智能網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)據(jù)分析 課件 模塊四 車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)技術(shù)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)據(jù)分析高等職業(yè)教育智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)專業(yè)Contents模塊二智能網(wǎng)聯(lián)汽車串口數(shù)據(jù)分析技術(shù)模塊三ＣＡＮ總線數(shù)據(jù)分析技術(shù)

模塊四車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)技術(shù)模塊五智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)模塊數(shù)據(jù)分析模塊六智能網(wǎng)聯(lián)汽車常用數(shù)據(jù)標準協(xié)議模塊一智能網(wǎng)聯(lián)汽車數(shù)據(jù)分析概述模塊四車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)技術(shù)一、車載以太網(wǎng)概述二、車載以太網(wǎng)架構(gòu)三、車載以太網(wǎng)測試四、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分析常用分析軟件介紹學習目標?知識目標１.了解車載以太網(wǎng)的發(fā)展與應(yīng)用；２.理解車載以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；３.掌握車載以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的測試內(nèi)容；４.了解以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分析的常用軟件。?技能目標熟練運用車載以太網(wǎng)常用分析軟件進行數(shù)據(jù)分析。?素養(yǎng)目標１.通過教學活動，培養(yǎng)學生愛黨報國、敬業(yè)奉獻、服務(wù)人民的思想意識；２.通過教學活動，培養(yǎng)學生獨立學習、分析和處理信息的能力，不斷提出真正解決問題的新理念、新思路、新辦法；３.通過技能訓練，培養(yǎng)學生團結(jié)協(xié)作、安全生產(chǎn)、規(guī)范操作的職業(yè)素養(yǎng)，弘揚勞動精神、奮斗精神、奉獻精神。

模塊四

車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)技術(shù)一、車載以太網(wǎng)概述車載以太網(wǎng)的應(yīng)用與發(fā)展車載以太網(wǎng)是用于連接汽車內(nèi)各種電氣設(shè)備的一種物理網(wǎng)絡(luò)，是一種用以太網(wǎng)連接車內(nèi)電子單元的新型局域網(wǎng)技術(shù)。以太網(wǎng)作為一種新型車載網(wǎng)絡(luò)的進入汽車網(wǎng)絡(luò)由來已久，2008年，寶馬公司第一次將100Base-T應(yīng)用到車載診斷系統(tǒng)(OBD)，2011年，博通(Broadcom)推出了BroadR-Reach車載以太網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)以太網(wǎng)從OBD應(yīng)用到車載網(wǎng)絡(luò)的過渡。2011年11月，由博通、恩智浦、飛思卡爾和哈曼國際發(fā)起的OPEN聯(lián)盟(One-pairEtherent

Allience)成立，旨在推動將基于以太網(wǎng)的技術(shù)標準應(yīng)用于車聯(lián)網(wǎng)中。2014年，BMW-X5成為首款采用BroadR-Reach以太網(wǎng)技術(shù)的量產(chǎn)車型。2015年開始在其全系車型中部署車載以太網(wǎng)，將娛樂、安全和通信子系統(tǒng)進行整合構(gòu)建車載以太網(wǎng)系統(tǒng)，2016年，車載以太網(wǎng)技術(shù)得到更多車廠的擁躉，捷豹、路虎56和大眾都在其某些車型集成了車載以太網(wǎng)技術(shù)。2015年，國內(nèi)車企奇瑞汽車就和博通簽訂了共同開發(fā)車載以太網(wǎng)應(yīng)用的合作諒解備忘錄，上汽榮威RX5是國內(nèi)第一個將車載以太網(wǎng)應(yīng)用到環(huán)視系統(tǒng)中的車型。１.車載以太網(wǎng)的應(yīng)用與發(fā)展特別是在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上，由于自動駕駛系統(tǒng)、智能座艙系統(tǒng)和車輛大數(shù)據(jù)采集等帶來了車輛對總線帶寬需求的爆發(fā)式增長，這需要擴展性強、高帶寬，且易于與其他控制器或系統(tǒng)交互的車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，同時有利于減少功耗、線束質(zhì)量和成本。因此，車載以太網(wǎng)技術(shù)成為一種非常具有優(yōu)勢的解決方案，以BroadR-Reach技術(shù)為例，能夠在提供100Mbps及更高寬帶性能的同時，實現(xiàn)30%的線束減重、80%通信連接成本降低，特別是在前期的技術(shù)與經(jīng)驗的積累下，將進入以太網(wǎng)替代CAN成為高速主干網(wǎng)，基于域控制器(DomainController)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)拓撲成為子網(wǎng)系統(tǒng)的時代。如圖4-1所示，該拓撲圖中以太網(wǎng)為主干網(wǎng)絡(luò)，將車載域控制器系統(tǒng)(車身域、底盤域、動力域、信息娛樂域、輔助駕駛域)，通過逐步引入支持超高Giga比特帶寬、超低時延TSN時間敏感型以太網(wǎng)技術(shù)進行高速互聯(lián)。1.車載以太網(wǎng)的應(yīng)用與發(fā)展但在短期內(nèi)車載以太網(wǎng)還無法取代現(xiàn)有的車載網(wǎng)絡(luò)。因此，以太網(wǎng)進入汽車網(wǎng)絡(luò)是一個分階段從子系統(tǒng)開始逐步深入，并最終統(tǒng)籌汽車網(wǎng)絡(luò)的演進過程，車載以太網(wǎng)的發(fā)展主要可分為三個階段:子系統(tǒng)級別、架構(gòu)級別、域級別。(1)第一階段:子系統(tǒng)級別，單獨在某個子系統(tǒng)使用以太網(wǎng)，這一階段的衍生產(chǎn)品目前已經(jīng)在整車上實施，如基于DoIP標準的車載診斷系統(tǒng)(OBD)和ECU軟件刷新，以ECU軟件刷新為例，和原有的CAAN相比，刷新時間將縮短為原來的百分之一，該應(yīng)用將大大提升診斷和刷新效率、節(jié)省時間、生產(chǎn)及服務(wù)成本。(２)第二階段:架構(gòu)級別,將幾個子系統(tǒng)功能整合形成一個擁有功能集合的小系統(tǒng),車載以太網(wǎng)在信息娛樂系統(tǒng)和駕駛員輔助系統(tǒng)的使用,伴隨著BroadR-Reach(博通)技術(shù)的日益成熟和標準化的不斷推進,基于AVB(以太網(wǎng)音視頻橋接)、SOME/IP(可擴展的面向服務(wù)的IP中間件)等技術(shù)將逐步推廣使用,車載以太網(wǎng)將以單節(jié)點或多個節(jié)點的形式進行搭載,如使用高分辨率IP攝像頭的全景泊車等駕駛輔助系統(tǒng)、多屏互動的高清信息娛樂系統(tǒng)等進入人們的視野,因為可以保證更高的帶寬和更低的延遲,在涉及安全方面的應(yīng)用,攝像頭可以使用更高分辨率的未壓縮的數(shù)據(jù)傳輸,從而避免如壓縮失真等導致障礙物檢測失敗的問題。1.車載以太網(wǎng)的應(yīng)用與發(fā)展(３)第三階段:域級別，如圖4-1所示，使用高速以太網(wǎng)為車載網(wǎng)絡(luò)骨干，集成動力總成、底盤、車身、多媒體、輔助駕駛，真正形成一個域級別的汽車網(wǎng)絡(luò)，各個域控制器在實現(xiàn)專用的控制功能的同時，還提供強大的網(wǎng)關(guān)功能，這種基于域控制器的架構(gòu)改變了傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)中ECU到ECU的點對點通信方式,如在車身控制域內(nèi)部，各部件通過CAN、LIN溝通實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，在娛樂子網(wǎng)中，娛樂域控制器與其子部件的通信將通過以太網(wǎng)實現(xiàn)，當一個域需要與其他域交換信息時，則經(jīng)由網(wǎng)關(guān)、以太網(wǎng)路由實現(xiàn)。目前車載以太網(wǎng)主要用用在三大領(lǐng)域：(１)信息娛樂:車輛大屏HSD線已經(jīng)逐漸用以太網(wǎng)替代(２)ADAS:由于自動駕駛域的出現(xiàn)，其下面一些傳感器，比如中央處理器交互，以及后面?zhèn)鞲衅骺刂破鲾z像頭之間的交互，慢慢地需要用到ADAS(３)診斷和刷新:前面提到的寶馬刷新需求,如果要刷1G數(shù)據(jù)量,若用以前的CAN或者CANFD,刷新要用16h或8h，然而用以太網(wǎng)之后速率能達100Mb/s的。在保證接口不變的情況下,即用到的連接器的接口都不變,只需要把CAN線換成以太網(wǎng)的線,就能達到相應(yīng)的一個速率。2.車載以太網(wǎng)與傳統(tǒng)以太網(wǎng)的區(qū)別

以太網(wǎng)能進入車載領(lǐng)域最關(guān)鍵的還是在于開發(fā)的車用以太網(wǎng)芯片和整體解決方案解決了傳統(tǒng)以太網(wǎng)的幾大痛點:通過相關(guān)技術(shù)成功解決了汽車數(shù)據(jù)帶寬的需求、車規(guī)要求的EMC(電磁兼容性)問題和車內(nèi)布線等，如提出了單對非屏蔽雙絞線方案，將傳統(tǒng)線束質(zhì)量減輕30%，降低了OEM(原始設(shè)備)的成本等。１)車載以太網(wǎng)解決了數(shù)據(jù)帶寬需求

汽車上的電子設(shè)備變得越來越復雜，各種控制系統(tǒng)以及傳感器的使用越來越多，車內(nèi)的各種處理器和域控制器需要更多的數(shù)據(jù)交互，這種大量的數(shù)據(jù)交互對于車內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸帶寬的要求越來越高，在萬物互聯(lián)的大趨勢下，汽車也慢慢變成了互聯(lián)網(wǎng)的一部分，很多汽車中都配備了4G/Wi-Fi，通過聯(lián)網(wǎng)，用戶和汽車OEM廠商可以對汽車中電子設(shè)備的軟件進行OTA升級，對汽車進行遠程診斷和狀態(tài)監(jiān)控，同時，車內(nèi)設(shè)備也可以通過互聯(lián)網(wǎng)獲得實時交通信息和娛樂信息，這些數(shù)據(jù)的交互都需要更高的車內(nèi)總線帶寬，此外智能駕駛的實現(xiàn)必須依賴于大量的傳感器(如激光雷達、攝像頭)，這些傳感器的數(shù)據(jù)傳輸和處理也依賴于更大的車內(nèi)總線帶寬。2.車載以太網(wǎng)與傳統(tǒng)以太網(wǎng)的區(qū)別２)車載以太網(wǎng)解決了車內(nèi)布線需求

車內(nèi)各個電子設(shè)備之間都是通過專用的電纜進行連接，這使車內(nèi)線纜的布置和連接變得更加復雜，同時也帶來了車內(nèi)線纜成本和重量的成倍增加(車內(nèi)線束的重量是在整車重量中排名第三位，同時成本也僅次于動力總成和底盤排名第三)。常規(guī)以太網(wǎng)與車載以太網(wǎng)的區(qū)別如圖4-2所示。(１)傳統(tǒng)以太網(wǎng)不能滿足汽車OEM廠商對于EMI(電磁干擾)和RF(輻射)的要求。民用的100BASE-TX和1000BASE-TX的輻射噪聲很難控制，并且承受噪聲干擾(抗擾)的能力比較差。(２)車載系統(tǒng)對于傳感器及控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度有非常高的要求，而傳統(tǒng)以太網(wǎng)不能保證ms級別(或更小)的傳輸延遲。(３)傳統(tǒng)以太網(wǎng)沒有提供網(wǎng)絡(luò)帶寬分配的方法，因此在不同的數(shù)據(jù)流同時傳輸時，無法保證每個數(shù)據(jù)流所需要的帶寬。(４)傳統(tǒng)以太網(wǎng)沒有提供網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間進行時鐘同步的方法，無法保證多個設(shè)備同一時刻針對數(shù)據(jù)進行同步采樣(尤其是音視頻數(shù)據(jù))。3.車載以太網(wǎng)標準化現(xiàn)狀

車載以太網(wǎng)標準化工作主要由IEEE802.3和IEEE802.1工作組、AUTOSAR聯(lián)盟、OPEN聯(lián)盟及AVnu聯(lián)盟起主要的推動作用,現(xiàn)階段已經(jīng)完成標準化情況匯總。3.車載以太網(wǎng)標準化現(xiàn)狀

車載以太網(wǎng)為了投入使用，進而形成一個產(chǎn)業(yè)，需要標準化，通過標準化，打通行業(yè)上下游的產(chǎn)業(yè)鏈，同時縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期以及后期的維護。ISO(國際標準化組織)也開始關(guān)注車載以太網(wǎng)，并將車載以太網(wǎng)標準納入網(wǎng)聯(lián)汽車標準體系中，ISO/TC22工作組目前正在制定車載以太網(wǎng)標準。

模塊四、車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)技術(shù)

車載以太網(wǎng)架構(gòu)對應(yīng)OSI(開放式系統(tǒng)互聯(lián))參考模型，主要分為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、應(yīng)用層，每一層都有各自的功能，并且提供了各種協(xié)議框架下形成的協(xié)議簇及高層應(yīng)用程序，車載以太網(wǎng)及其支持的上層協(xié)議技術(shù)架構(gòu)，如圖4-3所示。二、車載以太網(wǎng)架構(gòu)1.物理層與數(shù)據(jù)鏈路層１)物理層構(gòu)成

物理層兩個子層是PCS層和PMA層,他們集成在同一塊ASIC芯片中,

PCS子層接收MII層的數(shù)據(jù)并將其編碼為符號提供給PMA層處理,同時它也將從PMA層接收到的信號解碼成比特流,通過MII層傳遞給高層。PMA是準備好用于傳輸?shù)奈锢硇盘?同時接收信號向上傳遞,以便PCS可以從中提取編碼信息。1000BASE-T的PCS層構(gòu)成如圖4-4所示,圖中標黃的部分是和100BASE-T1不同的地方。1.物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

1000BASE-T采用的是4D-PAM5的編碼,100BASE-T1采用的是PAM3編碼,簡單介紹這兩種編碼的差別,如圖4-5示,PAM5是將傳輸線上分為5個電壓等級:-1Ｖ、-0.5Ｖ、0Ｖ、+0.5Ｖ、+1Ｖ,間隔只有0.5Ｖ,因此,對噪聲很敏感,會增加一些算法來進行糾錯，PAM3分為3個電壓等級1間隔1V。1.物理層與數(shù)據(jù)鏈路層

1000BASE-T的PAM層構(gòu)成如圖4-6所示,圖中標黃的部分是和100BASE-T1不同的地方,1000BASE-T和100BASE-T1非常相似,只是簡化了一下，100BASE-T1發(fā)送的信號不會經(jīng)過部分響應(yīng)脈沖整形器,因為只有一對線,也去除了近端串擾和去抖動模塊。1.物理層與數(shù)據(jù)鏈路層2)數(shù)據(jù)編碼過程

100BASE-T1在汽車上通過一對非屏蔽雙絞線可實現(xiàn)100Mb/s的全雙工數(shù)據(jù)傳輸，其物理層的主要工作原理是將MAC層傳遞的數(shù)據(jù),通過內(nèi)部時鐘轉(zhuǎn)換(4B/3B)、數(shù)據(jù)編碼(3B/2T)以及脈沖幅度調(diào)制(PAM3)轉(zhuǎn)換成雙絞線上傳遞的差分信號，以進行各種控制信號和數(shù)據(jù)的通信發(fā)送，接收過程反之，以發(fā)送為例，簡單介紹下過程：(1)MAC層的數(shù)據(jù)通過MII接口，以25MHz的速率將4bit并行傳遞至物理層之后先進行4bit到3bit時鐘轉(zhuǎn)換,將第一組4bit“0000”轉(zhuǎn)換為3bit的“000”，第一組4bit最后一個0和第二組的4bit的“0101”前2位“01”組成第二個3bit“001”，以此類推。(2)再進行3B/2T編碼?每3bit數(shù)據(jù)(3B)編碼成一對三進制符號(2T),標稱值分別為-1、0和+1，由于bit二進制數(shù)據(jù)可以對應(yīng)8個值，而2個三進制符號有9個可能值，這樣就可以通過一對三進制實現(xiàn)3bit二進制編碼值的覆蓋，且有一個符號對沒有使用。(3)完成了3B/2T編碼的一對三進制符號(2T)后，為了能在雙絞線上傳輸，需要將三進制符號中的-1、0、+1對應(yīng)成低電平、0或高電平，這種三電平脈沖幅度調(diào)制方式即PAM3。從這個過程可以看出，這將汽車以太網(wǎng)的信號帶寬限制在33.3MHz大約為100BASE-TX帶寬的一半，較低的信號帶寬可改善回波損耗，降低串擾，所以可以滿足嚴格的汽車電磁輻射要求。1.物理層與數(shù)據(jù)鏈路層3)回聲消除技術(shù)

回聲消除技術(shù)的主要過程：作為發(fā)送方的節(jié)點將自己要發(fā)送的差分電壓加載到雙絞線上，而作為接收者的節(jié)點則將雙絞線上的總電壓減去自己發(fā)出去的電壓，做減法得到的結(jié)果就是發(fā)送節(jié)點發(fā)送的電壓。簡單來說，就是對于100BASE-T1的任一節(jié)點，在其發(fā)送時將自己的信號電壓加入雙絞線上，而在接收時從雙絞線的電壓中減去自己的信號電壓，進而可以在一對雙絞線上實現(xiàn)全雙工，即100BASE-T1物理層的工作原理就是通過4B/3B轉(zhuǎn)換,3B/2T編碼，經(jīng)過PAM3調(diào)制，最終通過一對雙絞線上的差分信號以及回聲消除實現(xiàn)100Mbit/s的全雙工通信。1.物理層與數(shù)據(jù)鏈路層4)MII接口特殊的應(yīng)用

(1)通過APIX2進行點對點的連接，通過該主機內(nèi)的交換機連接到車載主干網(wǎng)絡(luò)，通過以太網(wǎng)鏈路將車輛信息傳輸?shù)絻x表上。

(2)PoDL供電，使用PoE為設(shè)備供電可以進一步減少汽車所需的布線質(zhì)量。

(3)低功耗喚醒規(guī)范，OPEN制定了喚醒規(guī)范。這是一個相對容易的最大能效車載應(yīng)用解決方案，最大能效意味著不僅僅是物理層，整個ECU都進入了睡眠狀態(tài)，只有在需要使用時才被喚醒。5)車載以太網(wǎng)的鏈路層BroadR-Reach提供標準以太網(wǎng)的MAC層接口，因而能夠使用與其他以太網(wǎng)類型相同的數(shù)據(jù)鏈路層邏輯功能及幀格式，能夠通過與其他以太網(wǎng)類型相同的方式運行高層協(xié)議和軟件，車載以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層采用IEEE802.3的接口標準，無須做任何示范與修改就可以與普通以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層技術(shù)進行無縫接連，并可以支持高層的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議(如TCP/IP)，數(shù)據(jù)鏈路層MAC：提供尋址機構(gòu)、數(shù)據(jù)幀的構(gòu)建、數(shù)據(jù)差錯檢查、傳送控制、向網(wǎng)絡(luò)層提供標準的數(shù)據(jù)接口等功能。2.車載以太網(wǎng)協(xié)議簇

典型車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持的通信協(xié)議相對單一，而車載以太網(wǎng)技術(shù)可同時提供包括TCP/IP、AVB、SOME/IP、DOIP等在內(nèi)的多種協(xié)議簇。TCP/IP協(xié)議簇主要對應(yīng)OSI參考模型的網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層，是一類協(xié)議的統(tǒng)稱。網(wǎng)絡(luò)層主要包括ARP(地址解析協(xié)議)、ICMP(因特網(wǎng)控制報文協(xié)議)IPv4/v6(因特網(wǎng)協(xié)議類型4/6)、IPv4

Autoconfig(IPv4本地地址動態(tài)配置)等，傳輸層主要包括TCP(傳輸控制協(xié)議)、UDP(用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議)。

TCP/IP協(xié)議簇是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧的中心部分，是上方的應(yīng)用協(xié)議和下方的物理硬件通道之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B接點，起到高層應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的橋梁作用，車載以太網(wǎng)的TCP/IP協(xié)議簇所包含的協(xié)議和普通以太網(wǎng)的TCP/IP協(xié)議基本相同，可以支持更上層的協(xié)議。TCP/IP協(xié)議負責提供一些重要的服務(wù)以使高層的軟件應(yīng)用能夠在互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)中起作用，充當高層應(yīng)用需求和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議之間的橋梁。TCP/IP主要負責主機到主機之間的端到端通信，兩個關(guān)鍵的傳輸協(xié)議為傳輸控制協(xié)議(TCP)和用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議(UDP)。2.車載以太網(wǎng)協(xié)議簇１)傳輸控制協(xié)議(TCP)

傳輸控制協(xié)議(TCP)是一種面向連接的、高可靠性的、全雙工方式傳輸?shù)摹⒒谧止?jié)流的傳輸層通信協(xié)議，由IEIF的RRFC793規(guī)定TCP的ProtocolID為6，當系統(tǒng)收到標注了包含Protocol6的數(shù)據(jù)包后，就把數(shù)據(jù)包的內(nèi)容發(fā)送到TCP作進一步處理，TCP提供的服務(wù)大致可分為與連接相關(guān)的服務(wù)和與數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)的服務(wù)。TCP連接的建立過程又被稱為“三次握手”，所謂三次握手(Three-wayHandshake)即建立TCP連接，就是指建立一個TCP連接時，需要客戶端和服務(wù)端總共發(fā)送3個包以確認連接的建立，整個流程如圖4-7所示。2.車載以太網(wǎng)協(xié)議簇(１)第一次握手:請求端(通常稱為客戶)發(fā)送一個SYN報文段指明客戶打算連接的服務(wù)器端口，以及初始序號

ISN，這個SYN段稱為報文段1。(２)第二次握手:服務(wù)器發(fā)回包含服務(wù)器的初始序號的SYN報文段(報文段2)作為應(yīng)答，同時，將確認序號設(shè)置為客戶的ISN加1以對客戶的SYN報文段進行確認。一個SYN將占用一個序號。(３)第三次握手:客戶必須將確認序號設(shè)置為服務(wù)器的ISN加1以對服務(wù)器的SYN報文進行確認(報文段３),此包發(fā)送完畢，客戶端和服務(wù)器進入ESTABLISHED(建立)狀態(tài)完成三次握手，客戶端與服務(wù)器開始傳送數(shù)據(jù)，連接建成后，這個連接將一直保持活動狀態(tài)，直到超時或者任何一方發(fā)出一個FIN(結(jié)束)信號，TCP連接的終止過程又被稱為“四次揮手”。所謂四次揮手(Four-WayWavehand)即終止TCP連接，就是指斷開一個TCP連接時，需要客戶端和服務(wù)端總共發(fā)送4個包以確認連接的斷開，整個流程如圖4-8所示。2.車載以太網(wǎng)協(xié)議簇２)用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議(UDP)

用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議(UserDatagramProtocol，UDP)主要用來支持那些需要在計算機之間傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，包括網(wǎng)絡(luò)視頻會議系統(tǒng)在內(nèi)的眾多客戶/服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用都需要使用UDP協(xié)議。UDP沒有像TCP一樣的保證機制，當計算機之間利用UDP協(xié)議傳送數(shù)據(jù)的時候，由于協(xié)議本身不能作出任何檢測或提示，所以發(fā)送方只管發(fā)送數(shù)據(jù)，而并不確認數(shù)據(jù)是否被對方接收，因此就會導致某些UDP協(xié)議數(shù)據(jù)包在傳送的過程中丟失，尤其網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不令人滿意的情況下，丟失數(shù)據(jù)包的現(xiàn)象會更嚴重。因此，通常人們把UDP協(xié)議稱為不可靠的傳輸協(xié)議。

雖然TCP協(xié)議中植入了各種安全保障功能，但是在實際執(zhí)行的過程中會占用大量的系統(tǒng)開銷，無疑會使速度受到嚴重的影響，UDP由于排除了信息可靠傳遞機制，將安全和排序等功能移交給上層應(yīng)用來完成，極大降低了執(zhí)行時間，使速度得到了保證。根據(jù)不同的環(huán)境和特點，兩種傳輸協(xié)議都將在今后的網(wǎng)絡(luò)世界中發(fā)揮更加重要的作用，UDP協(xié)議和TCP協(xié)議的區(qū)別如下：(１)TCP協(xié)議面向連接，UDP協(xié)議面向非連接；(２)TCP協(xié)議傳輸速度慢，UDP協(xié)議傳輸速度快；(３)TCP協(xié)議保證數(shù)據(jù)順序，UDP協(xié)議不保證；(４)TCP協(xié)議保證數(shù)據(jù)準確性，UDP協(xié)議可能丟包；(５)TCP協(xié)議對系統(tǒng)資源要求多，UDP協(xié)議要求少。2.車載以太網(wǎng)協(xié)議簇３)AVB協(xié)議簇

汽車隨著技術(shù)的發(fā)展，增加了越來越多的語音、視頻、圖像等娛樂功能，同時也增加了輔助駕駛功能，這就對汽車內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸提出了很高的要求，需要更多的音視頻數(shù)據(jù)在汽車系統(tǒng)中進行傳輸，為了滿足車內(nèi)的低延時、高帶寬、高可靠的要求，基于以太網(wǎng)的音視頻橋接(EthernrtAdio/VideoBriding,AVB)技術(shù)得到應(yīng)用。AVB的高帶寬和服務(wù)品質(zhì)、確保數(shù)據(jù)的及時傳遞、更高的可靠性與較低的成本、開放的技術(shù)標準等特點，非常適合應(yīng)用在汽車中。AVB是一系列IEEE802.1標準集合，主要用于提升信息交換的容量、行業(yè)支持和音視頻產(chǎn)品的標準化，音視頻橋通常指交換機，其目的是為音頻和視頻數(shù)據(jù)提供時間同步、低延遲和保證帶寬預留的流媒體功能，AVB協(xié)議簇主要包括時精準時鐘定時和同步協(xié)議(gPTP)、流預留協(xié)議(SRP)、時間敏感流的轉(zhuǎn)發(fā)和排隊協(xié)議(FOSTSS)及音視頻傳輸協(xié)議(AVBTP)。2.車載以太網(wǎng)協(xié)議簇４)應(yīng)用層協(xié)議

應(yīng)用層協(xié)議是用戶與網(wǎng)絡(luò)的交互界面，負責處理網(wǎng)絡(luò)特定的細節(jié)信息，覆蓋了OSI參考模型的第5層至第7層，應(yīng)用層可根據(jù)用戶需求為用戶提供多種應(yīng)用協(xié)議，如超文本傳輸協(xié)議(HTTP)、通信控制(SOME/IP)、服務(wù)發(fā)現(xiàn)(Servicediscovery)、動態(tài)主機配置協(xié)議(DHCP)、流媒體服務(wù)(StreamMediaService)、設(shè)備發(fā)現(xiàn)、連接管理和控制協(xié)議(IEEE172.1)等。

車載以太網(wǎng)應(yīng)用層協(xié)議直接面向用戶，主要包括SOME/IP(基于IP協(xié)議的可伸縮面向服務(wù)中間件)、DHCP(動態(tài)主機配置協(xié)議)、DOIP(汽車診斷服務(wù)協(xié)議)、HTTP(超文本傳輸協(xié)議)、ServiceDiscovery(服務(wù)發(fā)現(xiàn))等，應(yīng)用層協(xié)議可以為用戶提供多種服務(wù)，是用戶能夠具體應(yīng)用的部分，如DOIP可以應(yīng)用到車輛診斷和固件升級。2.車載以太網(wǎng)協(xié)議簇

總之，汽車領(lǐng)域以太網(wǎng)對實時關(guān)鍵數(shù)據(jù)的傳輸問題，目前最為成熟的兩項技術(shù)是時間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN)和時間觸發(fā)以太網(wǎng)(TTEthernet)。(１)TEEE時間敏感網(wǎng)絡(luò)TSN

以太網(wǎng)音視頻橋接技術(shù)AVB是在傳統(tǒng)以太網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，使用精準時鐘同步，通過保障帶寬來限制傳輸延遲，提供高級別服務(wù)質(zhì)量以支持各種基于音視頻的媒體應(yīng)用。(２)TTEthernet時間觸發(fā)以太網(wǎng)(TimeTriggeredEthernet,TTEthernet)TTEthernet是一種基于802.3以太網(wǎng)之上的汽車或工業(yè)領(lǐng)域的實時通信網(wǎng)絡(luò)，允許實時的時間觸發(fā)通信與低優(yōu)先級的事件觸發(fā)通信共存，使以太網(wǎng)具備滿足高安全等級系統(tǒng)要求的同時，依然可以承擔對實時性要求不過分嚴格但仍然有高帶寬的以太網(wǎng)傳輸需求。2.車載以太網(wǎng)協(xié)議簇

TSN和TTEthernet對比如表4-3所示,TTEthernet支持三種不同的消息類型:時間觸發(fā)(TT)、速率約束(RC)和盡力而為(BE)。TT消息優(yōu)先于所有其他類型，而RC幀是保證提供預留的帶寬，BE幀可以看做是標準以太網(wǎng)。模塊四

車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)技術(shù)三、車載以太網(wǎng)測試

如今汽車行業(yè)對可靠性和安全性的要求越來越高，車載以太網(wǎng)在應(yīng)用過程中，為了保證其可靠性與安全性，就迫切需要對其開展測試工作。傳統(tǒng)的以太網(wǎng)測試和車載以太網(wǎng)測試還存在著一定的差異。因此，傳統(tǒng)以太網(wǎng)測試方法并不適用于車載以太網(wǎng)測試，汽車行業(yè)對測試的要求更高，所以需要由相應(yīng)的組織或聯(lián)盟制定車載以太網(wǎng)測試標準。目前，業(yè)界通用的車載以太網(wǎng)測試方法參考OPEN聯(lián)盟制定的TC8-OPENAllianceAutomotiveEthernetECUTestSpecification和TC-11EthernetSwitchTestSpecification等標準，測試的內(nèi)容主要包括物理層測試、車載以太網(wǎng)交換機測試、協(xié)議層與應(yīng)用層除了AVB/TSN以外的一致性測試。模塊四

車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)技術(shù)1.物理層測試

車載以太網(wǎng)物理層測試主要包括兩個方面的測試：PMA(PhysicalMediaAttachment)測試和IOP(Interoperability)測試，即互操作性測試。物理層測試的目的是為了保證端口的互連互通性能，檢測發(fā)送器和接受器發(fā)送或接收信號是否符合汽車通信標準。１)PAM測試PAM(物理媒質(zhì)接入層)主要評估車載以太網(wǎng)的電氣特性，測試的內(nèi)容主要包括6種常規(guī)測試項:傳輸衰落、傳輸失真、傳輸時鐘抖動(assterM＆Slave)、傳輸功率譜密度、傳輸時鐘頻率、MDI回波損耗，以及其他的測試項：MDI模式轉(zhuǎn)換損耗、共模輻射等。２)IOP測試

車載以太網(wǎng)物理層IOP測試，即互操作性測試(InteroperabilityTests)，用于驗證車載以太網(wǎng)PHY的可靠性和檢查PHY能否在給定的有限時間內(nèi)建立穩(wěn)定的鏈路，還用于車載以太網(wǎng)PHY的診斷，如信號品質(zhì)指數(shù)(SQI)和線束故障的檢測，模擬車載以太網(wǎng)遠、近端的開、短路故障作為LinkPartner，與DUT建立連接，獲取兩者之間的喚醒時間(精度可達1ms)、信號品質(zhì)指數(shù)以及電纜診斷信息。模塊四

車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)技術(shù)2.交換機測試

車載以太網(wǎng)的交換機測試，是對車載以太網(wǎng)交換機常規(guī)數(shù)據(jù)幀收發(fā)相關(guān)功能的測試。測試的規(guī)范主要是TC-11EthernetSwitchTestSpecification標準，測試的內(nèi)容如下；

(１)通用功能:數(shù)據(jù)幀正常轉(zhuǎn)發(fā)、端口鏡像、端口禁用、處理巨型幀、讀出設(shè)備ID等基本功能；

(２)地址解析功能:地址學習、地址老化時間、地址解析表、地址學習配置模式等功能；

(３)虛擬局域網(wǎng)功能(VLAN):TPID以太類型字段自由配置功能、雙標簽Q-in-Q功能、非標簽數(shù)據(jù)幀支持、VLAN跳躍攻擊抑制、共享VLAN習等功能；

(４)基于時間敏感網(wǎng)絡(luò)的時間同步功能(TSN)：對接收到的時間同步的幀正確處理的功能；

(５)服務(wù)品質(zhì)(QoS):對優(yōu)先級流量正確處理和實現(xiàn)不同流量整形策略的功能，包括基于優(yōu)先級的服務(wù)品質(zhì)、基于WRR轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包功能、PCP字段覆蓋功能、優(yōu)先級映射功能、支持漏桶算法功能等；

(６)配置功能:運行中可重新配置的功能，包括端口可單獨配置功能、配置完成前支持在“禁止轉(zhuǎn)發(fā)”模式下啟動的功能、讀回配置信息功能、支持鎖定配置項功能等。

(７)過濾功能：在接收端口是否能按照設(shè)定，對接收到的數(shù)據(jù)幀進行過濾的功能，包括端口廣播保護功能、通用過濾需求、與VLAN相關(guān)的過濾規(guī)則、基于上層地址的過濾規(guī)則等。

(８)診斷功能：計數(shù)器能否正確計數(shù)診斷、線纜和連接狀態(tài)反饋診斷的功能等。模塊四

車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)技術(shù)3.協(xié)議一致性測試

協(xié)議一致性測試(protocolconformancetest)，指的是檢驗開放系統(tǒng)互連(OSI)產(chǎn)品的協(xié)議實現(xiàn)與OSI協(xié)議標準一致性程度的測試。測試項主要為了驗證兩個方面的內(nèi)容；(１)Conformancetest:驗證被測設(shè)備/系統(tǒng)是否遵循協(xié)議標準；(２)Negativetest：通過發(fā)送非法報文驗證被測設(shè)備/系統(tǒng)的穩(wěn)定性/魯棒性。測試時，需要在DUT上安裝輔助測試工具UpperTester(UT)，UT本質(zhì)上是一個運行在DUT中的應(yīng)用，它能夠接收測試平臺發(fā)送的指令，來配置被測協(xié)議棧(IUT)的參數(shù)，或觸發(fā)被測協(xié)議棧產(chǎn)生某種行為。

除此之外，車載以太網(wǎng)測試還包括AVB協(xié)議簇的測試。測試的內(nèi)容和參考標準主要是:時鐘同步功能(TEEE802.1AS)、流量控制功能(TEEE802.1Qav)、流管理功能(IEEE802.1Qat)、音頻/視頻傳輸協(xié)議[IEEE1722(a)]。模塊四

車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)技術(shù)四以太網(wǎng)數(shù)據(jù)分析常用分析軟件介紹１.Wireshark

Wireshark(原名Ethereal)是目前世界上最受歡迎的協(xié)議分析軟件，利用它可將捕獲到的各種協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)二進制數(shù)據(jù)流，翻譯為人們?nèi)菀鬃x懂和理解的文字和圖表等形式，并顯示在主界面的中部窗格中，可以十分方便直觀地應(yīng)用于計算機網(wǎng)絡(luò)原理