1. 以太网技术应用概述

1.1 发展历史

以太网最初作为一种计算机局域网，最初是Xerox(施乐）公司创建，从1973年开始应用，后来被Intel等公司推广，是目前是最为普遍的局域网技术，以太网最初主要由IEEE802.3工作组负责标准化，从最初的10Mb/s（标准以太网）的带宽，经过不断的发展，目前已经开始支持快速以太网标准（100Mb/s）到千兆/万兆以太网（
10Gb/s ot100Gb/s)，未来以太网不仅仅局限于局域网应用，还可以更广泛的应用到城域网（MAN）和广域网（WAN）。

1.2 以太网组织

• OPEN Alliance：着重于物理层和汽车应用场景研究（百兆/千兆/通用以太网协议与测试标准等（TC1~TC15）
• IEEE电器与电子工程师协会：侧重L1~L2层狭义以太网发展研究（802.3，802.1等）
• IETF组织：TCP/IP协议
• Avnu联盟（视频与音频桥接标准AVB/TSN等，致力于推广802.1）
• Autosar：基于CAN/LIN/FlexRay通信扩展以太网，支持应用层传输数据的SOME/IP协议
• ISO：基于以太网的诊断传输协议制定（DOIP，13400-2）

1.3 特点

• 技术成熟：最初应用在电脑端
• 高度技术化：多个标准组织
• 带宽高：Up to 100Gbps
• 成本低：单对非屏蔽双绞线
• 抗干扰能力强：满足对应的EMC标准实验

2. 车载以太网背景

随着汽车电子产品的数量增多，复杂度加大，以及配备ADAS或者丰富的车载信息娱乐系统新能源车数量日渐增多，大量的显示通讯数据（如地图上的GPS星历数据
or仪表显示的交互信息）这些要求车载总线上具备更多，更快的数据吞吐能力，给
到其他ECU单元做处理，所以对于总线的数据传输量和可靠性提出了非常高的要求。
为了解决上述问题，车载以太网（100Mb/s， 1000Mb/s）应运而生，可以适应严苛的汽车电子应用环境（温度、应力、复杂电子环境），同时具备成本更低、质量更轻，高可靠性、低功耗、低电磁辐射、满足汽车特定EMC试验标准。

2.1 车载以太网技术要求

目前对车端总线通讯技术有以下特定;

• 扩展性强：可以支持更多的设备和通信
• 成本更低：采用单对非屏蔽双绞铜线比传统总线成本降低很多
• 抗干扰能力强：各个通讯件之间无干扰，可以应对更加复杂的车规级的应用环境
• 通信更快更安全：带宽高，严格遵循协议标准
• 重量降低：与LVDS的通讯方式比，线缆重量降低约30%

2.2 车载以太网与传统以太网区别

• 线束更少
• 环境更严格（EMC, 高低温，更长周期的PV，DV验证）
• 线束长度一般不会超过15m
• 更高的可靠性和耐用性
• 启动时间/延迟需求更短
• 功能安全以及ASIL等级的要求
  

2.3 车载以太网系统架构

• 在车身控制域内，各部件还是按照传统车载网络架构，通过CAN,LIN ,Flexray实现数据共享
• 娱乐域控制器与其子部件的通信将通过以太网实现。
• 当一个域需要与其他域交换信息时，则经由网关、以太网路由实现。

这种混合的车载网络架构后续以 以太网为主干，而传统的CAN LIN 将继续在低容量通讯场景下发挥其优势作用。

2.4 车载以太网协议架构

系统层级分类：

物理层（Layer 1）、数据链路层（Layer 2）、网络层（Layer 3）、传输层（Layer 4）、应用层（会话层和表示层）（Layer 5-7）

协议类型

物理层与数据链路层（1-2层）：

物理层主要负责将数字信号转换成模拟差分信号并发送，同时提供点对点的链接(交换机和电脑)数据链路层：负责提供数字信号传递给物理层，或者将更上层的数据进行格式转换。比如添加目标地址，源地址等。
物理层部分多采用博通的BroadR-Reach（100/1000Base-TX技术)技术，并逐步成为开放的产业标准。
1~2层特点：
1.采用高度优化的扰频器，可以更好的分离信号，频谱效率更高。
2.采用标准以太网的MAC层接口，接口开放度高可以适配其他以太网相同的数据链路层的逻辑功能及帧格式。
3.数据链路层采用IEEE902.3接口标准，可以无缝衔接普通以太网的数据链路层，同时支持更高层的网络通信协议（如TCP/IP）。

网络层和传输层（3~4层）

• 其中包含的TCP/IP协议簇（网络协议栈的中心部分）上方应用协议和下方物理通道之间传输的数据连接点，是高层协议和网络协议之间的桥梁
• 该协议簇主要应对OSI参考模型的网络层和传输层，包含ARP，ICMP，Pv4/v6（4/6）等
• 传输层中包含：TCP、UDP两者特点对比如图所示。

应用层（5~7层）

•车载以太网应用层协议对应OSI参考模型的5-7层，直接面向用户。
•协议主要包括SOME/IP、DHCP、DOIP、HTTP/s、SD，XCP,RTP等
•应用层协议可以为用户提供多种服务，是用户能够具体应用的部分。如DOIP可以应用到车辆诊断和固件升级。

3 车载以太网测试

测试目的

由于车端应用场景相比于传统以太网更为复杂以及要求更高且同时为了保证车载以太网的可靠性和安全性，所以需要制定对应的标准进行测试。

测试标准

OPEN（One-Pair Ether-Net)联盟指定的TC系列测试
OPEN Alliance Automotive Ethernet ECU Test Specification

测试内容

1. 物理层PMA和IOP测试
2. 3-7层协议一致性（TCP/IP, SOME/IP-Server, ETS应用）
3. 应用层测试（DoIP, Some/IP）
4. AVB/TSN测试
   
   • TC2/TC9测试：通信通道的测试，百兆or千兆以太网汽车线束（光纤）
   • TC11测试：交换机测试，车端较少涉及，一般由芯片供应商测试，作为选型的依据
   • TC8：针对物理层，数据链路层

3.1 PMA测试

测试概述

PMA（Physical Media Attachment）物理介质链接子层，主要是设备的互操作性测试，从硬件层面的端口，链接通讯的时延，交互件之间的线缆诊断测试出发，主要测试端口的互连互通性能，检测发送器和接受器发送或接收信号是否符合以太网TC8测试标准。

测试目的

评估以太网的电气特性，即ECU与外界通信时自身的能力如何

测试内容

1. PMA：OPEN联盟制定的TC8规范中包括：传输衰落、传输失真、传输时钟抖动（Master&Slave）、传输功率谱密度、传输时钟频率、MDI（控制器与线缆的接口）回损，还有其他的测试项∶MDI模式转换损耗、共模辐射等。
2. 测试项不同需要将DUT端的PHY通过修改寄存器的方式设置为不同的测试式，使其发出特定的数据包。

测试仪器

PMA的测试设备通常比较贵，一般OEM或者大型Tire1测试部门会有该类设备，或者将该部分测试服务直接外包的形式，但是不排除后续如果项目的测试需求增多而自行采购该类设备。比如物理层测试专用的示波器/矢量网络分析仪/分析软件/测试夹具等。

3.2 IOP测试

测试概述

IOP（Interop-erability Tests）ECU节点的IOP测试，常用的百兆及千兆汽车以太网设备按照OPEN TC8的测试标准开展。

测试目的

IOP部分（测试设备的互连互通能力）：

1. 用于验证车载以太网PHY的可靠性和检查PHY能否在给定的有限时间内建立稳定的链路（即两个以太网节点建立通讯的时间能力）;
2. 车载以太网PHY的诊断，如信号质量指数（SQI）和线束故障的检测（主要是两者通信质量好坏的判断能力）。
3. 模拟车载以太网远、近端的开、短路故障作为Link Partner，与DUT建立连接，获取两者之间的Link Up时间、信号品质指数以及电缆诊断信息。（线缆故障诊断能力）

测试内容

1. 唤醒时间（Link-Up time）对Link Partner的Phy，DUT进行多次上下电操作以及对DUT进行多次唤醒、睡眠操作，计算这中间的DUT与Link Partner建立连接所需要的时间。
2. 信号品质，逐步提高或者降低人工噪声的水平，获取信号品质的SQI的变化曲线。
3. 测试DUT在远端或者近端发生一条或者两条线路开路或者短路时能够检测到对应的故障。

测试效果

测试成本较低，但是有比较好的测试效果，（比如可以在前期发现一些phy芯片问题及时更换硬件避免后期大批量生产后导致的返厂改件，浪费时间）IOP测试外包情况下通常与PMA打包一起测试。

3.3 3-7层协议一致性测试

测试概述

检验开放系统互连（OSI）产品协议的实现与OSI协议标准一致性程度的测试，依据OPEN联盟的TC8-OPEN Alliance Automotive Ethernet ECU Test Specification
标准。

测试目的

1. Con-formance Test—验证被测设备/系统是否遵循协议标准;
2. Negative Test—通过发送非法报文验证被测设备/系统的稳定性/鲁棒性。

测试内容

1.DUT集成对应的UT（支持Linux,QNX以及Android)（Upper Tester)：类似于一个
APP,实际是一个可执行的文件，（Autosar规范中由两个版本协议定义版本）用来接收测试平台发送的指令，选择对应的协议测试套件与DUT进行特定的通信（比如配置相应的IP，MAC地址等）对指定的协议栈进行测试。
2.地址解析协议（ARP）/因特网控制报文协议版本4（ICMPV4）/协议版本（IPV4
）/IP4链路本地地址动态配置/用户数据报文协议（UDP）/传输控制协议（TCP）/SOME/IP协议等

测试过程

1. 连接Test System与 DUT
2. 加载对应的测试脚本
3. 配置脚本参数，如IP地址，MAC地址等
4. 启动UT，获得测试数据和报告
   具体测试步骤：
   TCP/IP部分一般有标准的Testcase，先对TC8测试软件包中的VtestStudio进行编辑
   （DUT和Tester的地址，MAC地址，UT端号等，然后再CANoe中设置IP地址（测试模块的IP地址与Tester Ip地址相同）CANoe自动生成Html格式数据报告：测试报告会给出测试执行项和未执行项，以及Pass/Fail对比，以及Fail项原因.
   

3.4 SOME/IP Server/ETS

测试概述

测试标准按照OPEN TC8实现，属于应用层测试。
•SOME/IP Server：依赖于DUT自身的SOME/IP应用功能，验证基础的内容比如
报文格式，基本的PRC和SD机制等。
•ETS=Enhanced Testability Service增强测试服务（该类服务定义好了服务ID
，Method等内容）类似于UT，主要弥补了Server测试在覆盖度方面的不足，测试时需要其他ECU节点把ETS功能实现，以支撑后续的测试工作。

测试目的

SOME/IP属于AUTOSAR协议。但测试规范放到了TC8中，主要对SOME/IP的基本通信格式、通信行为等进行了测试，测试的难点在于对SOME/IP协议本身的理解，测试中出现的问题，很多是开发者和测试者对于协议理解不够导致的，所以需要测试者和开发者充分沟通具体的测试问题以及问题产生的rootcase，才能完全确定是不是真正的问题。一般采用自动化脚本的测试方案。

测试步骤

1.典型：SOME/IP Server部分典型的会确认DUT发送的Office Service报文的Client ID字段是否为0×0000是为了检测是否跟AUTOSAR规范中定义的是否一致。
2.典型：伪造SOME/IP Request报文，Method Id为0×000E也就是EchoINT8，在
Payload中填入一个INT8类型的数据，然后Request一下，看下DUT返回的Response报文，在Payload中的值是否与第一部中发送的值相同。

3.5 DOIP测试

测试内容及标准

DOIP
测试协议依据的时 ISO 13400-2标准，DoIP解决的是上下衔接，对特定的诊断数据按照特定的格式进行打包和解包的事，供应商需要对代码实现的效果进行验证，
OEM也需要对协议本身实现的效果进行检测。
DOIP的报文分三大类：
1.节点管理类（报头处理流程，车辆信息获取(EID,GID,VIN),路由激活流程等）
2.车辆信息类（DOIP实体状态信息，车辆电源模式信息）
3.诊断类（诊断报文处理流程及UDS数据交互）

测试方法

自动化脚本（CANoe和CAPL）测试

测试内容

•配置部分测试（DOIP的报文格式，端口号13400，DOIP的流程）
•时间参数要求（DUT需要在一定时间内相应DOIP请求）
•测试参数定义（协议版本，负载类型，长度等）.

注：该文章内容转载自同事分享，这里只是想烂笔头记一下