自动驾驶汽车以太网数字孪生建模（二）

标注：本文来自本实验室杜兴华的研究成果。

2 构建车载以太网数字孪生模型客户端

2.1 AddEthernetType

在车载以太网数组孪生模型中，AddEthernetType 表示引入以太网的类型。本文中以太网类型为车载以太网。

在该模型中，引用 MDD 的Blocks 功能，将车载以太网加入到模型中，表示我们本次要做的仿真模型为车载以太网的模型。AddEthernetType 模型如图 2-1 所示。

图 2-1： AddEthernetType 模型

2.2 GetEthernetType

在车载以太网数字孪生模型中，GetEthernetType 可以识别引入的以太网的类型，从而建立通信。本文中以太网类型为车载以太网。

在该模型中，引用 MDD 的Blocks 功能，识别引入的车载以太网，与引入的车载以太网建立通信，从而建立 GetEthernetType 模型。GetEthernetType 如图 2-2 所示。

图 2-2： GetEthernetType 模型

2.3 AddMAC

车载以太网数字孪生模型中，AddMAC 表示在引入以太网的 MAC 地址。

用长度为 255 的char 类型数组来表示 MAC 地址，引用 MDD 的Blocks 功能，引入以太网的 MAC 地址。模型见图 2-3。

图 2-3： AddMAC 模型

2.4 GetMAC

车载以太网数字孪生模型中，GetMAC 表示得到以太网的 MAC 地址。

在该模型中，同样使用长度为 255 的 char 类型数组来表示 MAC 地址，引用 MDD的Blocks 功能，该模型可以在数据包中解析到 MAC 地址。GetMAC 模型如图 2-4 所示。

图 2-4： GetMAC 模型

2.5 Test01

在车载以太网数字孪生模型中，Test01 表示使用TCP/IP 协议、UDP 协议、MAC 协议等模拟出车载以太网的模型。

在该模型中，将TCP/IP 协议和 SerialPackger 块连接起来，建立车载以太网的网络， 车载以太网客户端彻底组建完成，待与后端建立网络连接之后，便可以进行车载以太网和车载网络之间的通信。Test01 模型如图 2-5 所示。

2-5： Test01 模型

3 建立车载以太网后端服务器

在本文的车载以太网数字孪生模型中，后端服务器用 python 代码实现，使用 python模拟 TCP/IP 服务器，输入和输出的数据形式为以太网第二层数据帧。

3.1 设置 HOST 地址和 MAC 地址

我们首先设置一个给车载以太网 HOST 地址和 MAC 地址，如图 3-1 所示。

图 3-1： HOST 地址和 MAC 地址

3.2 设置以太网 IEEE 802.3 接口的全局定义

在车载以太网网址中定义 ETH_ALEN，占据八个字节，在车载以太网类型字段中定义 ETH_TLEN，占据八个字节，设置 ETH_DATA_LEN = 2，表示车载以太网报文有效载荷长度为 2，设置 ETH_FRAME_LEN = 1514，表示在 FCS 中的八位字节中最大值为 1514。代码如图 3-2 所示。

图 3-2： 车载以太网全局设置

3.3 以太网可联通性检查工具

可连通性测试可以让我们知道服务器访问互联网的状况。可连通性测试提供了一种可靠的方式，使外部来源检查以太网网络连接。当我们认为一切都正确配置，但无法测试连接时，该测试会提供即时反馈，让我们明白我们的配置是否可以真正进行外部访问。可连通性测试代码如图 3-3 所示。

图 3-3： 以太网可联通性检查工具

3.4 生成一个随机的 MAC 地址及其原始字符

首先生成一个随机的 MAC 地址，让以太网服务器拥有物理地址。代码如图 3-4 所示。

图 3-4： MAC 地址随机生成函数

3.5 建立服务器与车载以太网模型的通信

首先服务器在端口上监听车载以太网模型发出的数据包，监听到数据包之后进行解析，并且获得通信目标的 MAC 地址。获得地址之后进行数据的偏移，检测获得目标的MAC 地址是否和机器的 MAC 地址一致，如果不一致，返回一条错误信息，如果一致， 则建立通信连接，在给目标发送数据包时需要交换源地址和目标地址。通信代码如图 3-5 所示。

图 3-5： 建立通信

首先我们运行python 的服务器代码，让服务器处于监听状态，之后在 OpenModelica里面运行车载以太网的仿真模型，让两者建立通信，并且查看建模仿真结果。运行服务器代码结果如图 4-1 所示。

图 4-1： python 代码运行结果

由此图可以看出服务器正在监听，暂时还没有收到数据包。

接下来运行 OpenModelica 里面的车载以太网模型，结果如图 4-2 所示。

4-2： 模型运行结果

此时我们回看服务器运行结果，可以看到服务器与车载以太网模型已经建立通信连接。结果如图 4-3 所示。

图 4-3： 通信连接

编辑：jq