车载10GBASE-T1以太网智能测试解决方案

 

高速车载网络越来越依赖带宽高达10 Gbit/s的万兆以太网通信，然而高带宽网络必将测试系统的性能推向极限。如何通过现有的软硬件测试工具来克服这一挑战？本文将为您介绍实现方案。

现如今，车载平台上的车载高性能计算控制器HPC、ADAS传感器和信息娱乐系统等需要进行实时的大量数据交互，100BASE-T1或1000BASE-T1的车载以太网已无法满足车载网络通信所需的带宽。基于IEEE 802.3ch规范的万兆以太网10G-T1，具有高达10 Gbit/s的传输速率，将在高速网络数据传输方面发挥越来越重要的作用，比如用于传输高分辨率的传感器及摄像头信号，以及高性能骨干网通信。

 

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典型Ethernet测试环境

无论是分析、仿真、测试或记录车载以太网通信都需要对网络进行物理访问。然而，由于带宽达到万兆范围，网络接口硬件到PC的上行链路很快达到其技术极限。如何使用测试PC的标准接口进行有效地万兆数据测试，并实现特定的仿真和分析需求，需要精心设计测试系统框架。

典型Ethernet测试任务：

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车载以太网通信“剩余”总线仿真

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支持各通信层数据的激励和错误状态注入

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记录通信网络上的所有数据流量

图 1 车载网络拓扑示例

图1是车载网络拓扑示例系统，由多个带有交换机和基于100BASE-T1或1000BASE-T1以太网连接的ECU组成。每个ECU都会发送大量数据，这些数据通过网络传输并由交换机聚合和转发，这将导致上行链路负载较高。在此示例中，数据速率总计超过2.5 Gbit/s，已超过PC的USB 2.0或1000BASE-T接口带宽。

可以使用更高带宽的PC接口，例如USB 3.0或10GBASE-T来解决问题。但此时若网络拓扑中的传感器（SENL和SENR）替换为可通过更高速率发送高分辨率的感知数据，将导致USB 3.0或10GBASE-T接口也达到传输瓶颈。因此需要根据应用场景和通信速率搭建可扩展测试系统，方便有效地扩展从网络接口硬件到PC的数据传输。

 

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Ethernet测试系统需求

构建测试系统时，须分层考虑整体测试框架，明确系统对多网络接口的要求。测试系统关键点：

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网络硬件接口卡可以互连并方便扩展端口数量

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时间同步的即插即用通信接口卡，确保所有端口数据采集的时间基准一致

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采集的数据可并行分配传输到不同的上位机系统

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集成实时硬件过滤器，按需筛选所需数据

实际的车载以太网分析和测试，首先需要审视系统网络本身。在图1网络拓扑中有7条通信链路，其中HP2 ECU是具有最高数据速率的“热点”。网络硬件接口卡是网络系统和测试工具之间的纽带。除按需选择通道数量和支持的PHY技术外，也要同时考虑不同硬件接口卡的组合，以及数据记录形式，比如通过PC或数据记录仪。这对硬件接口卡有很多要求，无论基于被测网络还是测试上位机，其接口必须足够灵活，以满足所有要求并有效地解决实际的测试任务。

 

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典型Ethernet测试环境

图2 基于多硬件接口卡、数据记录仪和测试上位机的可扩展测试方案

图2给出了上述车载网络拓扑示例的测试解决方案，网络中的每个链路都通过对应Uplink将数据传输到测试PC或数据记录仪。在此示例中，1000BASE-T1链路通过网络硬件接口卡以3.2 Gbit/s转发到数据记录仪（如VP7500），采集记录数据的同时可以并行地将测试数据转发到其他网络链路中。

图3 满足2.5G/5G/10G-T1的可扩展测试系统方案

若图1系统中的传感器替换为发送数千兆数据的传感器，则必须以不同的方式扩展配置（如图3）。使用多个支持MultiGBASE-T1 PHY技术的以太网接口卡和记录仪，使得记录总线数据的同时，可以使用PC端的CANoe进行网络仿真。由于此类网络中的数据流量无法准确估计，因此从上行链路到记录仪尽可能满足最高的通信速率，以避免数据丢失。示例系统中的数据高达6.4Gbit/s，若上行链路的带宽不够，则需要添加第二条上行链路。此测试系统构建的核心是考虑如何根据实际需求扩展网络通道，并有效分配到不同硬件上，同时使用数据过滤机制进行分类并将其分配给特定的上行链路，比如使用数据帧的特定字段或通信协议来过滤触发，将相关数据转发到对应的Uplink接口。这样避免数据重复存储，提高系统的运行效率。

 

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测试系统中的车载以太网总线仿真

基于车载万兆以太网的剩余总线仿真测试，可以模拟车辆总线上所有信号交互，或者激励特定测试工况的需求。在上面的示例中，如果要测试Layer2交换机和HP2节点的PDU数据流，均可使用CANoe作为仿真和测试工具来实现整个网络系统的仿真，或者发送特定PDU数据帧进行专项内容的综合测试。若系统通信使用AUTOSAR规范的ARXML数据库，则可快速实现仿真且可详细观测各层数据流。然而，大带宽多通道的剩余总线仿真要求高性能处理器环境，如果单个测试PC无法满足性能需求，则可采用分布式仿真方案，即将总线仿真分布在多台PC上。CANoe提供“MultiCANoe”功能来满足此应用场景。

图4 Multi-CANoe分布式测试系统

 

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Ethernet系统的Re-HiL/Replay测试

图5 Ethernet回灌测试示例

针对ADAS系统的回灌测试是用于验证被测系统重要的测试手段。如图1网络系统中的大量传感器数据，在实际总线仿真方面几乎很少涉及控制类数据仿真，因此为了降低系统复杂性，可以直接使用实际记录的传感器数据进行回放测试。

 

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Ethernet数据验证采用在线还是离线？

最后，还必须考虑测试结果的分析类型：是否必须在线完成还是可以采用离线分析？最终决定会对整个测试过程影响较大。通常通过CANoe软件工具对结果进行在线验证，可以立即获得测试结果，并且不需要大量的数据存储。然而，对于交换机等车载以太网验证，离线验证也是重要手段。此时利用存储数据，并结合必要的剩余总线仿真，来搭建离线测试系统。

 

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CANoe Option Ethernet和10G-T1S

总线接口卡VN5650

图6 CANoe.Ethernet搭配丰富的Ethernet设备满足各种测试

汽车行业面临着车载网络不断增长的通信速率挑战，其中高达10Gbit/s万兆以太网对于高速数据传输变得越来越重要。策略性地分割测试任务，并采用可扩展性测试系统架构可以满足高速网络的数据采集、分析、仿真和测试。Vector为用户提供多种型号接口卡，满足不同车载以太网速率（10BASE-T1S，100BASE-T1，1000BASE-T1，2.5/5/10G BASE-T1）及其他总线的集成测试环境。CANoe Option Ethernet为Ethernet通信的ECU提供仿真、开发、测试和诊断功能，提供数据库创建、加/解密Ethernet通信、可视化的分层分析，基于内嵌的测试和仿真API可通过CAPL、C#和Python实现复杂测试场景的开发。VN5650可选配1~3个万兆Ethernet的PHY，每个PHY提供2个万兆Port，线缆提供散线、H-MTD Zj和H-MTD Zp三类可选。

图7 VN5650的万兆PHY 

- VNmodule60 2AE10G BCM89890