淺析車載以太網(wǎng)測試內(nèi)容和測試方法

　　現(xiàn)在，汽車行業(yè)對可靠性和安全性要求越來越高，車載以太網(wǎng)在應(yīng)用的過程中，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)測試方法并不適用干汽車以太網(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(biāo)準(zhǔn)。

　　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-OPEN Alliance Automotive Ethernet ECU Test Specification2）和TC-11 Ethernet Switch Test Specification回標(biāo)準(zhǔn)，測試的內(nèi)容主要包括物理層測試、車載以太網(wǎng)交換機(jī)測試、協(xié)議層與應(yīng)用層除了AVB/TSN以外的一致性測試。下面就這些測試內(nèi)容和測試方法做具體的介紹。

　　02物理層測試

　　車載以太網(wǎng)物理層測試主要包括兩個(gè)方面的測試∶PMA（Physical Media Attachment）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(biāo)準(zhǔn)。

　　2.1PMA測試

　　PMA （物理媒質(zhì)接入層）主要評估車載以太網(wǎng)的電氣特性，針對PMA測試方面，OPEN聯(lián)盟于2014年6月發(fā)布“ BroadR-Reach Physical Layer Transceiver Specification For Automotive Applications V3.2”規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，定義了BroadR- Reach的PMA電氣規(guī)范。在OPEN TC8規(guī)范中，測試的內(nèi)容主要包括6種常規(guī)測試項(xiàng)∶ 傳輸衰落、傳輸失真、傳輸時(shí)鐘抖動（Master&Slave）、傳輸功率譜密度、傳輸時(shí)鐘頻率、 MDI回?fù)p，還有其他的測試項(xiàng)∶MDI模式轉(zhuǎn)換損耗、共模輻射等。

　　測試過程中，需要用到的儀器主要有示波器、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀、分析軟件、夾具等，夾具連接在被測設(shè)備（DUT）和示波器之間，起到電路轉(zhuǎn)換的作用，設(shè)備連接示意圖如圖2所示。根據(jù)被測對象的特點(diǎn)和測試項(xiàng)的不同，分別連接不同的測試儀表。

　　測試過程中，為了完成不同的測試項(xiàng)，需要將DUT PHY通過修改寄存器的方式設(shè)置為不同的測試模式，使其發(fā)出特定的數(shù)據(jù)包，BroadR-Reach中定義了4種測試模式。

　　1） Test mode 1-Transmit droop test mode。

　　2）Test mode 2-Transmit jitter test in MASTER mode。

　　3） Test mode 4-Transmit distortion test。

　　4） Test mode 5-Normal operation at full power（for the PSD mask）。

　　2.2IOP測試

　　車載以太網(wǎng)物理層IOP測試，即互操作性測試（Interop- erability Tests），用于驗(yàn)證車載以太網(wǎng)PHY（通常也稱為收發(fā)器）的可靠性和檢查PHY能否在給定的有限時(shí)間內(nèi)建立穩(wěn)定的鏈路;還用于車載以太網(wǎng)PHY的診斷，如信號質(zhì)量指數(shù)（SQI）和線束故障的檢測。模擬車載以太網(wǎng)遠(yuǎn)、近端的開、短路故障作為Link Partner，與DUT建立連接，獲取兩者之間的Link Up時(shí)間（精度可達(dá)1ms）、信號品質(zhì)指數(shù)以及電纜診斷信息。

　　IOP測試的內(nèi)容主要包括以下幾項(xiàng)。

　　1）喚醒時(shí)間 （Link-up time）對Link Partner的PHY進(jìn)行多次上、下電操作，計(jì)算 DUT與Link Partner建立連接所需要的時(shí)間;對DUT進(jìn)行多次上、下電操作，計(jì)算DUT與Link Partner建立連接所需要的時(shí)間;對DUT進(jìn)行多次喚醒、睡眠操作，計(jì)算DUT與Link Partner建立連接所需要的時(shí)間。

　　2）信號品質(zhì)逐步提高人工噪聲水平，獲取信號品質(zhì)指數(shù)SQI的變化曲線;逐步降低人工噪聲水平，獲取信號品質(zhì)指數(shù)SQI的變化曲線。

　　3）線束診斷測試DUT在遠(yuǎn)端或近端發(fā)生一條或兩條線路開路時(shí)，是否能夠可靠地檢測到開路故障;測試DUT在遠(yuǎn)端或近端發(fā)生短路時(shí)，是否能夠可靠地檢測短路故障。測試過程中，采用Golden Device作為Link Partner，測試的連接示意圖如圖3所示。

物理層IOP測試連接示意圖

　　03交換機(jī)測試

　　車載以太網(wǎng)的交換機(jī)測試，是對車載以太網(wǎng)交換機(jī)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-11 Ethernet Switch Test Specification 標(biāo)準(zhǔn)，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(xué)習(xí)、地址老化時(shí)間、地址解析表、地址學(xué)習(xí)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(biāo)簽Q-in-Q功能、非標(biāo)簽數(shù)據(jù)幀支持、VLAN跳躍攻擊抑制、共享VLAN學(xué)習(xí)等功能。

　　4）基于時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間同步功能（TSN）對接收到的時(shí)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(shí)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(yùn)行中可重新配置的功能，端口可單獨(dú)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(xiàng)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(jìn)行過濾的功能，包括端口廣播保護(hù)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(jì)數(shù)器能否正確計(jì)數(shù)診斷、線纜和連接狀態(tài)反饋功能的診斷等。測試過程中，可以將測試平臺作為流量發(fā)生器，發(fā)送不同類型的數(shù)據(jù)報(bào)文，由與之相連的計(jì)算機(jī)上的軟件對報(bào)文的類型進(jìn)行配置，在軟件上對測試項(xiàng)的結(jié)果進(jìn)行檢查。與DUT相連的計(jì)算機(jī)也對DUT的工作模式進(jìn)行配置。測試連接示意圖如圖4所示。

交換機(jī)測試連接示意圖

　　04協(xié)議一致性測試

　　協(xié)議一致性測試（protocol conformance test），指的是檢驗(yàn)開放系統(tǒng)互連（OSI）產(chǎn)品的協(xié)議實(shí)現(xiàn)與 OSI協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)一致性程度的測試。車載以太網(wǎng)2層到7層除了 AVB/TSN以外的協(xié)議一致性測試的測試項(xiàng)目和測試過程以及測試判據(jù)主要依據(jù) TC8-OPEN Alliance Automotive Ethernet ECU Test Specifi- cation標(biāo)準(zhǔn)。

　　測試項(xiàng)主要為了驗(yàn)證兩個(gè)方面的內(nèi)容∶

　　①Con- formance test——驗(yàn)證被測設(shè)備/系統(tǒng)是否遵循協(xié)議標(biāo)準(zhǔn);

　?、贜egative test——通過發(fā)送非法報(bào)文驗(yàn)證被測設(shè)備/系統(tǒng)的穩(wěn)定性/魯棒性。

　　測試時(shí)，需要在DUT上安裝輔助測試工具Upper Tester。Upper Tester（UT）本質(zhì)上是一個(gè)運(yùn)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。UT支持的指令和格式遵循AUTOSAR體系下的“Testability Protocol and Service Primitives”規(guī)范。將測試平臺與DUT連接，選擇對應(yīng)的協(xié)議測試套件與DUT進(jìn)行特定的通信，配置測試套件的參數(shù)，如IP、MAC地址等，結(jié)合Upper Tester的輔助作用對指定協(xié)議的測試項(xiàng)開展測試，測試平臺收集測試數(shù)據(jù)，生成測試報(bào)告。測試設(shè)備連接示意圖如圖5所示。

　　協(xié)議一致性連接示意圖

　　以一個(gè)ARP測試項(xiàng)為例，介紹協(xié)議一致性的測試過程。

　　1）配置DUT以清除ARP緩存中的動態(tài)條目。

　　2）配置DUT以在其ARP緩存中添加一個(gè)靜態(tài)條目，包含測試平臺的IP地址和物理地址。

　　3）配置DUT向測試平臺發(fā)送UDP請求消息報(bào)文。

　　4）測試平臺監(jiān)控接收到的報(bào)文信息。

　　5）觀察DUT的動作。

　　6）根據(jù)判據(jù)判斷DUT的動作是否能夠通過測試。

　　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(biāo)準(zhǔn)主要是;時(shí)鐘同步功能（IEEE 802. 1AS）、流量控制功能 （IEEE 802.1Qav）、流管理功能（IEEE 802.1Qat）、音頻/視頻傳輸協(xié)議（IEEE 1722（a））。

　　編輯：黃飛