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分析OSEK/VDX直接网络管理一致测试方法
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2017-11-22
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随着近年汽车产业的快速发展，电子产品广泛应用于汽车控制，如发动机控制系统、转向系统、制动系统等装置中都采用电子控制单元ECU（Electronic Control Unit）［1］。一些高档的轿车大约有70个ECU，ECU之间传递的信息超过2500条［2］。为了使ECU之间实现信息共享，诞生了在汽车控制系统中应用的互联网络，即车载网络。随着汽车中电子单元的增加，网络越来越复杂，ECU在通信时，可能由于其他节点未上线或出现故障而造成信息丢失，所以需要专门的网络管理组件对车载网络进行管理，以达到车载网络信息传输准确性、安全性的目的。
OSEK/VDX （Open Systems and the Corresponding Interfaces for Automotive Electronics/Vehicle Distributed eXecutive） 是欧洲主要的汽车厂商和研究机构联合提出的一种基于汽车电子开放式系统及其接口的软件标准。鉴于汽车网络的安全性和可靠性，OSEK/VDX中的网络管理NM（Network Management）规范提供了标准的管理策略，通过接口和服务来实现汽车网络中ECU节点的监控和管理［3］。OSEK/VDX规范对网络管理提出直接网络管理和间接网络管理两种实现机制。
OSEK/VDX规范是通过自然语言和图表形式进行描述的，程序开发人员在根据规范编写应用程序时，可能因为对规范的不同理解、编写代码时的失误等原因，导致应用程序与规范的不一致。对于安全性有极高要求的汽车电子系统而言，这种现象是不允许的。因此，有必要通过一致性测试来判断开发的应用程序是否符合预定规范。近年来，学术界对OSEK OS（OSEK Operation System）的一致性测试方法提出了一些解决方案。参考文献［4］提出了一种OSEK OS服务调用规范的一致性测试方法，参考文献［5］设计了一种OSEK OS一致性测试用例生成的方法，但是很少对OSEK NM的一致性测试做相应研究。
本文在深入研究OSEK网络管理规范的基础上提出了一种OSEK NM一致性测试方法，设计出一种基于直接网络管理功能的测试架构，并定义了测试方案、测试报文的数据结构和测试流程。
1 OSEK直接网络管理基本原理
在OSEK NM规范中，直接网络管理是一种自组织形式网络管理。网络中节点之间没有主从之分，每个节点都被网络中其他的节点监控，同时该节点也监控网络中的其他节点。直接网络管理通过逻辑环对车载网络进行管理与监控，如图1所示为直接网络管理逻辑环的体系结构。连接在总线上的A、B、C 3个节点都拥有自己唯一的网络管理身份标识ID，且IDA《IDB《IDC，根据ID的大小，以A→B→C→A的顺序传输特定的网络管理报文，形成一个虚拟逻辑环。在逻辑环中连接的所有节点按照逻辑环规定的方向发送特定的网络管理报文，实现直接网络管理功能。
图2所示为直接网络管理的状态模型。通过网络管理服务的调用和网络通信状况的改变，引起网络管理状态的迁移，如调用StartNM（）服务可启动网络管理功能，使节点的状态从NMOff转为NMOn。
在直接网络管理中，为了满足通信和网络管理的需要，网络管理协议数据单元NMPDU（NM Protocol Data Unit）包括地址域、控制域和数据域。图3是网络管理协议数据单元的基本格式。其中，Source ID表示网络管理报文的源地址，即发送该网络管理报文的节点
OSEK/VDX （Open Systems and the Corresponding Interfaces for Automotive Electronics/Vehicle Distributed eXecutive） 是欧洲主要的汽车厂商和研究机构联合提出的一种基于汽车电子开放式系统及其接口的软件标准。鉴于汽车网络的安全性和可靠性，OSEK/VDX中的网络管理NM（Network Management）规范提供了标准的管理策略，通过接口和服务来实现汽车网络中ECU节点的监控和管理［3］。OSEK/VDX规范对网络管理提出直接网络管理和间接网络管理两种实现机制。
OSEK/VDX规范是通过自然语言和图表形式进行描述的，程序开发人员在根据规范编写应用程序时，可能因为对规范的不同理解、编写代码时的失误等原因，导致应用程序与规范的不一致。对于安全性有极高要求的汽车电子系统而言，这种现象是不允许的。因此，有必要通过一致性测试来判断开发的应用程序是否符合预定规范。近年来，学术界对OSEK OS（OSEK Operation System）的一致性测试方法提出了一些解决方案。参考文献［4］提出了一种OSEK OS服务调用规范的一致性测试方法，参考文献［5］设计了一种OSEK OS一致性测试用例生成的方法，但是很少对OSEK NM的一致性测试做相应研究。
本文在深入研究OSEK网络管理规范的基础上提出了一种OSEK NM一致性测试方法，设计出一种基于直接网络管理功能的测试架构，并定义了测试方案、测试报文的数据结构和测试流程。
1 OSEK直接网络管理基本原理
在OSEK NM规范中，直接网络管理是一种自组织形式网络管理。网络中节点之间没有主从之分，每个节点都被网络中其他的节点监控，同时该节点也监控网络中的其他节点。直接网络管理通过逻辑环对车载网络进行管理与监控，如图1所示为直接网络管理逻辑环的体系结构。连接在总线上的A、B、C 3个节点都拥有自己唯一的网络管理身份标识ID，且IDA《IDB《IDC，根据ID的大小，以A→B→C→A的顺序传输特定的网络管理报文，形成一个虚拟逻辑环。在逻辑环中连接的所有节点按照逻辑环规定的方向发送特定的网络管理报文，实现直接网络管理功能。
图2所示为直接网络管理的状态模型。通过网络管理服务的调用和网络通信状况的改变，引起网络管理状态的迁移，如调用StartNM（）服务可启动网络管理功能，使节点的状态从NMOff转为NMOn。
在直接网络管理中，为了满足通信和网络管理的需要，网络管理协议数据单元NMPDU（NM Protocol Data Unit）包括地址域、控制域和数据域。图3是网络管理协议数据单元的基本格式。其中，Source ID表示网络管理报文的源地址，即发送该网络管理报文的节点
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