測試開發(fā)實踐：網(wǎng)關(guān)路由功能及測試

測試開發(fā)實踐：網(wǎng)關(guān)路由功能及測試1.前言當(dāng)前，車內(nèi)通信技術(shù)越來越負(fù)責(zé)，協(xié)議類型更加多樣，不同總線及協(xié)議間的轉(zhuǎn)換和路由等也更為復(fù)雜，網(wǎng)關(guān)作為通信樞紐的載體，其測試的復(fù)雜程度和重要性也越來越高。本文將分享網(wǎng)關(guān)路由測試開發(fā)過程中的經(jīng)驗和遇到的問題。2.網(wǎng)關(guān)功能簡介網(wǎng)關(guān)作為整車各網(wǎng)段之間的連接樞紐，主要功能是通過報文路由轉(zhuǎn)發(fā)、報文過濾與信號重組等工作實現(xiàn)信息的交換，包括不同通信協(xié)議間的交互，如Ethernet、FlexRay、CAN、CANFD、LIN。傳統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)按照實現(xiàn)方式可分為獨立網(wǎng)關(guān)和集成網(wǎng)關(guān)，集成網(wǎng)關(guān)指集成路由功能的儀表或車身控制器，使用集成網(wǎng)關(guān)時，其網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎鄬唵?；獨立網(wǎng)關(guān)主要實現(xiàn)路由功能，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎鄬?fù)雜。近幾年E/E架構(gòu)逐漸向域控方向發(fā)展，新的域控制器，通常也具備網(wǎng)關(guān)路由的功能。目前，典型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲饕幸韵氯N：1）傳統(tǒng)的EE架構(gòu)，CentralGateway與所有ECU直連，獨立完成整車所有的信息交互任務(wù)。圖1傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及網(wǎng)關(guān)2）基于Domain的EE架構(gòu)，整車拓?fù)渲谐薈entralGateway還存在DomainGateway，DomainGateway參與下屬節(jié)點間的信息交互，也承載了網(wǎng)關(guān)的功能。圖2基于域控制器的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及網(wǎng)關(guān)3）混合的EE架構(gòu)，在從傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)到基于域控制器的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的過渡階段存在的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，兼具兩種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的特點。圖3混合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及網(wǎng)關(guān)以上基于域節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的CentralGateway和DomainGateway直接通過以太網(wǎng)點對點連接，域節(jié)點間的信息交互通過L2的Switch和L3的IPRouter實現(xiàn)。除了基本的路由功能，網(wǎng)關(guān)通常還具有以下屬性和功能：各功能域物理隔離：網(wǎng)關(guān)區(qū)分各個功能域，將不同的功能域區(qū)分開外部溝通媒介與網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)：網(wǎng)關(guān)是整車與外部信息交互的媒介，因此網(wǎng)關(guān)需要過濾外部信息，避免整車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)被攻擊網(wǎng)絡(luò)休眠喚醒管理：網(wǎng)關(guān)依據(jù)整車休眠喚醒條件，協(xié)調(diào)各個網(wǎng)段間的休眠喚醒OTAMaster功能：實現(xiàn)整車遠(yuǎn)程刷寫功能，獲取ECU升級數(shù)據(jù)包并存儲在本地，當(dāng)滿足刷寫條件時，網(wǎng)關(guān)可作為刷寫機，以既定的刷寫流程將刷寫數(shù)據(jù)傳輸給待升級ECU整車狀態(tài)管理和能量管理：管理整車模式和用戶使用模式由于網(wǎng)關(guān)功能多樣和復(fù)雜，且部分功能具有功能安全要求，需要通過測試來保證最終軟件的成熟度。針對網(wǎng)關(guān)的不同功能需要做相應(yīng)的測試，本文重點探討基本的路由功能測試。3.網(wǎng)關(guān)路由類型介紹網(wǎng)關(guān)路由的類型可以分為3種：信號路由、報文路由、TP路由（診斷路由）。以下針對這三種路由類型分別做介紹。1）信號路由：從源網(wǎng)段接收到的一條或多條報文中的部分信號（或信號組）打包在新報文中，然后在目標(biāo)網(wǎng)段上按照定義的方式發(fā)送出來。信號從源網(wǎng)段到目標(biāo)網(wǎng)段的路由過程中，信號所在報文的發(fā)送方式、信號在報文中的位置、信號所在報文的ID和信號所在報文的周期都可以改變，另外源網(wǎng)段和目標(biāo)網(wǎng)段的通信協(xié)議也可以不一致。AUTOSAR架構(gòu)下定義了信號和信號組的Updatebit，對于有Updatebit的信號和信號組，只有在其Updatebit置位的情況下網(wǎng)關(guān)才對其進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)并在目標(biāo)網(wǎng)段更新Updatebit，當(dāng)源網(wǎng)段信號丟失時網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)的信號的Updatebit持續(xù)不置位，指示接受該信號的控制器信號超時。而針對針對非AUTOSAR架構(gòu)，部分OEM定義了Timeoutflag，指示源網(wǎng)段信號超時。圖4信號路由2）報文路由：從源網(wǎng)段接收到報文后轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)網(wǎng)段。根據(jù)目標(biāo)網(wǎng)段的發(fā)送形式，報文路由又可以分為事件型報文路由和周期型報文路由，事件型報文路由在源網(wǎng)段收到報文后立即觸發(fā)目標(biāo)網(wǎng)段的發(fā)送；周期型報文路由在源網(wǎng)段和目標(biāo)網(wǎng)段都有固定的周期，源網(wǎng)段接收到報文的周期和目標(biāo)網(wǎng)段發(fā)送的報文周期沒有必然關(guān)系。圖5報文路由3）TP路由：帶有傳輸協(xié)議報文的路由稱為TP路由。TP路由又可分為兩種：不帶協(xié)議轉(zhuǎn)換的TP路由（一般稱為報文透傳）和帶有協(xié)議轉(zhuǎn)換的TP路由。前者在部分OEM的定義中和事件型報文路由未作區(qū)分，但實際兩種路由的應(yīng)用場景是不同的，事件型報文路由針對應(yīng)用報文，強調(diào)轉(zhuǎn)發(fā)速率且最新的信號值最具重要性（latestvalueisthemostimportant）；報文透傳對速率的要求不高但要求先入先出（firstinfirstout）和不丟幀。帶有協(xié)議轉(zhuǎn)換的TP路由主要特點是：可以實現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換（源網(wǎng)段和目標(biāo)網(wǎng)段的協(xié)議可以不一致），且網(wǎng)關(guān)作為傳輸連接的一部分，在源網(wǎng)段的接收和轉(zhuǎn)發(fā)均須符合傳輸層協(xié)議，不符合傳輸協(xié)議的不轉(zhuǎn)發(fā)。圖6TP路由下圖以CAN-LIN的TP路由為例介紹帶協(xié)議轉(zhuǎn)換的TP路由，由于CAN和LIN的傳輸協(xié)議不一致，網(wǎng)關(guān)在源網(wǎng)段以CAN的傳輸層協(xié)議接收數(shù)據(jù)后，在LIN的網(wǎng)段按照LIN傳輸層協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)。CAN和LIN的報文雖然都是8字節(jié)，但由于傳輸層協(xié)議不同，CAN和LIN網(wǎng)段的每幀報文傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容都是不一致的。此外，由于CAN和LIN的傳輸速率不一樣，CAN網(wǎng)段接收數(shù)據(jù)后存儲在緩存中，在LIN網(wǎng)段按順序發(fā)出。圖7CAN-LIN2.1TP路由由于帶協(xié)議轉(zhuǎn)換的TP路由需要在源網(wǎng)段接收到數(shù)據(jù)后先存儲到緩存中，因此需要占用較多的內(nèi)存資源，但同時這也是并行刷寫的實現(xiàn)基礎(chǔ)，網(wǎng)關(guān)在高帶寬的網(wǎng)段接收到診斷數(shù)據(jù)后先行存儲，然后按照低帶寬網(wǎng)段的傳輸協(xié)議，并行分發(fā)到各個低帶寬網(wǎng)段，在此過程中最大效率的利用了高帶寬網(wǎng)段的帶寬，提高整車的刷寫效率。4.網(wǎng)關(guān)路由測試實踐對于具備多種路由形式的網(wǎng)關(guān)，為了驗證是否滿足設(shè)計需求，應(yīng)該根據(jù)每種路由類型設(shè)計測試規(guī)范和測試場景，本節(jié)將探討路由測試的痛點與積累的經(jīng)驗。信號路由測試信號路由測試的難點在于信號路由的數(shù)量眾多并且路由信息的提取困難。根據(jù)北匯過往項目經(jīng)驗來看，基于非域控架構(gòu)（所有控制器都和中央網(wǎng)關(guān)直連）的信號路由數(shù)量大約有800+；基于域控的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)則更加復(fù)雜，每個域控制器都具有網(wǎng)關(guān)行為。在信號路由數(shù)量如此龐大的情況下手動驗證已很難實現(xiàn)。此外，基于AUTOSAR架構(gòu)的信號路由和信號組路由，通過人工方式更難以獲取測試所需的全部信息。為了實現(xiàn)信號路由自動化測試，北匯通過定制開發(fā)，實現(xiàn)了從ARXML文件中提取信號路由信息并將信號路由和信號組路由加以區(qū)分，定義了標(biāo)準(zhǔn)的路由表模板，也可基于OEM給定的通信矩陣或路由模板進(jìn)行定制適配。下圖為支持Updatebit的信號路由的自動化測試報告。圖8信號路由自動化測試報告報文路由測試報文路由測試與信號路由測試一樣，都面臨路由條目眾多的問題，此外針對于事件型報文路由和周期型報文路由，由于路由機制不同，對應(yīng)的測試策略需要分別制定。圖9路由自動化測試工程TP路由測試針對報文透傳，除了測試路由一致性外，還需要考慮在各種應(yīng)用場景（EOL、刷寫、標(biāo)定等）下，網(wǎng)關(guān)需保證不丟幀不亂序。針對帶有協(xié)議轉(zhuǎn)換的TP路由測試，測試難點在于針對各個通信協(xié)議其傳輸層機制不同，測試中需要按照各網(wǎng)段對應(yīng)的傳輸層協(xié)議發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在支持并行刷寫的TP路由測試中，需要考慮多個傳輸連接同時發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。這種路由方式需同步關(guān)注緩存數(shù)量、緩存大小以及Upper_Link和Lower_Link網(wǎng)段傳輸層機制和參數(shù)。圖10帶有協(xié)議轉(zhuǎn)換的TP路由測試5.總結(jié) 隨著以太網(wǎng)通信技術(shù)的應(yīng)用、OTA的推廣以及電子電器架