基于車載以太網(wǎng)的HIL 實(shí)時(shí)仿真測(cè)試平臺(tái)的研究及應(yīng)用

任 勇，張文平，王 濤，李小燕

（1.福田戴姆勒汽車有限公司，北京 懷柔 101400；2.北京石墨烯研究院，北京 海淀 100094）

由于汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化的進(jìn)一步發(fā)展，汽車車載網(wǎng)絡(luò)容量需求已極大超過(guò)了CAN或FlexFile等傳統(tǒng)汽車車載網(wǎng)絡(luò)的能力范圍，從而擁有更高傳輸速率的汽車以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。汽車車載以太網(wǎng)是一種采用以太網(wǎng)連接車內(nèi)電子單元的全新局域網(wǎng)技術(shù)，其標(biāo)準(zhǔn)[1-3]基于單對(duì)雙絞線以太網(wǎng)的Broad R-Reach或OABR技術(shù)，最高能夠完成1000 Mbit/s的傳輸速率，同時(shí)滿足汽車行業(yè)高可靠性、低電磁輻射、低功耗及同步實(shí)時(shí)性等性能要求。因此，汽車車載以太網(wǎng)在車輛動(dòng)力、智能駕駛、娛樂(lè)等整車網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷增加。

HIL測(cè)試系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行整車模型，并利用接口板卡鏈接被測(cè)控制器硬件接口，模擬被測(cè)控制器的輸入信息，收集控制器的輸出和必要的輸入信息，進(jìn)行控制器對(duì)實(shí)時(shí)模型的閉環(huán)控制和HIL系統(tǒng)集成測(cè)試工作，完成對(duì)功能邏輯算法的驗(yàn)證與測(cè)試。目前，基于CAN/CANFD通信的HIL實(shí)時(shí)仿真測(cè)試平臺(tái)，國(guó)內(nèi)已有廣泛研究[4-7]，而利用MATLAB搭建支持車載以太網(wǎng)SOME/IP通信和CAN/CANFD通信的模型，同時(shí)支持DoIP通信的HIL實(shí)時(shí)仿真測(cè)試平臺(tái)研究尚未見(jiàn)報(bào)道。

本文基于Dspace實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)，搭建同時(shí)支持車載以太網(wǎng)SOME/IP通信、CAN/CANFD通信和DoIP通信的HIL實(shí)時(shí)仿真測(cè)試平臺(tái)，該平臺(tái)成功應(yīng)用于環(huán)網(wǎng)架構(gòu)域控制器的HIL工作中。

1 車載以太網(wǎng)HIL實(shí)時(shí)仿真測(cè)試平臺(tái)

車載以太網(wǎng)HIL實(shí)時(shí)仿真測(cè)試平臺(tái)如圖1所示。該平臺(tái)主要由上位機(jī)電腦、HIL仿真臺(tái)架、交換機(jī)、診斷上位機(jī)和被測(cè)控制器等組成。

車載以太網(wǎng)HIL實(shí)時(shí)仿真測(cè)試平臺(tái)搭建過(guò)程大致如下：首先，按照?qǐng)D1連接HIL仿真臺(tái)架、被測(cè)控制器、交換機(jī)和上位機(jī)電腦的物理接口；其次，解析車載以太網(wǎng)SOME/IP ARXML協(xié)議，根據(jù)服務(wù)接口搭建車載以太網(wǎng)通信模塊，仿真車載以太網(wǎng)服務(wù)（Method和Event類型）信號(hào)，而后通過(guò)配置CANMM仿真CAN/CANFD信號(hào)，建立車載以太網(wǎng)信號(hào)與CAN/CANFD信號(hào)的交互；然后，根據(jù)功能規(guī)范，搭建HIL仿真模型，并將自動(dòng)化環(huán)境模型加載至HIL仿真平臺(tái)，并對(duì)HIL仿真平臺(tái)進(jìn)行接口配置，配置車載以太網(wǎng)信號(hào)通道、CAN/CANFD信號(hào)通道及I/O通道，編譯仿真模型，生成SDF（System Description File，系統(tǒng)描述文件），上位機(jī)通過(guò)網(wǎng)線下載到下位機(jī)Real Time中運(yùn)行；最后，配置車載以太網(wǎng)交換機(jī)，使車載以太網(wǎng)診斷上位機(jī)與被測(cè)控制器建立通信，形成具備測(cè)試車載以太網(wǎng)的HIL實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)。

1）上位機(jī)電腦。HIL仿真平臺(tái)使用的工作站為上位機(jī)電腦，上位機(jī)電腦具有以下作用：①安裝MATLAB軟件，用于模型的開(kāi)發(fā)及離線仿真；②安裝ConfigurationDesk軟件，將IO硬件配置與仿真模型搭建分開(kāi)，用于硬件板卡與Simulink模型之間的關(guān)聯(lián)配置；③安裝ControlDesk軟件，用于對(duì)模型進(jìn)行手動(dòng)控制并顯示仿真的輸出數(shù)據(jù)；④安裝Wireshark軟件，用于采集和分析車載以太網(wǎng)報(bào)文。

2）HIL仿真臺(tái)架。HIL仿真臺(tái)架由下位機(jī)實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)和板卡箱組成。實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)為RTI實(shí)時(shí)機(jī)，能夠進(jìn)行高可靠性強(qiáng)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，響應(yīng)時(shí)間≤100μs。在實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)運(yùn)行仿真模型來(lái)模擬車輛的運(yùn)行狀態(tài)，通過(guò)接收被測(cè)對(duì)象發(fā)送信號(hào)，并對(duì)被測(cè)對(duì)象接收信號(hào)進(jìn)行仿真，仿真環(huán)境可與被測(cè)對(duì)象之間形成閉環(huán)，進(jìn)而為HIL自動(dòng)化測(cè)試提供必要的基礎(chǔ)。板卡箱包括DS6101板卡（電阻輸出信號(hào)通道、模擬輸入輸出通道、PWM輸入輸出通道、數(shù)字輸入輸出通道）、DS2671板卡（CAN/CANFD的通道）、DS6333板卡（車載以太網(wǎng)的通道）和負(fù)載板卡（用于配合DS6101板卡中的“數(shù)字輸入”通道使用）。

3）診斷上位機(jī)。車載以太網(wǎng)診斷上位機(jī)為基于Python語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的診斷上位機(jī)，該診斷上位機(jī)通過(guò)PCAN與被測(cè)控制器連接，實(shí)現(xiàn)CAN/CANFD診斷；診斷上位機(jī)同時(shí)也可通過(guò)交換機(jī)與被測(cè)控制器相連，支持車載以太網(wǎng)DoIP診斷。

4）交換機(jī)。交換機(jī)為T(mén)echnica的EES車載以太網(wǎng)交換機(jī)，支持多端口100/1000BASE-T1轉(zhuǎn)換，報(bào)文延遲為＜2μs，報(bào)文可帶有時(shí)間戳40ns精度。上位機(jī)通過(guò)車載以太網(wǎng)交換機(jī)環(huán)境模型、車載以太網(wǎng)診斷上位機(jī)與控制器連接，可與各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，并且可通過(guò)鏡像方式，抓取各節(jié)點(diǎn)之間的通信報(bào)文。

5）被測(cè)控制器。本系統(tǒng)的被測(cè)控制器為采用SOA架構(gòu)的域控制器，支持千兆以太網(wǎng)傳輸速率，支持SOME/IP通信和CAN/CANFD通信，通過(guò)DoIP進(jìn)行診斷，屬于HIL仿真測(cè)試對(duì)象。

2 HIL仿真模型

基于車載以太網(wǎng)HIL仿真包括：多功能通信模塊（支持車載以太網(wǎng)SOME/IP通信和CAN/CANFD通信）、電源控制模塊、動(dòng)力學(xué)模型、手動(dòng)控制模塊、輸入模塊、輸出模塊，見(jiàn)圖2。環(huán)境模型的主要功能是提供給被測(cè)控制器工作所需的各種輸入信號(hào)（I/O硬線信號(hào)、CAN/CANFD信號(hào)、車載以太網(wǎng)SOME/IP信號(hào)），并讀取被測(cè)控制器的輸出信號(hào)，進(jìn)而驗(yàn)證被測(cè)控制器的各個(gè)功能。該系統(tǒng)環(huán)境模型的每一個(gè)單獨(dú)輸出信號(hào)（I/O硬線信號(hào)、CAN/CANFD信號(hào)、車載以太網(wǎng)SOME/IP信號(hào)）都有兩種數(shù)據(jù)流方式，一是通過(guò)動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行仿真，二是通過(guò)手動(dòng)設(shè)置。動(dòng)力學(xué)仿真模式將被測(cè)控制器的輸出信號(hào)及駕駛員輸入信號(hào)傳到模型中進(jìn)行處理，形成了信號(hào)的閉環(huán)；而手動(dòng)設(shè)置模式則是直接對(duì)被測(cè)控制器的輸入進(jìn)行設(shè)置，沒(méi)有形成信號(hào)閉環(huán)。通過(guò)仿真模型進(jìn)行某一信號(hào)的改變，可以驗(yàn)證該信號(hào)對(duì)于被測(cè)控制器相關(guān)聯(lián)功能以及車輛模型其他關(guān)聯(lián)參數(shù)的一系列影響，而通過(guò)手動(dòng)設(shè)置模式向被測(cè)控制器輸入信號(hào)，能便捷直接地驗(yàn)證被測(cè)控制器的直接關(guān)聯(lián)功能，便于測(cè)試人員驗(yàn)證問(wèn)題。

圖2 仿真模型模塊

2.1 電源控制模塊

電源控制模塊包括4個(gè)信號(hào)，分別是：①設(shè)備低壓程控電源開(kāi)關(guān)控制信號(hào)，同時(shí)也是被測(cè)控制器低壓開(kāi)關(guān)控制信號(hào)；②設(shè)備保護(hù)電流設(shè)置；③設(shè)備遠(yuǎn)程操作允許設(shè)置，此設(shè)置允許在上位機(jī)對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作；④設(shè)備低壓電源電壓值設(shè)置。

2.2 動(dòng)力學(xué)模型

動(dòng)力學(xué)模型包括駕駛員模型、車輛動(dòng)力學(xué)模型、OUTPORT模塊及Plantmodeloutport等4個(gè)模塊。分別為：①駕駛員模型的功能是模擬駕駛員對(duì)車輛的一些可操作設(shè)備的操作及外界環(huán)境對(duì)車輛的影響因素，作為動(dòng)力學(xué)仿真模型必要的輸入；②車輛動(dòng)力學(xué)模型主要由電池模塊、電機(jī)模塊、變速器模塊、車輛模塊、DCDC模塊、真空泵模塊、能耗計(jì)算模塊等子仿真模塊構(gòu)成；③OUTPORT模塊作用主要是將駕駛員模型中的輸入信號(hào)，分解或轉(zhuǎn)化成相關(guān)控制器I/O通道的開(kāi)關(guān)信號(hào)或模擬信號(hào)；④Plantmodeloutport，該模塊的功能是為之前動(dòng)力學(xué)模型沒(méi)有進(jìn)行仿真的信號(hào)賦值，保證模型能夠產(chǎn)生被測(cè)控制器需要的所有外部信號(hào)。

2.3 手動(dòng)控制模塊

手動(dòng)控制模塊的功能是提供人為設(shè)置Dspace任一輸出信號(hào)的接口，包括I/O信號(hào)、CAN信號(hào)和車載以太網(wǎng)SOME/IP信號(hào)。

1）I/O信號(hào)手動(dòng)控制模塊：該模塊的功能是提供Dspace設(shè)備向控制器輸出的所有I/O信號(hào)的手動(dòng)設(shè)置接口。與輸入模塊相同，每一個(gè)信號(hào)通道可以單獨(dú)控制是否啟用。對(duì)于每一個(gè)信號(hào)，其名稱代表了控制器的管腳號(hào)。

2）總線信號(hào)手動(dòng)控制模塊：信號(hào)設(shè)置模塊包括整車網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的所有總線信號(hào)（CAN信號(hào)和SOME/IP信號(hào)），每一個(gè)信號(hào)都有Value和Switch兩個(gè)信號(hào)，一個(gè)用來(lái)對(duì)該總線信號(hào)進(jìn)行數(shù)值設(shè)置，Switch信號(hào)用來(lái)進(jìn)行手動(dòng)設(shè)置值與模型仿真值的切換。信號(hào)觸發(fā)模塊的功能為向多功能通信模塊提供觸發(fā)信號(hào)，使Dspace設(shè)備按總線協(xié)議的要求發(fā)送相應(yīng)的總線信號(hào)。

2.4 輸入模塊

本模塊主要包括了被測(cè)控制器的輸出信號(hào)與HIL設(shè)備的接口模塊，功能是HIL設(shè)備接收被測(cè)控制器的輸出信號(hào)，并轉(zhuǎn)化成易讀格式。

2.5 輸出模塊

本模塊是HIL設(shè)備的輸出信號(hào)與被測(cè)控制器的接口，功能是將被測(cè)控制器工作需要的輸入信號(hào)通過(guò)HIL設(shè)備相應(yīng)的硬件接口發(fā)送給被測(cè)控制器。

2.6 多功能通信模塊

多功能通信模塊包含車載以太網(wǎng)通信模塊和CAN/CANFD通信模塊，功能是發(fā)送與接收車載以太網(wǎng)SOME/IP信號(hào)和CAN/CANFD信號(hào)。其中，車載以太網(wǎng)通信模塊具有以下技術(shù)指標(biāo)：①該通信模塊支持車載以太網(wǎng)協(xié)議中的UDP和TCP兩種傳輸方式，支持TCP握手，Socket建立；②該通信模塊支持發(fā)送車載以太網(wǎng)SOME/IP和SOME/IP SD報(bào)文，并可仿真事件通告、遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用的使用場(chǎng)景，同時(shí)可仿真SOME/IP SD報(bào)文訂閱過(guò)程；③該通信模塊支持車載以太網(wǎng)E2E校驗(yàn)及故障注入，同時(shí)支持單播、多播和廣播的網(wǎng)絡(luò)通信方式。

3 車載以太網(wǎng)HIL實(shí)時(shí)仿真測(cè)試

基于車載以太網(wǎng)HIL實(shí)時(shí)仿真測(cè)試平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)模擬駕駛測(cè)試、車載以太網(wǎng)服務(wù)訂閱、SOME/IP通信測(cè)試、車載以太網(wǎng)DoIP診斷測(cè)試和故障注入測(cè)試。

3.1 模擬駕駛測(cè)試

HIL仿真系統(tǒng)通過(guò)模擬實(shí)車運(yùn)行環(huán)境，可在實(shí)車測(cè)試前進(jìn)行基本功能的駕駛測(cè)試仿真測(cè)試，同時(shí)可以覆蓋實(shí)車上無(wú)法驗(yàn)證的測(cè)試場(chǎng)景（如極限工況測(cè)試等），為被測(cè)控制器軟件功能性測(cè)試提供了極大便利。測(cè)試者可通過(guò)駕駛員仿真界面為HIL仿真系統(tǒng)輸入ON電指令、油門(mén)開(kāi)度、制動(dòng)、換擋位置等信號(hào)。駕駛員仿真信號(hào)經(jīng)過(guò)硬件在環(huán)仿真模擬器的處理后，將傳感器I/O信號(hào)、CAN總線信號(hào)、車載以太網(wǎng)信號(hào)等傳輸?shù)秸嚳刂破?，整車控制器底層接收處理后傳輸至整車控制器?yīng)用層，整車控制器應(yīng)用層軟件運(yùn)算處理后發(fā)出執(zhí)行器控制信號(hào)。圖3為模擬駕駛測(cè)試界面。

圖3 模擬駕駛測(cè)試界面

如圖3所示，整車狀態(tài)為12，行車模式，READY燈點(diǎn)亮，擋位為D擋。同時(shí)該界面也可仿真快慢充插槍使被測(cè)控制器進(jìn)入快慢充模式，亦可仿真T-BOX邏輯使被測(cè)控制器進(jìn)入遠(yuǎn)程模式。

3.2 車載以太網(wǎng)服務(wù)訂閱及SOME/IP通信測(cè)試

采用基于SOME/IP協(xié)議通信的SOA架構(gòu)的控制器根據(jù)各節(jié)點(diǎn)的功能需求的不同，可分為Client端（客戶端）和Server端（服務(wù)端）。Server端為服務(wù)的提供者，可通過(guò)SOME/IP的服務(wù)接口向Clien端提供服務(wù)；Clien端為服務(wù)的消費(fèi)者，可通過(guò)服務(wù)接口向Server端請(qǐng)求服務(wù)。SOME/IP通信主要功能可以劃分為服務(wù)訂閱和遠(yuǎn)程服務(wù)調(diào)用。

本文以被測(cè)控制器上ON電功能為例，仿真節(jié)點(diǎn)ECU1為服務(wù)端，被測(cè)控制器ECU2為客戶端。具體上ON電流程如圖4所示，當(dāng)被測(cè)控制器收到制動(dòng)踏板踩下信號(hào)后，就會(huì)識(shí)別鑰匙位置是否在車內(nèi)，若鑰匙有效信號(hào)為有效，則被測(cè)控制器控制IG繼電器吸合，成功上ON電。下文將依據(jù)該實(shí)例進(jìn)行服務(wù)訂閱和遠(yuǎn)程服務(wù)調(diào)用過(guò)程說(shuō)明。

圖4 上ON電流程

3.2.1 服務(wù)訂閱

車載以太網(wǎng)的服務(wù)發(fā)現(xiàn)和訂閱是通過(guò)SOME/IP SD協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)的，固定端口號(hào)為30490，其報(bào)文使用UDP傳輸方式傳送。Client端可通過(guò)SOME/IP SD的Find Service報(bào)文發(fā)現(xiàn)服務(wù)實(shí)例，使用Subscribe報(bào)文訂閱報(bào)文或調(diào)用的服務(wù)實(shí)例；同時(shí)Server端通過(guò)SOME/IP SD的Offer報(bào)文告知其它網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可提供的服務(wù)，通過(guò)SubscribeACK/SubscribeNACK告知客戶端服務(wù)的可用性（比如服務(wù)出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，則該服務(wù)不可用），見(jiàn)圖5。

圖5 服務(wù)訂閱過(guò)程

SOME/IP SD 主要有以下優(yōu)勢(shì)：①車輛啟動(dòng)時(shí)，車內(nèi)各ECU初始化時(shí)間各不相同，ECU 通過(guò)SOME/IP SD 就可以靈活發(fā)布其Service 的使用狀態(tài)；②車輛變型時(shí)，可以更好適應(yīng)功能/配置的變化，同時(shí)減少前期的配置工作；③Client端的Service出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，SOME/IP SD可快速識(shí)別Service的不可用狀態(tài)，Server端就可以迅速做出響應(yīng)；④降低總線負(fù)載率，功能場(chǎng)景需要的時(shí)候才會(huì)提供/訂閱服務(wù)，可降低總線負(fù)載率，減少能量消耗。

被測(cè)控制器ECU2服務(wù)訂閱過(guò)程如下文描述。HIL系統(tǒng)啟動(dòng)后，給ECU2供電。ECU2訂閱ECU1鑰匙有效服務(wù)，實(shí)現(xiàn)服務(wù)的注冊(cè)，其服務(wù)發(fā)現(xiàn)和訂閱過(guò)程如圖6所示。

圖6 鑰匙有效服務(wù)訂閱過(guò)程

1）Client端以廣播形式發(fā)出發(fā)現(xiàn)服務(wù)（Type=0x00，F(xiàn)indService）報(bào)文給各節(jié)點(diǎn)，鑰匙有效服務(wù)Service ID為47105（源IP地址為192.168.61.7，目的IP地址為239.0.0.255）。

2）Server端收到該FindService報(bào)文后，通過(guò)單播發(fā)出提供服務(wù)（Type=0x01，OfferService）報(bào)文給Client端（源IP地址為192.168.61.4，目的IP地址為192.168.61.7）。

3）Client端收到該OfferService報(bào)文后，通過(guò)單播發(fā)出訂閱服務(wù)（Type=0x06，SubscribeEventgroup）報(bào)文給Server端（源IP地址為192.168.61.7，目的IP地址為192.168.61.4）。

4）Server端收到該SubscribeEventgroup報(bào)文后，通過(guò)單播發(fā)出服務(wù)確認(rèn)（Type=0x07，SubscribeEventgroupACK）報(bào)文給Client端（源IP地址為192.168.61.4，目的IP地址為192.168.61.7），此時(shí)服務(wù)訂閱成功。

3.2.2 遠(yuǎn)程服務(wù)調(diào)用

車載以太網(wǎng)遠(yuǎn)程服務(wù)調(diào)用報(bào)文類型可分為Method類型和Event類型，如圖7所示。Method類型又分為Request/Response（RR）和Fire&Forget（FF）兩種通信方式。其中RR通信主要用于實(shí)現(xiàn)Clien端發(fā)送請(qǐng)求消息，Server端收到請(qǐng)求，處理后進(jìn)行響應(yīng)；FF是一種不需要Client端響應(yīng)報(bào)文的請(qǐng)求通信。Event類型的通信主要用于實(shí)現(xiàn)Client端向Server 端訂閱需要的事件組/事件，當(dāng)事件被觸發(fā)時(shí)，Server端需要向Client端發(fā)送更新的內(nèi)容。

圖7 Request/Response服務(wù)和Event服務(wù)

Event類型報(bào)文發(fā)送方式可分為Cycle、On change和事件值變化超過(guò)預(yù)定范圍。圖8為鑰匙有效服務(wù)為On change觸發(fā)，上文中該服務(wù)已被客戶端訂閱。當(dāng)仿真節(jié)點(diǎn)服務(wù)端檢測(cè)到制動(dòng)踏板信號(hào)值變化時(shí)，就會(huì)觸發(fā)仿真節(jié)點(diǎn)發(fā)出鑰匙位置有效報(bào)文（Service ID=47105，Method ID=32769），同時(shí)被測(cè)控制器ECU2檢測(cè)到仿真環(huán)境發(fā)送的制動(dòng)踏板信號(hào)后，ECU2就會(huì)檢測(cè)鑰匙有效信號(hào)，當(dāng)ECU2接收到鑰匙位置有效信號(hào)為有效時(shí)，IG繼電器吸合，ECU2上ON電。圖8所示整車狀態(tài)為12，整車模式為行車模式。

圖8 成功上ON電界面和鑰匙有效信號(hào)

3.3 車載以太網(wǎng)DoIP診斷測(cè)試

DoIP的主要作用是實(shí)現(xiàn)外部診斷儀與車載網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的診斷連接，其通信采用TCP傳輸方式。本文利用自主開(kāi)發(fā)的DoIP診斷儀用于被測(cè)控制器ECU2的下線電檢測(cè)試。

3.3.1 連接過(guò)程

診斷儀與被測(cè)控制器ECU2建立網(wǎng)絡(luò)連接過(guò)程如下文所述。首先，進(jìn)行診斷儀與被測(cè)控制器的物理連接；其次，診斷儀請(qǐng)求被測(cè)控制器ECU2 打開(kāi) TCP_ DATA Socket，使診斷儀與被測(cè)控制器ECU2建立Socket（TCP 3次握手）；隨后，診斷儀向被測(cè)控制器ECU2發(fā)送路由激活請(qǐng)求，被測(cè)控制器收到路由激活指令后則進(jìn)行路由激活處理，建立Socket，并對(duì)診斷儀的激活請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)，從而完成路由激活連接，此時(shí)成功完成DoIP的連接。當(dāng)結(jié)束診斷交互后，診斷儀主動(dòng)請(qǐng)求關(guān)閉Socket（TCP 4次揮手），從而使診斷儀與被測(cè)控制器斷開(kāi)連接。DoIP連接和斷開(kāi)流程如圖9所示。

圖9 DoIP連接和斷開(kāi)流程

3.3.2 下線電檢診斷

1）首先，診斷儀與被測(cè)控制器ECU2進(jìn)行Socket連接和路由激活（診斷儀Source Address 為0x0E80，IP 為192.168.61.71；被測(cè)控制器ECU2 Target Address=0x0100，IP為192.168.61.36），如圖10所示。

圖10 DoIP連接示意圖

2）診斷儀發(fā)送診斷報(bào)文到被測(cè)控制器ECU2，DoIP實(shí)體經(jīng)過(guò)通用DoIP首部處理及DoIP診斷處理后，向診斷儀發(fā)送確認(rèn)接收的診斷響應(yīng)。如圖11所示，診斷儀發(fā)送0x10 03，DoIP實(shí)體回復(fù)0x50 03 00 32 00 c8，則被測(cè)控制器ECU2進(jìn)入擴(kuò)展模式。

圖11 DoIP診斷示意圖

3）當(dāng)DoIP斷開(kāi)連接時(shí)，首先進(jìn)行TCP 4次揮手過(guò)程，而后關(guān)閉Socket接口，如圖12所示。

圖12 DoIP斷開(kāi)示意圖

3.4 車載以太網(wǎng)E2E校驗(yàn)

車載以太網(wǎng)E2E為端到端保護(hù)機(jī)制的簡(jiǎn)稱，在整車通信系統(tǒng)中通過(guò)特定監(jiān)測(cè)機(jī)制來(lái)保證信息在節(jié)點(diǎn)之間傳輸過(guò)程中的數(shù)據(jù)及時(shí)性、正確性和完整性。從功能安全的角度看，如果E2E接收方必須依賴于所接收信號(hào)的及時(shí)性、正確性和完整性，那么E2E發(fā)送端和接收端之間的通信即為安全相關(guān)的。本文定義以太總線網(wǎng)絡(luò)使用Profile 4算法[5-7]。如圖13所示，E2E Profile 4算法元素包括：Length、Counter、Data ID、CRC Checksum。

圖13 E2E Header示意圖

Counter，其初始化、累加、重置以及校驗(yàn)都由E2E Profile完成。對(duì)于發(fā)送端，初始化完成以后，第1次傳輸時(shí)，Counter值應(yīng)該被初始化為0x0；每次發(fā)送后，Counter值遞增0x1；當(dāng)Counter值達(dá)到最大值0xFFFF后，下一次發(fā)送時(shí)，Counter值從0x0重新開(kāi)始循環(huán)。Data ID，每一個(gè)被E2E保護(hù)的信號(hào)組都擁有一個(gè)特定的ID，長(zhǎng)度為32bits。Data ID 配置為SOME/IP 的Message ID（ServiceID/MethodID）。Length用來(lái)指示車載以太網(wǎng)中報(bào)文數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，長(zhǎng)度為32bits。

CRC Checksum為循環(huán)冗余校驗(yàn)。被測(cè)控制器ECU2的CRC采用32-bit 0x1F4ACFB13多項(xiàng)式算法，具體參數(shù)設(shè)置見(jiàn)表1。

表1 32-bit 0xF4ACFB13算法元素值

車載以太網(wǎng)E2E校驗(yàn)測(cè)試前，需要把E2E Header的Length、Counter、Data ID和CRC Checksum算法導(dǎo)入HIL測(cè)試系統(tǒng)中。如需驗(yàn)證E2E校驗(yàn)的故障注入，可通過(guò)修改算法，使Length、Counter、Data ID和CRC Checksum其中之一錯(cuò)誤即可。圖14為加載E2E Profile 4算法仿真擋位信號(hào)（Service ID=14，Method ID=32769）的以太網(wǎng)E2E校驗(yàn)值，其中Length=0x00 1D，Counter=0x3B B3，Data ID=0x00 0E 80 01，CRC=0x4B E4 5E A6。

圖14 E2E校驗(yàn)案例

4 結(jié)論

本文基于Dspace實(shí)時(shí)仿真平臺(tái)搭建具備測(cè)試車載以太網(wǎng)的HIL實(shí)時(shí)仿真測(cè)試平臺(tái)及仿真測(cè)試。結(jié)果表明：該平臺(tái)可以滿足基本功能的駕駛仿真測(cè)試，同時(shí)支持CAN/CANFD通信和SOME/IP通信測(cè)試，并可以對(duì)車載以太網(wǎng)報(bào)文進(jìn)行E2E校驗(yàn)；利用診斷上位機(jī)可以進(jìn)行CAN/CANFD通信和DoIP通信的UDS診斷操作。綜上所述，車載以太網(wǎng)的HIL實(shí)時(shí)仿真測(cè)試平臺(tái)能夠幫助提高基于車載以太網(wǎng)通信的域控制器應(yīng)用軟件測(cè)試效率，提升軟件品質(zhì)，節(jié)省開(kāi)發(fā)成本，可以滿足當(dāng)前對(duì)于域控制器應(yīng)用層軟件快速開(kāi)發(fā)、驗(yàn)證、測(cè)試的需求。