車載以太網(wǎng)?未來(lái)總線

提到車載以太網(wǎng)，早已經(jīng)不是新鮮詞匯了，很多工程師在進(jìn)入汽車電子領(lǐng)域都是從CAN、LIN等基礎(chǔ)或常用的協(xié)議學(xué)起，然后開始接觸以太網(wǎng)相關(guān)的知識(shí)。CAN、LIN等車載通訊協(xié)議在如今的車輛應(yīng)用十分廣泛，但是由于協(xié)議本身的限制，很難支撐汽車智能網(wǎng)聯(lián)化的進(jìn)一步發(fā)展,車載以太網(wǎng)將在新一代汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中承擔(dān)重要角色，車載以太網(wǎng)也是當(dāng)前行業(yè)內(nèi)整體的趨勢(shì)和方向。 ? 今天想給大家聊的話題雖然比較大，但是我們這次關(guān)注的點(diǎn)并不在以太網(wǎng)開發(fā)和測(cè)試方案和流程本身，而是以太網(wǎng)開發(fā)測(cè)試?yán)鱒N5000系列硬件。 ? ?

引入

熟悉Vector工具鏈的工程師應(yīng)該知道，在2021年，Vector的以太網(wǎng)接口卡VN5610A和VN5640設(shè)備已經(jīng)陸續(xù)停產(chǎn)，相應(yīng)的代替產(chǎn)品VN5620和VN5650開始推向廣大工程師們。隨著新設(shè)備的推廣，VN5000系列設(shè)備內(nèi)置的全新配置模式也與工程師們見面了。

圖1? VN5000 Interface Family ? 新配置模式打破了傳統(tǒng)配置模式下的設(shè)備單一工作模式與單一通道對(duì)應(yīng)關(guān)系，讓工程師能夠更加靈活地使用VN5000系列設(shè)備并應(yīng)用到更多的開發(fā)和測(cè)試場(chǎng)景中。

接下來(lái)我們會(huì)以VN5000系列設(shè)備的主要應(yīng)用功能講解設(shè)備配置方式以及相關(guān)應(yīng)用場(chǎng)景。

TAP/Bypass模式

很多工程師聽到TAP（Test Access Point）/Bypass這個(gè)名詞非常陌生，并不清楚采集一段以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)為什么要進(jìn)行測(cè)試或者旁通。

那么我們舉一個(gè)常見的栗子說明一下。

圖2-1 TAP舉例圖1

在上圖中可以看到如下拓?fù)洌壕W(wǎng)絡(luò)中一共有4組控制器和一臺(tái)交換機(jī)組成一個(gè)小型的車載以太網(wǎng)絡(luò)。 控制器A和控制器B之間正在進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。 ? ?

工程師Tom想要通過最近購(gòu)買的VN5000系列設(shè)備讀取控制器A與控制器B之間的數(shù)據(jù)，那么他應(yīng)該怎么做呢？

首先我們知道，以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收的邏輯是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的，與CAN、LIN總線的廣播式發(fā)送式完全不同的。所以如果我們把VN5000設(shè)備的以太網(wǎng)通道直接接入車載網(wǎng)絡(luò)中的交換機(jī)，是不會(huì)讀到數(shù)據(jù)的，因?yàn)榻粨Q機(jī)并不會(huì)將寫有控制器A和控制器B地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給你的VN5000。 ? 這時(shí)候工程師Jerry告訴工程師Tom，應(yīng)該按照以太網(wǎng)數(shù)據(jù)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)收發(fā)的思路，直接通過物理方式，將控制器A與控制器B的通信鏈路斷開，將VN5000串聯(lián)到鏈路中，并給VN5000中寫入對(duì)應(yīng)的通道配置，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取。 ? ?

圖2-2? TAP舉例圖2

圖2-3? TAP舉例圖3

在實(shí)際的車輛網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲?，我們也是通過這樣的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀取與監(jiān)控。在VN5000設(shè)備串入鏈路之后，VN5000設(shè)備會(huì)將鏈路中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)上傳至上位機(jī)軟件（如CANoe）,并且不會(huì)將鏈路本身切斷或者導(dǎo)致鏈路中的數(shù)據(jù)丟失。

以上就是關(guān)于TAP/Bypass的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，此類場(chǎng)景適用于大多數(shù)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和分析場(chǎng)景。

直連模式

相信很多工程師看完了上面旁通的例子，看到這里已經(jīng)會(huì)舉一反三了?；蛘咴谏厦娴睦又幸呀?jīng)開始思考，為什么不直接將控制器A從網(wǎng)絡(luò)中拆下來(lái)，用網(wǎng)線單獨(dú)連接VN5000系列設(shè)備？

顧名思義，直連模式，指的是直接將VN5000系列以太網(wǎng)設(shè)備與被測(cè)件或者以太網(wǎng)控制器進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)被測(cè)件和VN5000之間的以太網(wǎng)通訊的模式。 ?

Vol.1/? ?栗子

工程師Tom需要將近期購(gòu)買的以太網(wǎng)設(shè)備VN5650集成到測(cè)試機(jī)柜中，用于單件的以太網(wǎng)測(cè)試和仿真。

?但是工程師Tom拿到相關(guān)的線束和設(shè)備后并不知道路由如何進(jìn)行分配，以及設(shè)備線束如何在機(jī)柜內(nèi)布局和連接。（早知道就多付一些集成費(fèi)用了）

于是在工程師Jerry的推薦下，Tom給北匯技術(shù)支持郵箱techhelpdesk@polelink.com 寫了一封郵件進(jìn)行請(qǐng)教。

根據(jù)北匯工程師的遠(yuǎn)程指導(dǎo)，Tom將線束集成在走線槽內(nèi)，并按照路由將VN5650的每一通道接入一臺(tái)被測(cè)控制器，寫入對(duì)應(yīng)的直連配置后，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)于控制器單件的調(diào)試與仿真。 ?

圖3-2? 配置示意圖4 ? ? ? ? ?

我發(fā)現(xiàn)旁通道模式和直連模式都能夠?qū)崿F(xiàn)通訊數(shù)據(jù)的采集。

那么兩種模式的使用場(chǎng)景有什么區(qū)別呢？

? 直連模式的適用范圍和旁通并不一致，旁通模式對(duì)于數(shù)據(jù)的采集是在保證整車或域內(nèi)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳槐黄茐?，并能夠保證網(wǎng)絡(luò)完整性的場(chǎng)景下使用；而直連模式下，我們一般接入的被測(cè)件是單獨(dú)的，并未形成完整網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?，無(wú)法通過線束連接的方式還原或?qū)崿F(xiàn)真實(shí)網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)。

媒體轉(zhuǎn)換&端口鏡像

媒體轉(zhuǎn)換這個(gè)模式是介于我們以上提到的旁通與直連之間的特殊模式，在這個(gè)模式下我們想實(shí)現(xiàn)的并不是控制器和VN5000之間的通訊，而是媒體轉(zhuǎn)換端口兩端的不同設(shè)備間的通信。 ?

Vol.2/? ?栗子

工程師Tom又采購(gòu)了一臺(tái)以太網(wǎng)流量生成分析儀，用于當(dāng)前開發(fā)的車載控制器的以太網(wǎng)通訊測(cè)試。

?但是分析儀的以太網(wǎng)接口為RJ-45（也就是我們俗稱的水晶頭接口），控制器端使用的是1000BASE-T1接口，與標(biāo)準(zhǔn)的RJ45接口無(wú)在物理層實(shí)現(xiàn)兼容和通訊。需要一個(gè)中介設(shè)備將物理層協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然而部門有一臺(tái)VN5650又不了解配置方式。

這時(shí)候Tom想起來(lái)北匯的工程師上周來(lái)到公司進(jìn)行了VN5000設(shè)備和以太網(wǎng)相關(guān)的基礎(chǔ)培訓(xùn)，培訓(xùn)的PPT中有講到通過VN5000系列設(shè)備的媒體轉(zhuǎn)換功能，可以將不同物理層之間的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 ?

圖4-2? 以太網(wǎng)分析儀與被測(cè)件示意圖

按照北匯講師的PPT連接完成以后，Tom發(fā)現(xiàn)還是無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，于是再次聯(lián)系了培訓(xùn)講師。溝通過后發(fā)現(xiàn)設(shè)備并未連接外部電源，導(dǎo)致沒有上電工作。

關(guān)于媒體轉(zhuǎn)換要說的

媒體轉(zhuǎn)換功能方便了工程師將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)在不同以太網(wǎng)物理層協(xié)議之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，但是使用VN5000設(shè)備時(shí)，需要連接外部電源；如果不需要上位機(jī)觀察通信數(shù)據(jù)，硬件配置完成之后可以在 standalone 模式下獨(dú)立工作，無(wú)需進(jìn)行 CANoe 軟件端配置。

上面我們聊到的相關(guān)的內(nèi)容都是針對(duì)一個(gè)或者兩個(gè)單件進(jìn)行記錄和數(shù)據(jù)分析。面對(duì)我們實(shí)際更加復(fù)雜的實(shí)車網(wǎng)絡(luò)，怎么才能夠更高效的實(shí)現(xiàn)記錄？

這個(gè)時(shí)候就需要用到VN5000系列設(shè)備的端口鏡像功能了。 （注：鏡像功能目前只有 VN5240、VN5430、VN5640 和 VN5650 支持）

圖4-3 端口鏡像鏈路示意圖

所謂的端口鏡像功能是指將選定源物理端口的傳入數(shù)據(jù)包鏡像到特定的目標(biāo)端口中。

這個(gè)時(shí)候我們想要實(shí)現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)記錄，只需要配置對(duì)應(yīng)端口通道的旁通、直連、交換機(jī)等工作模式，以及相應(yīng)的network拓?fù)?，之后將這些端口數(shù)據(jù)指定在某一個(gè)鏡像端口中輸出就可以了。

在VN5000系列的鏡像端口定義中，可設(shè)置為鏡像端口的物理層形式均為TX，因此我們也常常把以太網(wǎng)記錄儀或ADAS記錄儀等記錄設(shè)備的數(shù)據(jù)記錄端口與VN5000系列的鏡像端口進(jìn)行連接。

圖4-4 端口鏡像配置示意圖

在配置界面我們可以根據(jù)當(dāng)前VN5000設(shè)備的端口資源和占用情況進(jìn)行配置。 （注意：如果端口已經(jīng)在segment配置中占用，則配置為鏡像端口后，會(huì)自動(dòng)移除segment內(nèi)配置的相關(guān)功能） ? 在屬性區(qū)中我們不僅可以激活和關(guān)閉鏡像功能，還可以在下方的過濾器中進(jìn)行通過/截至數(shù)據(jù)的選擇，方便工程師更加快速便捷地將多余數(shù)據(jù)過濾，以及收集有效數(shù)據(jù)。 ? ?

總結(jié)

VN5000系列設(shè)備更靈活的功能配置，可以幫助工程師在車載以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中更加快捷方便地使用單臺(tái)設(shè)備和簡(jiǎn)單的接線方式完成更加復(fù)雜的工作。正所謂工欲善其事必先利其器，能夠用好VN5000設(shè)備，才是邁進(jìn)以太網(wǎng)大門的第一步。結(jié)合CANoe和CANape等上位機(jī)軟件，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更加全面的以太網(wǎng)的開發(fā)、測(cè)試、診斷、標(biāo)定等功能。

注：文中部分圖片來(lái)自于Vector。
編輯：黃飛

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