測試上位機，其接口必須足夠靈活，以滿足所有要求并有效地解決實際的測試任務。

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典型Ethernet測試環境

圖2 基于多硬件接口卡、數據記錄儀和測試上位機的可擴展測試方案

圖2給出了上述車載網絡拓撲示例的測試解決方案，網絡中的每個鏈路都通過對應Uplink將數據傳輸到測試PC或數據記錄儀。在此示例中，1000BASE-T1鏈路通過網絡硬件接口卡以3.2 Gbit/s轉發到數據記錄儀（如VP7500），采集記錄數據的同時可以并行地將測試數據轉發到其他網絡鏈路中。

圖3 滿足2.5G/5G/10G-T1的可擴展測試系統方案

若圖1系統中的傳感器替換為發送數千兆數據的傳感器，則必須以不同的方式擴展配置（如圖3）。使用多個支持MultiGBASE-T1 PHY技術的以太網接口卡和記錄儀，使得記錄總線數據的同時，可以使用PC端的CANoe進行網絡仿真。由于此類網絡中的數據流量無法準確估計，因此從上行鏈路到記錄儀盡可能滿足最高的通信速率，以避免數據丟失。示例系統中的數據高達6.4Gbit/s，若上行鏈路的帶寬不夠，則需要添加第二條上行鏈路。此測試系統構建的核心是考慮如何根據實際需求擴展網絡通道，并有效分配到不同硬件上，同時使用數據過濾機制進行分類并將其分配給特定的上行鏈路，比如使用數據幀的特定字段或通信協議來過濾觸發，將相關數據轉發到對應的Uplink接口。這樣避免數據重復存儲，提高系統的運行效率。

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測試系統中的車載以太網總線仿真

基于車載萬兆以太網的剩余總線仿真測試，可以模擬車輛總線上所有信號交互，或者激勵特定測試工況的需求。在上面的示例中，如果要測試Layer2交換機和HP2節點的PDU數據流，均可使用CANoe作為仿真和測試工具來實現整個網絡系統的仿真，或者發送特定PDU數據幀進行專項內容的綜合測試。若系統通信使用AUTOSAR規范的ARXML數據庫，則可快速實現仿真且可詳細觀測各層數據流。然而，大帶寬多通道的剩余總線仿真要求高性能處理器環境，如果單個測試PC無法滿足性能需求，則可采用分布式仿真方案，即將總線仿真分布在多臺PC上。CANoe提供“MultiCANoe”功能來滿足此應用場景。

圖4 Multi-CANoe分布式測試系統

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Ethernet系統的Re-HiL/Replay測試

圖5 Ethernet回灌測試示例

針對ADAS系統的回灌測試是用于驗證被測系統重要的測試手段。如圖1網絡系統中的大量傳感器數據，在實際總線仿真方面幾乎很少涉及控制類數據仿真，因此為了降低系統復雜性，可以直接使用實際記錄的傳感器數據進行回放測試。

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Ethernet數據驗證采用在線還是離線？

最后，還必須考慮測試結果的分析類型：是否必須在線完成還是可以采用離線分析？最終決定會對整個測試過程影響較大。通常通過CANoe軟件工具對結果進行在線驗證，可以立即獲得測試結果，并且不需要大量的數據存儲。然而，對于交換機等車載以太網驗證，離線驗證也是重要手段。此時利用存儲數據，并結合必要的剩余總線仿真，來搭建離線測試系統。

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CANoe Option Ethernet和10G-T1S

總線接口卡VN5650

圖6 CANoe.Ethernet搭配豐富的Ethernet設備滿足各種測試

汽車行業面臨著車載網絡不斷增長的通信速率挑戰，其中高達10Gbit/s萬兆以太網對于高速數據傳輸變得越來越重要。策略性地分割測試任務，并采用可擴展性測試系統架構可以滿足高速網絡的數據采集、分析、仿真和測試。Vector為用戶提供多種型號接口卡，滿足不同車載以太網速率（10BASE-T1S，100BASE-T1，1000BASE-T1，2.5/5/10G BASE-T1）及其他總線的集成測試環境。CANoe Option Ethernet為Ethernet通信的ECU提供仿真、開發、測試和診斷功能，提供數據庫創建、加/解密Ethernet通信、可視化的分層分析，基于內嵌的測試和仿真API可通過CAPL、C#和Python實現復雜測試場景的開發。VN5650可選配1~3個萬兆Ethernet的PHY，每個PHY提供2個萬兆Port，線纜提供散線、H-MTD Zj和H-MTD Zp三類可選。

圖7 VN5650的萬兆PHY

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