?【虹科案例】汽车领域向以太网融合，开发人员该如何进行车内通信验证？

在未来的发展中，汽车网络将从不同协议的异构网络向分层同构的以太网网络转变。在这种新形势下，反映真实汽车网络的实验室测试台将需要能够在车载通信验证过程中支持他们的分析工具，在记录流量的同时进行过滤和分析。

一.案件背景

1.汽车领域融入以太网

如今，汽车内部的技术变得越来越复杂和紧凑。汽车中的最新应用和功能在带宽、延迟、同步、高实用性和QoS方面得到了改进，同时降低了成本要求。传统协议(即CAN、LIN、MOST、FlexRay等。)已经在汽车上使用最频繁的不能满足这种趋势。在这种情况下，以太网显然引领了IVN车载网络的发展，因为与上面提到的其他协议相比，它具有以下优势:

就像很多其他部门(航天、铁路、工业自动化等。)，汽车领域融入以太网也是现实需求。根据MarketsAndMarkets的数据，汽车以太网市场将从2019年的16亿美元增长到2024年的44亿美元。同样，弗罗斯特&；沙利文的数据显示，到2022年，汽车以太网端口的总数预计将高于所有其他以太网端口的总数。

2.汽车IVN的架构演变

历史上，汽车中的电子系统分为几个“域”(主要是动力系统、底盘、车身、舒适性和诊断)。然而，近年来出现了一些新的“领域”，如信息娱乐、驾驶辅助、车载体验、C-V2x、雾和云后端。

在传统方法中，每个域都有一个独立的控制系统，该系统基于一个特殊的ECU(电子控制单元),负责每个域中特定的主要功能。现在，域之间的交互和依赖更多了，但它们通常仍然有独立的控制系统。此外，由于遗留问题，在最旧的域中，通信仍然基于非以太网协议。因此，“中央网关+域控制器”是未来车辆最常用的架构之一。

如上图所示，这个基于新架构的中央网关需要一个基于主干网(所谓的“融合主干网”)的以太网，来连接分布在车内的所有不同的域。该中央网关是一个以太网多端口路由器/交换机，具有额外的车辆控制层功能。同时，特定的域网关将每个域与以太网主干连接起来。当域中的协议也是以太网时，域网关将成为域交换机，因为它以某种方式作为常规以太网交换机运行。

在未来的发展中，汽车线束将由不同协议的异构网络(CAN、LIN、MOST、FlexRay等)演变而来。)到分层和同构以太网。

第二，挑战

一家专门从事汽车E/E系统的公司正在开发一种新的域网关，将驾驶辅助和信息娱乐域连接到汽车中的融合主干网络。这两个域使用的是同一个域网关，因为它们都属于汽车的同一个宏功能，即ADAS(高级驾驶辅助系统)服务。

这些域中使用的协议是支持AVB(音频视频桥接)的以太网。因此，在这种情况下，域网关扮演多端口以太网交换机的角色，具有特定的和应用定制的功能，例如以太网AVB支持。以太网AVB是对IEEE 802.1规范的一组扩展，它支持本地以太网网络传输时间和敏感音频/视频数据的丢失。

在这个域网关的验证过程中，在真实反映车联网的实验室测试平台上，经常会缺失以下功能:

1)记录测试平台上的流量，为域网关的仿真模型提供尽可能多的真实流量。

2)记录特定条件下该卷的帧/数据包。例如，假设需要在IEEE802.1AS平面上的特定时间戳之后记录所有IEEE802.1Qat帧。Qat和AS是一对IEEE802.1规范的扩展，它们定义了流预留和定时同步。

为了达到上述目的，不仅需要记录流量，还需要在记录数据包的同时保留一个时间戳，对网络部分的基本流量进行实时过滤和分析。

第三，解决方案

在关键系统中，有必要能够在帧级别分析网络通信，以便进行测试和取证。此外，这种分析的有效性将受到基础设施将帧与公共时间参考相关联的能力的限制。为了满足汽车行业的需求，红柯推出了高度专业化的分析工具RELY-REC，可用于无缝捕捉以太网流量，并记录所有存储信息的时间戳。这款独立设备嵌入了所有逻辑，使用与被分析网络相同的PTP时间基准，可用于监控、过滤、记录时间戳，并以低功耗和紧凑的格式捕获最复杂的以太网流量。

在这种情况下，红柯RELY-REC将以分接模式安装在“被测网络”的网络链路中，允许它通过其服务端口并远程检索记录的流量(PCAP格式)。这种设备的主要优点之一是其对任何应用的适应性，这归因于其多媒体多r……e基于SFP模块的以太网端口，支持汽车领域使用的大多数扩展接口。

此外，红柯RELY-REC包括一个强大的触发器工具，允许您根据嵌套条件(AND，or)定义触发器，并将多个操作链接到一个触发器。它支持多种输入类型(模拟/数字输入信号、警报和来自第三方系统的信号、时间表、同步丢失、数据包检测)，并连接到输出操作(流量记录、电子邮件通知、SNMP陷阱、系统日志消息、警报输出)。

为了简化对存储流量的访问，红柯RELY-REC支持用于存储优化和高效监控的可配置过滤器。这些过滤器可以由最终用户根据Wireshark语义进行定制，也可以使用基于第2层和第3层的预定义字段。此外，RELY-REC允许通过服务端口同时远程访问内部存储的记录。设备中可用的时间戳事件日志简化了触发器与相应记录的关联。

更多详情，欢迎访问hoautom.com。

四、案例总结

1.以太网融合已经成为现实，汽车网络领域也是如此。因此，在汽车网络中验证和集成新设备的需求逐渐显现。一些主要测试如下:

1)符合性测试，以验证协议符合性和互操作性。

2)汽车栈和组件的TCP/UDP/IP一致性测试。

3)主要用于协议验证和性能测试，以验证基于应用性能的数据平面和较低级别的同步平面的准确性和行为。

4)中心网关和域网关之间的以太网交换功能测试；AVB获得期望丢包、丢失、带宽和期望丢包的能力，每个业务类别的延迟业务(Qos)的带宽和延迟，链路故障后的切换和收敛时间，以及某些节点行为不当时的行为等。

并且对以下需求有较高的要求:

1)检查网络中传输的实时流量。

2)即时过滤流量。

3)收集实时数据。

4)根据车辆同步平面(例如IEEE 802.1AS)收集实时数据。

5)根据多个可配置的用户定义事件触发数据收集动作。

6)将数据保存到内部数据记录器，然后传输到PC进行后分析任务。

2.红柯RELY-REC是一种可以对常规以太网和高可用性以太网的流量进行检查、时间戳和记录的设备，可以满足上述所有要求。此外，该设备可以升级到TSN功能。

rainbow RELY-REC的主要特点:

多媒体多速率端口；

先进的事件日志触发工具，带有数据包检测和时间戳；

用于确定记录流量的可定制过滤器；

同步远程交通检索；

记录为PCAP格式，与Wireshark应用程序兼容；

可以使用时间敏感网络(TSN)功能。在未来的发展中，汽车网络将从不同协议的异构网络向分层同构的以太网网络转变。在这种新的形势下，反映真实汽车网络的实验室测试台将需要能够在车载通信验证过程中支持他们的分析工具，在记录流量的同时进行过滤和分析。

一.案件背景

1.汽车领域融入以太网

如今，汽车内部的技术变得越来越复杂和紧凑。汽车中的最新应用和功能在带宽、延迟、同步、高实用性和QoS方面得到了改进，同时降低了成本要求。传统协议(即CAN、LIN、MOST、FlexRay等。)已经在汽车上使用最频繁的不能满足这种趋势。在这种情况下，以太网显然引领了IVN车载网络的发展，因为与上面提到的其他协议相比，它具有以下优势:

就像很多其他部门(航天、铁路、工业自动化等。)，汽车领域融入以太网也是现实需求。根据MarketsAndMarkets的数据，汽车以太网市场将从2019年的16亿美元增长到2024年的44亿美元。同样，弗罗斯特&；沙利文的数据显示，到2022年，汽车以太网端口的总数预计将高于所有其他以太网端口的总数。

2.汽车IVN的架构演变

历史上，汽车中的电子系统分为几个“域”(主要是动力系统、底盘、车身、舒适性和诊断)。然而，近年来出现了一些新的“领域”，如信息娱乐、驾驶辅助、车载体验、C-V2x、雾和云后端。

在传统方法中，每个域都有一个独立的控制系统，该系统基于一个特殊的ECU(电子控制单元),负责每个域中特定的主要功能。现在，域之间的交互和依赖更多了，但它们通常仍然有独立的控制系统。此外，由于遗留问题，在最旧的域中，通信仍然基于非以太网协议。因此，“中央网关+域控制器”是未来车辆最常用的架构之一。

如上图所示，这个基于新架构的中央网关需要一个基于主干网(所谓的“融合主干网”)的以太网，来连接分布在车内的所有不同的域。该中央网关是一个以太网多端口路由器/交换机，具有额外的车辆控制层功能。同时，特定的域网关将每个域与以太网主干连接起来。当域中的协议也是以太网时，域网关将成为域交换机，因为它以某种方式作为常规的以太网交换机运行。

在未来的发展中，汽车线束将由不同协议的异构网络(CAN、LIN、MOST、FlexRay等)演变而来。)到分层和同构以太网。

第二，挑战

一家专门从事汽车E/E系统的公司正在开发一种新的域网关，将驾驶辅助和信息娱乐域连接到汽车中的融合主干网络。这两个域使用的是同一个域网关，因为它们都属于汽车的同一个宏功能，即ADAS(高级驾驶辅助系统)服务。

这些域中使用的协议是支持AVB(音频视频桥接)的以太网。因此，在这种情况下，域网关扮演多端口以太网交换机的角色，具有特定的和应用定制的功能，例如以太网AVB支持。以太网AVB是对IEEE 802.1规范的一组扩展，它支持本地以太网网络传输时间和敏感音频/视频数据的丢失。

在这个域网关的验证过程中，在真实反映车联网的实验室测试平台上，经常会缺失以下功能:

1)记录测试平台上的流量，为域网关的仿真模型提供尽可能多的真实流量。

2)记录特定条件下该卷的帧/数据包。例如，假设需要在IEEE802.1AS平面上的特定时间戳之后记录所有IEEE802.1Qat帧。Qat和AS是一对IEEE802.1规范的扩展，它们定义了流预留和定时同步。

为了达到上述目的，不仅需要记录流量，还需要在记录数据包的同时保留一个时间戳，对网络部分的基本流量进行实时过滤和分析。

第三，解决方案

在关键系统中，有必要能够在帧级别分析网络通信，以便进行测试和取证。此外，这种分析的有效性将受到基础设施将帧与公共时间参考相关联的能力的限制。为了满足汽车行业的需求，红柯推出了高度专业化的分析工具RELY-REC，可用于无缝捕捉以太网流量，并记录所有存储信息的时间戳。这款独立设备嵌入了所有逻辑，使用与被分析网络相同的PTP时间基准，可用于监控、过滤、记录时间戳，并以低功耗和紧凑的格式捕获最复杂的以太网流量。

在这种情况下，红柯RELY-REC将以分接模式安装在“被测网络”的网络链路中，允许它通过其服务端口并远程检索记录的流量(PCAP格式)。这种设备的主要优点之一是其对任何应用的适应性，这归因于其多媒体多r……e基于SFP模块的以太网端口，支持汽车领域使用的大多数扩展接口。

此外，红柯RELY-REC包括一个强大的触发器工具，允许您根据嵌套条件(AND，or)定义触发器，并将多个操作链接到一个触发器。它支持多种输入类型(模拟/数字输入信号、警报和来自第三方系统的信号、时间表、同步丢失、数据包检测)，并连接到输出操作(流量记录、电子邮件通知、SNMP陷阱、系统日志消息、警报输出)。

为了简化对存储流量的访问，红柯RELY-REC支持用于存储优化和高效监控的可配置过滤器。这些过滤器可以由最终用户根据Wireshark语义进行定制，也可以使用基于第2层和第3层的预定义字段。此外，RELY-REC允许通过服务端口同时远程访问内部存储的记录。设备中可用的时间戳事件日志简化了触发器与相应记录的关联。

更多详情，欢迎访问hoautom.com。

四、案例总结

1.以太网融合已经成为现实，汽车网络领域也是如此。因此，在汽车网络中验证和集成新设备的需求逐渐显现。一些主要测试如下:

1)符合性测试，以验证协议符合性和互操作性。

2)汽车栈和组件的TCP/UDP/IP一致性测试。

3)主要用于协议验证和性能测试，以验证基于应用性能的数据平面和较低级别的同步平面的准确性和行为。

4)中心网关和域网关之间的以太网交换功能测试；AVB获得期望丢包、丢失、带宽和期望丢包的能力，每个业务类别的延迟业务(Qos)的带宽和延迟，链路故障后的切换和收敛时间，以及某些节点行为不当时的行为等。

并且对以下需求有较高的要求:

1)检查网络中传输的实时流量。

2)即时过滤流量。

3)收集实时数据。

4)根据车辆同步平面(例如IEEE 802.1AS)收集实时数据。

5)根据多个可配置的用户定义事件触发数据收集动作。

6)将数据保存到内部数据记录器，然后传输到PC进行后分析任务。

2.红柯RELY-REC是一种可以对常规以太网和高可用性以太网的流量进行检查、时间戳和记录的设备，可以满足上述所有要求。此外，该设备可以升级到TSN功能。

rainbow RELY-REC的主要特点:

多媒体多速率端口；

先进的事件日志触发工具，带有数据包检测和时间戳；

用于确定记录流量的可定制过滤器；

同步远程交通检索；

记录为PCAP格式，与Wireshark应用程序兼容；

可以使用时间敏感网络(TSN)功能。

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