如何應(yīng)對(duì)日益復(fù)雜的車載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

隨著汽車科技化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的不斷發(fā)展，汽車內(nèi)部最新的應(yīng)用和功能正在不斷提高對(duì)帶寬、降低延遲、同步、高可用性、QoS和降低成本的要求。當(dāng)前和傳統(tǒng)的汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不足以滿足這些即將到來的需求。

在這種情況下，車載以太網(wǎng)的技術(shù)運(yùn)用越來越廣，當(dāng)然傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)CAN/CAN FD也不可能被取代掉。至少就目前看來，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，今天的汽車行業(yè)CAN在車載網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域占據(jù)著絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，CAN已經(jīng)形成了完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，這意味著CAN有著高度的兼容性、完善的開發(fā)工具鏈體系、更大的供應(yīng)商選擇余地和更低的采購(gòu)成本（這對(duì)于整車開發(fā)是極其重要的），所以現(xiàn)階段還是不可能完全替代掉CAN總線。

除此之外，加之汽車目前車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可能還會(huì)有LIN總線、FlexRay、MOST等其他類型的總線。車載以太網(wǎng)的加入就會(huì)使得車載網(wǎng)路系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，那么在這種不可逆轉(zhuǎn)的大趨勢(shì)大背景下，我們?cè)撊绾伪ＷC通信延遲以及多數(shù)據(jù)并發(fā)的時(shí)候依然能夠保證車載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)滿足功能要求呢？如何才能設(shè)計(jì)出一種安全的、最優(yōu)的車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)呢?

基于上述車載網(wǎng)絡(luò)日趨復(fù)雜的背景下，車載網(wǎng)絡(luò)工程師/架構(gòu)師急需一款專業(yè)并且功能強(qiáng)大的工具對(duì)初步的架構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行客觀分析，并且能夠提供可視化的分析結(jié)果，從中獲取優(yōu)化車輛網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化的思路。為此，虹科的供應(yīng)商RTaW（INRIA下屬公司）為汽車、航空等領(lǐng)域提供了實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)的仿真和配置工具RTaW-Pegase。

RTaW-Pegase支持TSN（時(shí)間敏感型網(wǎng)絡(luò)）、CAN/CAN FD/CAN XL、LIN以及用于車外通信的無線網(wǎng)絡(luò)等。除了精確的實(shí)時(shí)仿真分析外，RTaW-Pegase還可以計(jì)算通信延遲和緩沖區(qū)利用率的上限，還包括現(xiàn)先進(jìn)的自動(dòng)配置算法來確保硬件和軟件組件的正確性和優(yōu)化方式。

RTaW-Pegase主要特征：

1. 支持工業(yè)以太網(wǎng)，汽車交換以太網(wǎng)，時(shí)間觸發(fā)的以太網(wǎng)以及具有任意速度和拓?fù)涞腁FDX；

2. 支持通過網(wǎng)關(guān)互連的CAN，交換以太網(wǎng)，AFDX，F(xiàn)lexRay，LIN和ARINC429總線組成的異構(gòu)通信體系結(jié)構(gòu)的最壞情況分析和時(shí)序精確仿真；

3. 使用ZeroConfig-TSN（ZCT）進(jìn)行生成設(shè)計(jì)——一種“按鍵”方法，可自動(dòng)選擇和配置TSN網(wǎng)絡(luò)；

4. 新增功能：拓?fù)鋲毫y(cè)試（TST）的設(shè)計(jì)空間探索算法可幫助設(shè)計(jì)人員在不完全了解通信要求的情況下做出早期的拓?fù)浜图夹g(shù)選擇；

5. 可以使用用戶編寫的Java插件對(duì)更高級(jí)別的通信層，運(yùn)行時(shí)環(huán)境和應(yīng)用程序進(jìn)行建模。這樣可以模擬完整的嵌入式系統(tǒng)；

6. 針對(duì)互連網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化的TSN時(shí)間感知整形器（IEEE 802.11Qbv）傳輸時(shí)間表；

7. 支持Kalray MPPA和STMicroelectronics許多核心架構(gòu)的片上網(wǎng)絡(luò)；

8. 分析和配置任務(wù)調(diào)度，事件觸發(fā)和時(shí)間觸發(fā)的調(diào)度，獨(dú)立任務(wù)，以圖形和可運(yùn)行對(duì)象形式描述的任務(wù)，跨任務(wù)，網(wǎng)絡(luò)和CPU的全系統(tǒng)時(shí)序鏈的驗(yàn)證；

9. 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)微積分的最新技術(shù)，以計(jì)算通信延遲，幀抖動(dòng)和緩沖區(qū)利用率的上限；

10. 通過并行化的仿真引擎提供最壞情況的分析和定時(shí)精確的仿真，以預(yù)測(cè)最壞情況和典型的性能；

11. 支持FIFO，優(yōu)先級(jí)，基于AVB信用的整形器，TSN時(shí)間感知整形器，幀搶占，TTEthernet和輪詢幀調(diào)度器；

12. 包括優(yōu)化的優(yōu)先級(jí)分配和路由算法，以及基于AVB信用的成形器和TSN時(shí)間感知成形器的配置算法；

13. 支持周期性和零星的報(bào)文傳輸模式，UDP和TCP傳輸，分段報(bào)文（例如，視頻流和FTP流量）以及復(fù)雜的傳輸模式（例如，DoIp協(xié)議）；

14. 帶有通信架構(gòu)編輯器，甘特圖和設(shè)計(jì)選項(xiàng)比較的豐富圖形版本和可視化環(huán)境；

15. 通過Java導(dǎo)出插件，CSV，XML文件和行業(yè)常用的格式，輕松導(dǎo)入和導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)配置和模擬結(jié)果；

16. 對(duì)于真正的最壞情況下的延遲，計(jì)算出的通信延遲是有限的（通常小于15％），并且會(huì)針對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)流進(jìn)行評(píng)估；

17. 包括NETAIRBENCH基準(zhǔn)測(cè)試生成器，它可以創(chuàng)建隨機(jī)而現(xiàn)實(shí)的以太網(wǎng)配置以進(jìn)行早期評(píng)估，或者研究網(wǎng)絡(luò)在未來的發(fā)展中將如何適應(yīng)更多的負(fù)載；

18. 分析速度快，在不到10秒的時(shí)間內(nèi)即可分析民用飛機(jī)中的大型AFDX網(wǎng)絡(luò)；

19. 可在支持Java的所有32或64位平臺(tái)上運(yùn)行——無加密狗或許可證服務(wù)器保護(hù)；

20. 提供專業(yè)支持和自定義擴(kuò)展。也可以通過軟件開發(fā)人員SDK使用RTaW-Pegase功能，以在您自己的程序中使用

RTaW-Pegase應(yīng)用功能介紹：

1. 快速建模仿真：用戶可快速搭建待仿真的車載網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼澳Ｐ停–AN/CAN FD、LIN、車載以太網(wǎng)單獨(dú)的總線網(wǎng)絡(luò)或異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)）

RTaW

圖3：快速建立仿真模型

CAN/CAN FD：支持導(dǎo)入標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)、設(shè)置網(wǎng)關(guān)路由模式及其參數(shù)，分析時(shí)間延遲；車載以太網(wǎng)：可根據(jù)需要選擇不同流量整形（AVB、TSN等）技術(shù)，分析不同技術(shù)對(duì)系統(tǒng)時(shí)間延遲的影響。

2. 仿真結(jié)果可視化：用戶可根據(jù)各種不同的仿真結(jié)果呈現(xiàn)方式，根據(jù)仿真結(jié)果分析各項(xiàng)報(bào)文的延遲情況等

RTaW

圖4：甘特圖

RTaW

圖5：列表形式

RTaW

圖6：折線圖形式