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麻小扎啤龙门阵,聊聊车载以太网测试:(2)以太网测什么

黄东风 北汇信息 2022-09-22

随着克罗地亚2-1绝杀英格兰,世界杯决赛两强正式出炉。双雄争霸,最后谁能捧走大力神杯,是群星云集的法国队还是一路高歌猛进的克罗地亚队?让我们麻小扎啤小板凳,相约一起看决赛!

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前言

回到咱们汽车届“世界杯级明星”车载以太网,上回先从“关于测试”(点击此处回顾→)聊起,让我们对汽车电子测试面向的对象的复杂度有了了解,也认识到要想成为“专业优秀”的汽车电子测试人员,需兼顾软硬件知识,不仅要知其然,更要“知其所以然”。上回算是一个引言,本次正式进入正题,咱们来聊聊以太网究竟测什么?剩下两个主题“以太网-如何测”、“以太网-测试策略”的文章将陆续发布,敬请持续关注!

风哥有话说

对以太网及以太网测试的“慌”源自何处:

  • 你真的了解你的“对象”是什么吗——懵圈

  • “对象”过于高深,无从下手——迷茫

  • 时间阈门、领导期盼、同仁对手进步——紧张

于是按部就班想从那本几千页白皮枕头书(奉为“宝典”)以及文山文海中找寻答案,发现书中各种跳转索引,毕其一生无法阅尽(其实是“字典”),更慌了。如何是好?下图汇集了传统以太网和车载以太网的各山头,选好要拜哪个,同时可对比传统以太网和车载以太网的区别

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以太网测什么?

先来说说“道”


  • 一个中心

无论是何“线”/何“网”,都是服务于整车功能和特性的;所以你的以太网用来做什么,应用场景是什么,这是首要问题,有的放矢。

  • 两个基本点

其一:测试源自需求规范,直白点:你或你的客户(OEM)的需求规范定义了啥,自然就要测啥,需求的可验证性也是判断需求是否合理的标准;

其二:立足于自身角色和职责(你是谁,你在做什么)。

再来聊聊“术”


复杂问题简单化,把庞杂的以太网需求/测试规范粗暴划分为两块。


行业通用需求及测试规范体系

此类规范针对ECU级或Component级。

OPEN Alliance

下图从ECU及ECU交互性角度所涉及的OPEN Alliance所定义的规范,其中测试规范为TC8 & TC1 & TC12(1000Base-T1),针对TC8-2.0来个走马观花:何为重点,为何重点?

L1-PMA

车载以太网通信速度的大幅提升,使得通信“品质”对物理链路特性更敏感、更矫情,匹配电路的设计、Layout布局和布线长度、连接器、线束的选择(别被宣传材料误导,传统CAN线束是无法直接用作量产车载以太网),甚至在车中的走线路径都对通信带来至关重要的影响,所以PMA测试重要且是前提。当然,从系统的层面需要考虑设计不同测试场景验证耦合影响(这一点是TC8中未曾涉及的)。

L1-IOP(交互性测试)

首先,从以太网的通信机制上物理层面需建立Link才可进行后续的通信,这是基础,和传统车载总线完全不是一个套路。

其次,感兴趣的同仁可以研究下NXP、Marvell、Broadcom的PHY UserManual,必然都遵循802.3bw中定义通用特性和状态机,但实现细节是各显神通,即使是一家厂商的PHY,配置的不同也会带来影响,从OEM角度要保证各个节点之间可通信交互,从Tier1角度要证明自己可以和其它节点通信。

综上,为何IOP测试重要,为何须对PHY有深入的知识储备才可以支撑该测试?剧透:TC8-IOP所提供的测试项也是不够的,还有很多场景是需要从车辆实际使用的角度去追加考量的。

L3-L5

侧重于对通信软件的逻辑性和部分格式参数的验证,对于逻辑性如果选用如Vector的通信代码包是很有保障的。

但是代码包再专业,需要配置好,需要和硬件结合好,如Vector MICROSAR.ETH代码中需配置的参数几百个之多,复杂度可见一斑,所以对于“参数”类的测试是需要着重留意的。

AUTOSAR-Ethernet

AUTOSAR组织针对嵌入式资源有限的特点,对传统TCP/IP/UDP代码做了优化(内存访问机制做了优化),同时提供了对应的测试验证规范,对于采用AUTOSAR架构的以太网节点,当然需要覆盖该测试。

AVnu

针对AVB(包括TSN),AVun提供完整的需求规范和测试规范的定义,个人觉得AVB规范体系很成熟和完善,但是对于车载应用,成本和性能的严苛要求,让AVB节点开发实现难度很大,对软硬件整体开发能力要求很高,与之对应AVB相对的测试功能和性能测试成为发现问题的重要支撑。

RFC

关于RFC提到最多的是RFC2889、2544、3918,其中2889和2544常被用作Switch芯片级的验证用以代替TC8-L2,个人观点如果测试的是芯片本身的“天然属性”,Tier1/OEM Review报告即可,如果涉及与上层代码的交互或用户的配置,就当引起重视了,补充一点:2544的测试项所隐含的Concept是值得学习和和借鉴的。对于3918的IGMP测试完全取决与是否使用了该协议。

OEM定制需求及测试

包括部件级、系统级和实车级,当然对于系统和实车的测试主体仅为OEM。

部件级

基础测试

比如通信电压、休眠唤醒等相关测试,后者最闹心,有了问题往往会引发馈电,但对当前的以太网应用基本不经由以太网唤醒(虽然PHY支持),缓期执行可稍心安一阵。

数据库的一致性验证:对OEM定义的参数进行一致性验证,比如数据场格式、数值范围、VLAN-ID、SOME/IP报文格式,报文时间参数等。

通信应用测试

SOME/IP应用测试、UDP-NM,其中UDP-NM和AUTOSAR-NM换汤不换药,网络管理状态机相同,但是前面已提到,短期内不会被应用,至于原因,篇幅受限,可自行了解PHY的Link机制和过程、NXP等datasheet、TC10规范就会有个清晰认识了;待TC10推广,车载以太网作为主干网了,UDP-NM就逃不掉了。

通信鲁棒性和性能测试

部分测试点来自于OEM正向需求,更多的源自对网络特性、对车辆使用场景的理解。

基于以太网的诊断和刷写测试

以太网PHY提供了太多的寄存器可配置,PHY状态复杂,从整车功能应用的角度相当多的状态须通过诊断方式进行操控,所以其诊断将会比传统的复杂,影响诊断设计,同样直接影响了测试范畴。

关于刷写,ISO 13400做了框架性的定义,但毋容置疑各OEM会做自定义Detail(比如激活方式、DoIP报文类型),同时需要区分边缘节点和内部节点,是存在差别的,需定制开发的。


系统级

这是OEM的核心关注点之一,从目的上与传统总线通信系统级测试无二,需验证系统层面的通信逻辑及逻辑稳定性、鲁棒性和性能指标,单就测试条目,的确存在部分条目与部件级相同,但是测试方法是有很大差异的;另外有些测试点在系统层面才会更有意义,比如不同模式(哪些模式呢?)下的带宽监测、延时等;除通信外,系统层面的刷写特性也是需要验证的。

实车级

同样的问题,实车和系统、部件又有何区别呢?要弄明白这个问题,就要考虑,总线网络/通信是用来干嘛的?所以到了实车阶段网络测试,已和功能测试密切耦合了(尤其是用SOME/IP),但是从场景选择及目的,测试的关注点,是存在差异的,比如触发车辆的特定模式、触发特定的功能应用场景,验证通信的稳定性。

当然环境不同,考量点也存在差异,以刷写为例,实车层面需考虑车辆操作状态对刷写的影响,同样需观测刷写对实车电子电器部件带来的“作用”。


小结

哪些需要重点测试?总的来说,对部件级而言涉及自定义需求,自设计方案,是软硬结合的;系统和实车需结合应用场景和使用环境。希望文中的concept和思路可供借鉴,技术细节涉及Know-How,先来个“提纲挈领”吧,犹抱琵琶半遮面,欲知详情如何,面对面跟您细细道来!


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