鄒博松 王卉捷,2 路鵬飛,3

（1.中國(guó)軟件評(píng)測(cè)中心，北京 100048；2.智能網(wǎng)聯(lián)駕駛測(cè)試與評(píng)價(jià)工業(yè)和信息化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048；3.北京市智能網(wǎng)聯(lián)駕駛測(cè)試與評(píng)價(jià)工程技術(shù)研究中心，北京 100048）

0.引言

自動(dòng)駕駛技術(shù)的實(shí)現(xiàn)離不開傳感器（例如激光雷達(dá)，攝像頭，毫米波雷達(dá)）對(duì)外部信息的采集、處理、傳輸，隨著搭載傳感器數(shù)量的增加，傳統(tǒng)車內(nèi)總線技術(shù)已無(wú)法支撐自動(dòng)駕駛所產(chǎn)生的龐大數(shù)據(jù)量的傳輸[1]。車載以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用既能提升車內(nèi)數(shù)據(jù)的傳輸效率，又可實(shí)現(xiàn)車內(nèi)與車外互聯(lián)網(wǎng)世界通信的無(wú)縫連接，可滿足車載設(shè)備對(duì)于電氣特性的要求（EMI/RF）以及對(duì)高帶寬、低延遲、音視頻同步等應(yīng)用的要求，正逐步成為針對(duì)車內(nèi)帶寬受限最直接有效的解決方案。

同時(shí)，隨著車載以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，測(cè)試驗(yàn)證環(huán)節(jié)必不可少，目前行業(yè)內(nèi)存在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不完善、測(cè)試方法不統(tǒng)一、工具鏈不完整等問(wèn)題，迫切需要為車載以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)一套合理的測(cè)試指標(biāo)體系，采用有效的測(cè)試方法驗(yàn)證其通信能力及通信協(xié)議一致性。

1.車載以太網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展

車載以太網(wǎng)絡(luò)是用于連接汽車內(nèi)電氣設(shè)備的一種物理網(wǎng)絡(luò)，可以理解為在傳統(tǒng)以太網(wǎng)協(xié)議的基礎(chǔ)上，改變了物理接口的電氣特性，并結(jié)合車載需求專門定制了新標(biāo)準(zhǔn)。車載以太網(wǎng)絡(luò)發(fā)展至今大致經(jīng)歷了如下3個(gè)階段：

第一階段：服務(wù)級(jí)別。以太網(wǎng)最早應(yīng)用于汽車上是選擇使用CAT5線纜（100BASE-TX）連接車輛和診斷測(cè)試設(shè)備，用于車載診斷（OBD）及ECU刷寫，以太網(wǎng)的高帶寬可以有效節(jié)省時(shí)間成本，提升服務(wù)效率。ISO13400（DoIP）和ISO14229（UDS）結(jié)合現(xiàn)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、傳輸層到上層應(yīng)用逐層定義了車輛診斷標(biāo)準(zhǔn)。

第二階段：系統(tǒng)級(jí)別。自動(dòng)駕駛技術(shù)快速發(fā)展，自動(dòng)駕駛汽車將搭載更多的傳感器、激光雷達(dá)及高分辨率攝像頭，同時(shí)信息娛樂系統(tǒng)及高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的出現(xiàn)都對(duì)車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)帶寬、傳輸速率及實(shí)時(shí)性有了更高要求，傳統(tǒng)的車內(nèi)總線傳輸已無(wú)法滿足，車載以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以有效的解決車內(nèi)大數(shù)據(jù)量傳輸、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信以及安全加密傳輸?shù)葐?wèn)題[2]。

第三階段：架構(gòu)級(jí)別。隨著E/E架構(gòu)向中央計(jì)算集中處理的逐步發(fā)展，車輛內(nèi)部以功能區(qū)域劃分實(shí)現(xiàn)集中處理，區(qū)域間實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信將成為未來(lái)趨勢(shì)[3]。區(qū)域間各節(jié)點(diǎn)基于車載以太網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)面向服務(wù)通信也成為車內(nèi)架構(gòu)發(fā)展方向。車內(nèi)各域及ECU之間通信將通過(guò)以太骨干網(wǎng)絡(luò)及交換設(shè)備完成。

2.車載以太網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有技術(shù)

車載以太網(wǎng)絡(luò)基于傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)分層模型[4]，并由OPEN Alliance和AUTOSAR等聯(lián)盟對(duì)以太網(wǎng)相關(guān)協(xié)議進(jìn)行了規(guī)范和補(bǔ)充，圖1給出了目前車載以太網(wǎng)絡(luò)各層主要的通信協(xié)議。

圖1 車載以太網(wǎng)絡(luò)各層主要的通信協(xié)議

其中，車載以太網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議基本沿用TCP/IP協(xié)議簇，與傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)相比，本質(zhì)區(qū)別在于底層物理層的傳輸介質(zhì)及上層應(yīng)用層所定義的應(yīng)用協(xié)議。因此，本文重點(diǎn)分析車載以太網(wǎng)物理層、鏈路層以及應(yīng)用層的關(guān)鍵技術(shù)及測(cè)試內(nèi)容。

2.1 物理層技術(shù)

2.1.1 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

BroadR-Reach目前作為車載以太網(wǎng)絡(luò)物理層標(biāo)準(zhǔn)支持長(zhǎng)距離的100Mbps、1000Mbps銅纜以太網(wǎng)連接。該標(biāo)準(zhǔn)在物理層上采用了千兆以太網(wǎng)銅纜技術(shù)及多電平PAM-3信令和編碼方案減少電纜所需帶寬，同時(shí)使用回聲消除器實(shí)現(xiàn)一對(duì)線纜雙向傳輸[5]。由于其無(wú)法滿足ADAS和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的需求，更無(wú)法成為支撐未來(lái)車內(nèi)大數(shù)據(jù)量交互的骨干網(wǎng)絡(luò)，因此國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）及電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）分別成立TC22/SC7/WG3工作組及802.3bp小組，主要研究通過(guò)一對(duì)雙絞線實(shí)現(xiàn)高傳輸速率的新標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.2 車載以太網(wǎng)物理層元件

2012年，Marvell與Micrel兩家公司聯(lián)合發(fā)布了全球首款符合IEEE 802.3標(biāo)準(zhǔn)的車載以太網(wǎng)實(shí)體元件，其最高可支持100Mb/s傳輸速率。2020年10月，Marvell公司推出第三代產(chǎn)品88Q222xM[6]，增加符合Open Alliance TC10標(biāo)準(zhǔn)的睡眠模式和喚醒功能，且滿足ASIL-D級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，在AEC-Q100溫度檢測(cè)中達(dá)到1級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。同年11月，Broadcom公司推出BCM8989X和BCM8957X兩款產(chǎn)品，分別可支持NGBase-T1（即IEEE 802.3ch）標(biāo)準(zhǔn)的MACsec物理層芯片以及10Mbps到10Gbps速率的L2/L3級(jí)車載以太網(wǎng)交換機(jī)芯片?？梢婋S著車載以太技術(shù)在車內(nèi)傳輸架構(gòu)中的量產(chǎn)使用，車內(nèi)電纜長(zhǎng)度及數(shù)量將大量減少，有效實(shí)現(xiàn)線束成本的降低及能量消耗。

2.1.3 PoE與1PPoDL技術(shù)

以太網(wǎng)供電技術(shù)（PoE）是一種可以通過(guò)CAT5線纜傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí)為該以太網(wǎng)設(shè)備提供直流供電的技術(shù)，IEEE 802.3af是現(xiàn)在PoE應(yīng)用的主流技術(shù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)。隨后，IEEE802.3at技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)在兼容802.3af的基礎(chǔ)上，提供更大的供電需求，與IEEE802.3af相比較IEEE802.3at可輸出兩倍以上的電力，每個(gè)端口的輸出功率可在30W以上，大大拓寬了PoE的應(yīng)用領(lǐng)域。PoE技術(shù)在車載以太網(wǎng)上的應(yīng)用可有效降的降低線纜數(shù)量，同時(shí)節(jié)約成本開銷。

針對(duì)自動(dòng)駕駛及工業(yè)設(shè)備用途，IEEE在802.3工作組內(nèi)提出規(guī)范使用數(shù)據(jù)線供電（PoDL）及使用一對(duì)數(shù)據(jù)線供電（1PPoDL）的技術(shù)探討。1PPoDL可用于IEEE 802.3內(nèi)制定的IEEE P802.3bp RTPGE標(biāo)準(zhǔn)中，該標(biāo)準(zhǔn)目標(biāo)是使用少于四對(duì)信號(hào)線來(lái)實(shí)現(xiàn)GB級(jí)傳輸速率。

2.2 鏈路層技術(shù)

數(shù)據(jù)鏈路層主要負(fù)責(zé)規(guī)劃車內(nèi)通信環(huán)境下各個(gè)域之間的虛擬局域網(wǎng)劃分，管理優(yōu)化車內(nèi)數(shù)據(jù)流量轉(zhuǎn)發(fā)，并保證車內(nèi)通信服務(wù)質(zhì)量。相對(duì)成熟的技術(shù)包括音視頻橋接（AVB）及時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)。

2.2.1 AVB協(xié)議

AVB協(xié)議在傳統(tǒng)以太網(wǎng)協(xié)議基礎(chǔ)上進(jìn)行了擴(kuò)展，通過(guò)增加精確時(shí)鐘同步、帶寬預(yù)留等協(xié)議增強(qiáng)了數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性。主要包含以下幾個(gè)部分：

（1）IEEE 1722AVB傳輸層協(xié)議（AVTP協(xié)議），定義流的媒體格式封裝、媒體的同步機(jī)制及地址分配。各種壓縮的與非壓縮的原始音視頻數(shù)據(jù)流經(jīng)由原始音視頻數(shù)據(jù)壓縮后由AVTP協(xié)議進(jìn)行打包，使用專用以太網(wǎng)幀進(jìn)行組播。通過(guò)交換節(jié)點(diǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)至已注冊(cè)的接收節(jié)點(diǎn)，由接收節(jié)點(diǎn)完成解封裝、解碼。

（2）IEEE 802.1Qav隊(duì)列及轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議（FQTSS），用于流的優(yōu)先級(jí)管理和流量整形。

（3）IEEE802.1Qat流預(yù)留協(xié)議（SRP），根據(jù)流量類型進(jìn)行帶寬控制，保證端到端的帶寬可用性。該協(xié)議使用IEEE 802.1ak多注冊(cè)協(xié)議發(fā)送消息，以交換AV流的帶寬描述消息并對(duì)帶寬資源進(jìn)行預(yù)留。符合AVB協(xié)議的交換節(jié)點(diǎn)可將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)帶寬資源進(jìn)行劃分。

（4）IEEE 802.1AS時(shí)間同步協(xié)議（gPTP），在IEEE 1588協(xié)議的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，確保網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備時(shí)間同步，保證視頻音頻流的同步傳輸和播放。

2.2.2 TSN協(xié)議

IEEE 802.1工作組在2012年將AVB更名為TSN時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)，主要用于音視頻傳輸、汽車控制及實(shí)時(shí)監(jiān)控等領(lǐng)域。TSN是基于以太網(wǎng)的新一代網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，具有時(shí)間同步、延時(shí)保證等確保實(shí)時(shí)性的功能。主要包括以下幾部分：

（1）802.1CB幀復(fù)制和消除。為提升TSN網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃?，增加?duì)數(shù)據(jù)幀的復(fù)制和消除功能，識(shí)別、消除鏈路上重復(fù)的數(shù)據(jù)幀。該機(jī)制可以使TSN網(wǎng)絡(luò)靈活的連接成環(huán)形拓?fù)浠蚱渌哂嗑W(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而在發(fā)生鏈路故障、電纜斷裂或其他傳輸異常時(shí)均能保持可靠的通信傳輸。

（2）802.1Qbv時(shí)間感知整形器（TAS）。為車內(nèi)時(shí)間敏感數(shù)據(jù)提供了降低延時(shí)及抖動(dòng)的保證。該整形器使用802.1AS得到的同步時(shí)間定時(shí)調(diào)度幀的發(fā)送，避免了周期性數(shù)據(jù)幀被非周期性數(shù)據(jù)幀的影響。時(shí)間敏感幀的發(fā)送是固定的，并且其延遲也是確定的。

（3）802.1Qci網(wǎng)絡(luò)資源管理。主要為防止網(wǎng)絡(luò)攻擊和流量過(guò)載設(shè)計(jì)，用于避免流量過(guò)載的情況下影響接收節(jié)點(diǎn)、阻擋惡意的網(wǎng)絡(luò)攻擊等。

（4）802.1Qbu幀搶占。在傳輸過(guò)程中，時(shí)間關(guān)鍵幀可以請(qǐng)求發(fā)送器暫停非時(shí)間關(guān)鍵幀的發(fā)送，待時(shí)間關(guān)鍵幀發(fā)送完成后，再繼續(xù)發(fā)送被搶占的非時(shí)間關(guān)鍵幀。為保證時(shí)間關(guān)鍵幀的時(shí)效性，非時(shí)間關(guān)鍵幀可以多次被搶占。

（5）802.1Qcr異步流量整形。將數(shù)據(jù)流在交換機(jī)的輸出端口的輸出隊(duì)列里進(jìn)行合并，以減少數(shù)據(jù)幀在輸出隊(duì)列里的等待時(shí)間。該協(xié)議不依賴于時(shí)鐘同步機(jī)制，但比時(shí)鐘同步機(jī)制具有更高的鏈路利用率。

2.3 應(yīng)用層技術(shù)

2.3.1 SOME/IP協(xié)議

SOME/IP協(xié)議是一種基于IP傳輸?shù)姆?wù)中間件，該協(xié)議于2011年由BMW公司設(shè)計(jì)，并于2013年納入AUTOSAR4.1規(guī)范。與傳統(tǒng)CAN總線基于信號(hào)的通信方式相比，SOME/IP是一種面向服務(wù)的通信機(jī)制。在AUTOSAR架構(gòu)中將此類通信方式定義為C/S接口服務(wù)，即在請(qǐng)求發(fā)生時(shí)SOME/IP才會(huì)發(fā)出數(shù)據(jù)，否則不發(fā)送數(shù)據(jù)。在車載網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)兩個(gè)ECU互相調(diào)用服務(wù)時(shí)，兩者角色為客戶端/服務(wù)，SOME/IP是實(shí)現(xiàn)這種遠(yuǎn)程服務(wù)調(diào)用的接口。這種方式可有效降低總線負(fù)載，同時(shí)實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸且提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。SOME/IP數(shù)據(jù)在車載以太報(bào)文中的位置如圖2所示。

圖2 SOME/IP數(shù)據(jù)在車載以太報(bào)文中的位置

2.3.2 DoIP協(xié)議

DoIP是一種基于車載以太網(wǎng)傳輸?shù)能囕v診斷協(xié)議。該協(xié)議可將UDS消息進(jìn)行封裝并通過(guò)以太網(wǎng)絡(luò)基于IP進(jìn)行傳輸。ISO13400標(biāo)準(zhǔn)從物理層自下而上詳細(xì)定義了DoIP協(xié)議的通信方式，如何通過(guò)TCP/IP與外部設(shè)備進(jìn)行連接[7]。DoIP數(shù)據(jù)從應(yīng)用層開始層層向下傳遞，直到構(gòu)成完整以太網(wǎng)幀通過(guò)物理介質(zhì)發(fā)送出去。DoIP數(shù)據(jù)在車載以太報(bào)文中的位置如圖3所示。

圖3 DoIP數(shù)據(jù)在車載以太報(bào)文中的位置

2.3.3 XCP協(xié)議

XCP（Universal Calibration Protocol）協(xié)議由自動(dòng)化和測(cè)量系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ASAM）于2003年在CCP協(xié)議的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)發(fā)布，其主要功能是測(cè)量和標(biāo)定ECU內(nèi)部參數(shù)，同時(shí)該協(xié)議也會(huì)被用于進(jìn)行ECU程序刷寫。XCP協(xié)議可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制器內(nèi)部運(yùn)行的任務(wù)和中斷同步，保證當(dāng)ECU軟件更新參數(shù)時(shí)快速采集到所需的參數(shù)值[8]。XCP協(xié)議可以支持不同的傳輸層協(xié)議，包括CAN、LIN、Ethernet等。基于以太網(wǎng)的XCP傳輸層協(xié)議可以使用TCP或UDP，XCP不僅適用于物理控制單元，還可用于測(cè)量和調(diào)整虛擬控制單元。XCP協(xié)議在車載以太網(wǎng)中的幀格式如圖4所示。

圖4 XCP協(xié)議在車載以太中的幀格式

2.3.4 UDPNM協(xié)議

UDPNM協(xié)議由AUTOSAR制定，用于車載以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理，它可以實(shí)現(xiàn)車載以太網(wǎng)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的協(xié)同休眠和喚醒。UDPNM為分布式網(wǎng)絡(luò)管理，各個(gè)節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)管理幀的狀態(tài)控制自身的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。在睡眠狀態(tài)下，當(dāng)車內(nèi)某一節(jié)點(diǎn)需要網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，該節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)管理幀喚醒網(wǎng)絡(luò)。在喚醒狀態(tài)下，當(dāng)車內(nèi)某節(jié)點(diǎn)需要保持網(wǎng)絡(luò)喚醒狀態(tài)時(shí)，該節(jié)點(diǎn)會(huì)周期性的發(fā)送網(wǎng)絡(luò)管理幀。當(dāng)車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)備進(jìn)入休眠狀態(tài)時(shí)，該節(jié)點(diǎn)將停止發(fā)送網(wǎng)絡(luò)管理幀。當(dāng)持續(xù)一段時(shí)間內(nèi)車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中沒有任何節(jié)點(diǎn)發(fā)送網(wǎng)絡(luò)管理幀時(shí)，則網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài)。

3.測(cè)試方法分析

本節(jié)圍繞車載以太網(wǎng)絡(luò)測(cè)試與CAN總線測(cè)試在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及通信協(xié)議兩方面進(jìn)行差異化比較，同時(shí)基于車載以太技術(shù)分析物理層測(cè)試、鏈路層測(cè)試及應(yīng)用層測(cè)試內(nèi)容與方法。

3.1 CAN與車載以太測(cè)試的區(qū)別

3.1.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

車載以太網(wǎng)采用交換式網(wǎng)絡(luò)，在物理層測(cè)試方面與CAN總線相比在測(cè)試內(nèi)容及測(cè)試方法上均差異較大。CAN總線物理層測(cè)試僅需測(cè)試其電氣特性，而車載以太不僅需要對(duì)物理層電氣特性進(jìn)行測(cè)試，即PMA測(cè)試；還需要針對(duì)其點(diǎn)對(duì)點(diǎn)特性進(jìn)行互操作測(cè)試，即IOP測(cè)試。

在車載以太網(wǎng)架構(gòu)中，分為終端節(jié)點(diǎn)與交換機(jī)節(jié)點(diǎn)。由于車內(nèi)所有消息傳遞都需要經(jīng)過(guò)交換節(jié)點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，因此對(duì)于交換節(jié)點(diǎn)設(shè)備的性能要求較高。與終端節(jié)點(diǎn)相比較，交換節(jié)點(diǎn)的測(cè)試在內(nèi)容上有所區(qū)別[9]。其中交換節(jié)點(diǎn)特有的測(cè)試內(nèi)容包括轉(zhuǎn)發(fā)性能測(cè)試、功能測(cè)試、路由測(cè)試等。

3.1.2 通信協(xié)議

車載以太網(wǎng)各層在沿用部分傳統(tǒng)以太網(wǎng)協(xié)議的同時(shí)，新增了與汽車應(yīng)用相關(guān)的協(xié)議，例如UDS、DoIP及SOME/IP等。因此車載以太網(wǎng)所涉及的協(xié)議相較CAN通信更多，需測(cè)試內(nèi)容也更復(fù)雜。表1將車載以太與傳統(tǒng)CAN通信在測(cè)試內(nèi)容上進(jìn)行了對(duì)比。

表1 車載以太與傳統(tǒng)CAN通信的測(cè)試內(nèi)容對(duì)比

3.2 物理層測(cè)試

2020年OPEN Alliance聯(lián)盟更新了TC8規(guī)范，對(duì)車載以太網(wǎng)物理層測(cè)試提出了技術(shù)指標(biāo)要求，主要包含IOP（Interoperability Tests）測(cè)試及PMA（Physical Medium Attachment）測(cè)試兩個(gè)方面[10-13]。

3.2.1 IOP測(cè)試

對(duì)車載網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)間信息交互進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互操作測(cè)試，測(cè)試內(nèi)容包括：上電時(shí)間、喚醒時(shí)間、信號(hào)質(zhì)量（SQI）、線束診斷（開路診斷、短路診斷）等，詳見表2。

表2 IOP測(cè)試內(nèi)容

3.2.2 PMA測(cè)試

PMA子層主要功能是對(duì)PCS子層傳下來(lái)的數(shù)據(jù)比特進(jìn)行編碼、處理和傳輸，測(cè)試目的是評(píng)估收發(fā)器物理層接口特性是否滿足要求，主要內(nèi)容見表3。

表3 PMA測(cè)試內(nèi)容

3.3 鏈路層測(cè)試

TC8規(guī)范要求車載以太網(wǎng)鏈路層測(cè)試內(nèi)容包括VLAN、幀過(guò)濾、時(shí)間同步、服務(wù)質(zhì)量和配置等。

3.3.1 VLAN測(cè)試

VLAN測(cè)試其目的是檢測(cè)DUT在測(cè)試過(guò)程中，報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)行為是否滿足其VLAN配置需求。測(cè)試DUT是否根據(jù)VLAN配置要求將標(biāo)記數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)端口，對(duì)未做標(biāo)記的幀進(jìn)行丟棄。一般情況下使用ICMP報(bào)文和ARP報(bào)文對(duì)內(nèi)部端口進(jìn)行測(cè)試，如果目的端口為外部端口則采用廣播報(bào)文進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試環(huán)境設(shè)置是將測(cè)試設(shè)備（例如：Sprint C50）與DUT相連接，通過(guò)測(cè)試設(shè)備構(gòu)造測(cè)試數(shù)據(jù)報(bào)文并發(fā)送到DUT，監(jiān)聽相應(yīng)的端口是否收到期望報(bào)文。

3.3.2 配置測(cè)試

配置測(cè)試其目的是驗(yàn)證DUT在未完成配置前，是否支持轉(zhuǎn)發(fā)模式。車載以太交換節(jié)點(diǎn)在未完成配置的前提條件下上電，該節(jié)點(diǎn)不應(yīng)對(duì)接收?qǐng)?bào)文進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。測(cè)試的方法是通過(guò)Test Station向DUT的各端口發(fā)送報(bào)文，同時(shí)監(jiān)聽各端口收到的報(bào)文情況。如果在DUT配置完成后端口才收到轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文，則證明DUT在完成配置前不支持轉(zhuǎn)發(fā)模式。

3.3.3 幀過(guò)濾測(cè)試

幀過(guò)濾測(cè)試其目的是檢測(cè)DUT幀過(guò)濾規(guī)則，驗(yàn)證是否根據(jù)車內(nèi)實(shí)際通信需求，對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行丟棄或轉(zhuǎn)發(fā)，或?qū)μ囟〝?shù)據(jù)幀的入口速率進(jìn)行限制等。

3.3.4 時(shí)鐘同步測(cè)試

時(shí)鐘同步測(cè)試是為了檢測(cè)DUT主端口的檢查從時(shí)間同步主端口傳輸?shù)臅r(shí)間信息是否由于干擾業(yè)務(wù)而失真。時(shí)間信息會(huì)不會(huì)受到干擾。該測(cè)試要求DUT具備至少一個(gè)符合IEEE1588或IEEE802.1AS/IEEE8021.1AS-Rev的時(shí)鐘同步主端口，并且需要橋接時(shí)域中的時(shí)鐘同步主端口。

3.3.5 服務(wù)質(zhì)量測(cè)試

服務(wù)質(zhì)量測(cè)試指的是驗(yàn)證DUT的服務(wù)質(zhì)量配置是否嚴(yán)格按照需求設(shè)置。主要包括幾個(gè)方面：（1）驗(yàn)證是否實(shí)現(xiàn)流量擁塞管理，在車內(nèi)出現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)擁塞時(shí)采用隊(duì)列調(diào)度等方法對(duì)符合條件的報(bào)文優(yōu)先發(fā)送，或?qū)?bào)文進(jìn)行丟棄；（2）驗(yàn)證端口是否使用加權(quán)、輪詢等方式作為數(shù)據(jù)傳輸依據(jù)；（3）是否按要求配置了VLAN優(yōu)先級(jí)和內(nèi)部流量不同類別之間的映射關(guān)系；（4）驗(yàn)證是否正確配置基于速率的流量整形；（5）驗(yàn)證端口是否配置流量轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)先級(jí)作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋匾呗浴?/p>

3.4 應(yīng)用層測(cè)試

車載以太協(xié)議棧中應(yīng)用層協(xié)議主要包括SOME/IP、DoIP、XCP、DHCP等，本節(jié)以專門應(yīng)用于汽車領(lǐng)域的SOME/IP為例進(jìn)行分析，測(cè)試主要包括服務(wù)發(fā)現(xiàn)（SD）報(bào)文以及SOME/IP通信報(bào)文的格式以及通信行為。TC8規(guī)范提出測(cè)試內(nèi)容主要分為Server測(cè)試和增強(qiáng)測(cè)試服務(wù)（Enhanced Testability Service，ETS）兩部分[10-13]。

3.4.1 Server測(cè)試

主要測(cè)試SOME/IP在被測(cè)對(duì)象作為Server節(jié)點(diǎn)時(shí)的協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)情況。測(cè)試過(guò)程可通過(guò)測(cè)試儀表與被測(cè)對(duì)象連接，進(jìn)行服務(wù)訪問(wèn)交互。Server測(cè)試主要圍繞協(xié)議一致性，從服務(wù)發(fā)現(xiàn)（SD）過(guò)程、報(bào)文結(jié)構(gòu)、RPC通信機(jī)制等方面進(jìn)行。

3.4.2 增強(qiáng)測(cè)試服務(wù)（ETS）

它是為實(shí)現(xiàn)測(cè)試功能專門制定的一個(gè)服務(wù)，在TC8里給出了服務(wù)接口及運(yùn)算邏輯的定義。測(cè)試時(shí)該服務(wù)需要集成到被測(cè)件（DUT）里，集成之后能夠?qū)崿F(xiàn)與測(cè)試儀之間的交互，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)協(xié)議棧的測(cè)試目的。ETS測(cè)試包括序列化，遠(yuǎn)程調(diào)用，服務(wù)發(fā)現(xiàn)、發(fā)布、訂閱等內(nèi)容。測(cè)試過(guò)程包括正向測(cè)試和反向測(cè)試兩個(gè)維度，正向測(cè)試使用有效消息進(jìn)行測(cè)試，逆向測(cè)試則使用無(wú)效消息來(lái)驗(yàn)證服務(wù)的錯(cuò)誤處理能力。

對(duì)于SOME/IP協(xié)議的測(cè)試環(huán)境搭建，行業(yè)目前已有較為成熟的軟硬件解決方案作為參考。其中硬件環(huán)境主要包括3部分，分別為執(zhí)行測(cè)試軟件包的PC，作為網(wǎng)絡(luò)接口進(jìn)行以太網(wǎng)報(bào)文收發(fā)的VN5640以及VT供電系統(tǒng)；測(cè)試軟件采用Vector公司的CANoe，在SOME/IP模板工程的基礎(chǔ)上進(jìn)行開發(fā)。

4.總結(jié)

本文圍繞車載以太網(wǎng)絡(luò)，從發(fā)展階段、現(xiàn)有技術(shù)及測(cè)試方法幾個(gè)方面進(jìn)行研究分析。聚焦車載以太網(wǎng)絡(luò)物理層、鏈路層、應(yīng)用層關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)，結(jié)合智能網(wǎng)聯(lián)汽車行業(yè)內(nèi)已有國(guó)內(nèi)外技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，從測(cè)試內(nèi)容、測(cè)試指標(biāo)及測(cè)試方法等方面提出解決辦法。