車載以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展與測試方法研究

◆王 鑫 田麗媛

車載以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展與測試方法研究

◆王 鑫 田麗媛指導(dǎo)老師

（長春工業(yè)大學(xué) 吉林 130000）

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，以太網(wǎng)技術(shù)在汽車領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用，而且發(fā)展前景十分廣闊。本文分析了車載以太網(wǎng)技術(shù)的內(nèi)涵，針對(duì)性地指出了其在車載中的具體應(yīng)用，以期獲得預(yù)期的發(fā)展與測試效果。

車載；以太網(wǎng)；發(fā)展；測試

近年來，汽車電子產(chǎn)品的數(shù)量不斷增多，車內(nèi)電控系統(tǒng)的規(guī)模也逐漸增大，且功能各不相同，對(duì)車載網(wǎng)絡(luò)提出了不同的要求，比如成本低、安全性能高等，以往傳統(tǒng)的CAN總線已經(jīng)無法滿足車載新需求。同時(shí)，智能汽車的出現(xiàn)也使得駕駛者的期待越來越高，需要新型的車載總線，車載以太網(wǎng)得到了人們的廣泛關(guān)注，實(shí)現(xiàn)了快速程序刷新以及視頻、音頻等功能。

1 車載以太網(wǎng)內(nèi)涵

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，車輛開始廣泛采用車聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)、云服務(wù)以及大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)，當(dāng)前的車載總線無法滿足車載測試需求，亟須可擴(kuò)展、可開放且兼容性較強(qiáng)的車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。車載以太網(wǎng)主要利用了汽車內(nèi)部電子單元與以太網(wǎng)技術(shù)，在傳輸數(shù)據(jù)信息時(shí)只需要利用但對(duì)非屏蔽雙絞線即可實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行速率較高，且電磁輻射低，降低了功耗，更好滿足了車載的實(shí)時(shí)性與同步性。車載屬于下一代的車載局域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具備明顯的總結(jié)優(yōu)勢，在通信網(wǎng)絡(luò)方面得到了廣泛采用，解決了當(dāng)前的總線技術(shù)難題。

2 車載以太網(wǎng)協(xié)議結(jié)構(gòu)

車載以太網(wǎng)屬于協(xié)議簇，分為多個(gè)不同層次，包括傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層以及數(shù)據(jù)鏈路層等方面，且每層均具備高層應(yīng)用程序。一是物理層，采用BroadR-Reach技術(shù)，其采用了標(biāo)準(zhǔn)的MAC層接口，可以與以太網(wǎng)類型相同的數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)邏輯分層，以相同的方式運(yùn)行高層協(xié)議軟件。利用BroadR-Reach技術(shù)可以將MAC層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三元信號(hào)，在低頻率范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，在降低運(yùn)行成本的基礎(chǔ)上加快數(shù)據(jù)的傳輸效率。同時(shí)，類似于其他車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，BroadR-Reach還可以實(shí)現(xiàn)電流隔離，達(dá)到額定標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值。BroadR-Reach技術(shù)可以同時(shí)在以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)上發(fā)送與接收數(shù)據(jù)信息，采用回音抵消以及混合電纜等特殊技術(shù)方法，相較傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)，BroadR-Reach系統(tǒng)更為復(fù)雜，測試工程人員無法在開發(fā)以太網(wǎng)期間實(shí)現(xiàn)移植。二是AVB協(xié)議簇，隨著駕駛輔助領(lǐng)域中信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，汽車系統(tǒng)中需要傳輸更多的音頻數(shù)據(jù)信息，以太網(wǎng)音視頻橋接技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。AVB具備較高的服務(wù)水平，可以及時(shí)傳輸數(shù)據(jù)信息，可以通過AVB協(xié)議部署于汽車中，實(shí)現(xiàn)了同步協(xié)議、排隊(duì)協(xié)議、音視頻傳輸協(xié)議等功能。三是TCP/IP協(xié)議簇，其屬于網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的核心組成部分，屬于OSI模型的傳輸層，在上方軟件與下方硬件之間位于重要連接點(diǎn)的位置，主要在互聯(lián)網(wǎng)中利用高層軟甲提供重要服務(wù)，為網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議與高層應(yīng)用需求搭建橋梁，TCP/IP屬于兩個(gè)關(guān)鍵傳輸協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)主機(jī)之間的計(jì)時(shí)通信，包括傳輸控制協(xié)議與用戶數(shù)據(jù)協(xié)議等兩個(gè)方面。四是應(yīng)用層協(xié)議，主要指的是用戶與網(wǎng)絡(luò)之間的交互界面，覆蓋了OSI參考模型的第5層至第7層，期間技術(shù)人員在結(jié)合用戶需求的基礎(chǔ)上提供多種應(yīng)用協(xié)議，包括流媒體服務(wù)、通信控制、超文本傳輸協(xié)議以及連接管理等方面。

3 車載以太網(wǎng)測試

隨著汽車數(shù)量的不斷增加，人們對(duì)其性能及要求水平也在不斷提升，為了進(jìn)行完善的測試，需要汽車車載系統(tǒng)具備較高的品質(zhì)、可靠性以及安全性，加快研發(fā)速度，從而可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，并采取針對(duì)性的解決措施，以有效降低運(yùn)行成本。

3.1 傳統(tǒng)以太網(wǎng)與車載以太網(wǎng)測試的區(qū)別

以太網(wǎng)主要用于家庭與工作單位中，屬于有線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)，最為常用的技術(shù)方法。傳統(tǒng)以太網(wǎng)與車載以太網(wǎng)測試技術(shù)存在較大差異，比如在傳統(tǒng)的IT行業(yè)中，人們對(duì)以太網(wǎng)的一致性要求較低，且并未出臺(tái)完善的測試標(biāo)準(zhǔn)，而車載以太網(wǎng)的測試要求較高，由專門的組織結(jié)構(gòu)設(shè)定，參數(shù)信息更為完善。

3.2 車載以太網(wǎng)測試

車載功能逐漸增大，且變得更為復(fù)雜，為了在保證覆蓋率的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)測試，降低運(yùn)行成本，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)綜合采用功能測試、網(wǎng)絡(luò)安全測試以及一致性測試等方法，根據(jù)國際通用的V模型設(shè)計(jì)以太網(wǎng)流程，實(shí)車測試、部件測試以及系統(tǒng)測試等均屬于車載以太網(wǎng)的測試階段，且內(nèi)容大體一致，其中一致性測試主要包括互操作性能、穩(wěn)定性以及標(biāo)準(zhǔn)一致性等方面，而性能測試則主要模擬真實(shí)的通信場景，綜合采用多種度量與功能測試方法，比如抖動(dòng)、服務(wù)質(zhì)量、延遲以及時(shí)間同步等方面。部件測試包括OEM自定義測試以及AVnu定義測試，系統(tǒng)測試則分為網(wǎng)絡(luò)管理、網(wǎng)絡(luò)診斷、刷寫測試以及網(wǎng)關(guān)路由測試等方面。除此之外，實(shí)車測試主要為OEM定義測試內(nèi)容，包括以太網(wǎng)相關(guān)測試流程，在整個(gè)車載測試期間綜合采用網(wǎng)絡(luò)安全以及以太網(wǎng)基礎(chǔ)測試方法。

4 車載以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 以太網(wǎng)通用技術(shù)

在當(dāng)前汽車行業(yè)中，其采用的車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無法保證外部設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)要求，這主要因?yàn)槠涫褂玫能囕d標(biāo)準(zhǔn)只適用于汽車領(lǐng)域，范圍較窄，比如汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議、局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、控制局域網(wǎng)絡(luò)等方面。同時(shí)，以太網(wǎng)的成熟性與開放性更強(qiáng)，將其應(yīng)用至汽車領(lǐng)域中可以有效降低成本費(fèi)用，獲得預(yù)期的測試效果。比如在汽車領(lǐng)域中應(yīng)用以太網(wǎng)物理層面的車輛診斷標(biāo)準(zhǔn)，其主要以以太網(wǎng)為中心，采用了IP協(xié)議方法，可以實(shí)時(shí)更新車載診斷系統(tǒng)與電子控制單元，摒棄了以往CAN總線的測試方法。同時(shí)，在以往CAN測試過程中，數(shù)據(jù)上傳需要較長時(shí)間，而采用以太網(wǎng)技術(shù)后，可以在較短時(shí)間內(nèi)邊完成千兆字節(jié)數(shù)據(jù)的傳輸工作。由此看出，以太網(wǎng)技術(shù)可以減少數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)間，在降低服務(wù)與生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上，獲得預(yù)期的測試效果。

4.2 高層對(duì)帶寬應(yīng)用需求增大

當(dāng)前電子技術(shù)在汽車行業(yè)中獲得了廣泛應(yīng)用，車載設(shè)備中開始廣泛采用大量的智能電子產(chǎn)品，且云理念的興起也使得智能視覺技術(shù)以及高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)在車載系統(tǒng)中廣泛采用，比如測試駕駛員意圖、檢測車道偏離情況以及信息娛樂現(xiàn)代化信息平臺(tái)等方面，這些均可看出汽車電子市場發(fā)展前景良好。同時(shí)，車載子系統(tǒng)的數(shù)量不斷增多，數(shù)據(jù)信息的共享功能也更為完善，攝像頭的分辨率越來越高，可以滿足車載系統(tǒng)的多樣化需求。調(diào)查顯示，在帶寬方面無法很好地使用車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，且CAN等車在網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)也處于停滯不前的發(fā)展階段，應(yīng)采用更為先進(jìn)的新興技術(shù)。MOST總線帶寬性能良好，使用了多臺(tái)共享設(shè)備，屬于常規(guī)架構(gòu)，且以太網(wǎng)采用星形連接方式，可以為各鏈接網(wǎng)絡(luò)提供專項(xiàng)帶寬，提高了測試性能。

4.3 以太網(wǎng)的開放與互聯(lián)擴(kuò)展性能

隨著高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)的日益復(fù)雜，汽車行業(yè)需要簡單且標(biāo)準(zhǔn)的測試方法，以隔離各子系統(tǒng)，在滿足互操作性與重用性的基礎(chǔ)上，將車載系統(tǒng)看作開展網(wǎng)絡(luò)的管理運(yùn)營活動(dòng)，而以太網(wǎng)可以更好滿足上述要求，因此應(yīng)將以太網(wǎng)作為車載主干網(wǎng)絡(luò)，并廣泛應(yīng)用至各個(gè)領(lǐng)域，尤其有效應(yīng)用至帶寬需求量較大的領(lǐng)域中。以太網(wǎng)具備較強(qiáng)的擴(kuò)展性與開放靈活性，可以更好遠(yuǎn)程處理信息符號(hào)，車載網(wǎng)絡(luò)與Web應(yīng)用程序主要利用車載網(wǎng)絡(luò)接口連接過渡，增大了與外界交流的頻率，且交流變得更為通暢。比如當(dāng)前我國發(fā)展速度較快的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)傳輸以及汽車應(yīng)用等系統(tǒng)。

5 結(jié)束語

隨著電子市場的快速發(fā)展，汽車車載網(wǎng)絡(luò)中開始廣泛采用以太網(wǎng)，且得到多方認(rèn)可。在車載中采用以太網(wǎng)技術(shù)，可以加快此行業(yè)的發(fā)展進(jìn)程，在降低應(yīng)用成本的基礎(chǔ)上，優(yōu)化完善帶寬，獲得預(yù)期的應(yīng)用效果。

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