CANoe與虛擬機(jī)

在汽車軟件的開發(fā)周期中，基于POSIX標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)（如Linux）廣泛應(yīng)用于AUTOSAR Adaptive平臺(tái)的ECU原型開發(fā)、算法或功能評估中。該領(lǐng)域的嵌入式軟件開發(fā)人員通常傾向于在運(yùn)行Linux系統(tǒng)（如Ubuntu/Debian）的虛擬機(jī)中進(jìn)行開發(fā)，因?yàn)樗峁┝伺c嵌入式平臺(tái)相似的可訪問的接口和組件。

Vector提供的CANoe軟件是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)/總線和ECU開發(fā)、測試和分析的全面工具，支持總線網(wǎng)絡(luò)開發(fā)從需求分析到系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的全過程，包括模型創(chuàng)建、仿真、測試、診斷及通信分析等。但和大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)開發(fā)工具一樣只適用于Windows操作系統(tǒng)，因此開發(fā)人員需要考慮如何實(shí)現(xiàn)Linux環(huán)境和CANoe工具之間的數(shù)據(jù)交互。

圖1:CANoe與被測軟件的虛擬化執(zhí)行環(huán)境

為了滿足用戶多樣化虛擬執(zhí)行環(huán)境的測試需求，除了CANoe以外，Vector還提供了專注于SIL測試的CANoe4SW，可以對軟件組件、軟件子系統(tǒng)以及整個(gè)軟件系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，測試和分析。以及面向服務(wù)器版本的CANoe4SW SE（CANoe4SW Server Edition），支持Linux或Windows服務(wù)器環(huán)境運(yùn)行CANoe工程，支持Docker容器化運(yùn)行。

本文主要介紹CANoe與虛擬機(jī)通過以太網(wǎng)交互的幾種常用方法。

01

Shared Networking

共享意味著CANoe和被測應(yīng)用程序共享主機(jī)的TCP/IP協(xié)議棧，這種方式在使用WSL（Windows Subsystem for Linux）時(shí)最為便捷。WSL有WSL2和WSL1兩個(gè)版本，主要區(qū)別在于WSL2使用了真實(shí)的 Linux 內(nèi)核、支持完整的系統(tǒng)調(diào)用兼容性以及跨 Linux 和 Windows 操作系統(tǒng)的性能。

接下來以WSL2環(huán)境為例演示虛擬機(jī)與CANoe基于Shared Networking的通信配置過程。在CANoe端需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)UDP通信節(jié)點(diǎn)，將其TCP/IP Stack配置為使用操作系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，然后通過CAPL函數(shù)創(chuàng)建socket通過本地環(huán)回地址（127.0.0.1）實(shí)現(xiàn)UDP報(bào)文的發(fā)送和接收；在WSL2端無需特殊配置，可直接通過指令去監(jiān)聽UDP報(bào)文并向CANoe發(fā)送UDP數(shù)據(jù)。通信過程如下圖。

圖2: CANoe與WSL2通信過程

這種方式配置簡單，但是無法直接在CANoe的Trace窗口中顯示通信數(shù)據(jù)，并且可能會(huì)受到主機(jī)上其他應(yīng)用程序的串?dāng)_，另外Windows防火墻也可能會(huì)抑制通信流量。

Shared Networking同樣也適用于其他的虛擬化工具，如VMware Workstation、Virtual Box等。只是需要一些額外配置，對于其他虛擬化環(huán)境更推薦使用后面介紹的方式。

02

Virtual Ethernet Link

該方式適用于運(yùn)行Linux虛擬機(jī)的各種虛擬化環(huán)境，如VMware Workstation 和Microsoft Hyper-V。接下來以VMware環(huán)境為例介紹其配置過程。

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安裝Vector Network Driver

在CANoe的安裝路徑下包含有該驅(qū)動(dòng)的安裝程序（參考路徑：C:\Program Files\Vector CANoe 16.3.110\Installer Additional Components\Vector Network Driver），以管理員權(quán)限安裝即可。

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安裝Microsoft環(huán)回適配器

在Window搜索欄中輸入“hdwwiz”打開添加硬件配置選項(xiàng)，選擇手動(dòng)從列表中選擇硬件安裝，在硬件類型中選擇“網(wǎng)絡(luò)適配器”，在下一步中廠商選擇“MicroSoft”，型號選擇“Microsoft KM-TEST環(huán)回適配器”進(jìn)行安裝。

安裝完成之后就可以在PC的網(wǎng)絡(luò)連接中查看到Microsoft環(huán)回適配器了。

圖3：安裝環(huán)回適配器

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將Microsoft環(huán)回適配器映射到VM

打開VMware Workstation，在編輯菜單下打開虛擬網(wǎng)絡(luò)編輯器，選擇VMnet0并將其橋接到Microsoft環(huán)回適配器。

圖4：配置橋接模式

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配置CANoe使用Microsoft環(huán)回適配器

在CANoe界面，Hardware -> Network Hardware-> Ehernet channel-> Hardware Type中選擇Microsoft環(huán)回適配器。

圖5：配置使用網(wǎng)卡

所有配置完成之后，來自CANoe中的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)就可以通過映射的以太網(wǎng)鏈路發(fā)送到VMware中，同樣VMware中的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)也可以發(fā)送給CANoe。

以VMware中Ubuntu環(huán)境為例，驗(yàn)證CANoe與Ubuntu之間的通信鏈路，過程如下圖。

圖6: CANoe與Ubuntu通信過程

03

TUN/TAP Server

CANoe從15.0版本開始，新增了Virtual Link（TUN/TAP）功能，支持使用TUN/TAP設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序?qū)M虛擬的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接到CANoe進(jìn)行仿真。這種模式的通信是雙向的，并且CANoe支持工作在真實(shí)總線及仿真總線模式下。

圖7: TAP功能示意

主要配置過程如下。

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配置TUN/TAP Server

一是需要在本地Linux環(huán)境中編譯TAP server，二是編譯完成后需要在VM中創(chuàng)建虛擬的TAP設(shè)備，具體過程可以參考CANoe幫助文檔的說明。

圖8：TAP server配置

以VMware中CentOS7環(huán)境為例，演示下TAP server配置的具體過程：

圖9: CenOS7中TAP server配置示例

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CANoe中激活Virtual Link

在CANoe中打開Option頁面，激活virtual link并選擇TAP server映射的網(wǎng)絡(luò)。

圖10：CANoe中激活TAP server配置

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CANoe中UDP通信配置

在CANoe中創(chuàng)建一個(gè)UDP通信節(jié)點(diǎn)，配置其TCP/IP stack信息。

圖11：TCP/IP stack配置

所有配置完成后，運(yùn)行CANoe就可以在write窗口查看到“Tap Server Discovery on 192.168.24.255:33000”及“Connected to Tap Server 192.168.24.131:35802”的信息，表明CANoe與TAP server端的配置已經(jīng)完成并建立了連接。為了驗(yàn)證虛擬機(jī)與CANoe之間的通信，可以通過Ping指令或者UDP API去進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果如下。

圖12: CANoe與TAP server通信過程