高效的以太網(wǎng)網(wǎng)絡分析窗口Protocol Monitor詳解

車載以太網(wǎng)在當今現(xiàn)代車輛中擔任著至關重要的角色，為各種關鍵功能和服務提供支持。隨著車輛網(wǎng)絡的不斷發(fā)展，大規(guī)模以太網(wǎng)的部署使得網(wǎng)絡拓撲變得更加復雜，數(shù)據(jù)格式和協(xié)議也變得更加多樣，數(shù)據(jù)流量也變得更加龐大。這些復雜性給車載以太網(wǎng)絡的分析帶來了嚴峻的挑戰(zhàn)。專業(yè)的分析工具，可以讓開發(fā)和測試人員更為輕松地應對挑戰(zhàn)。

CANoe/CANalyzer提供了“Protocol Monitor”分析窗口，可幫助用戶從大量的流量信息中快速獲取“Who talks to whom about what”的內(nèi)容。Protocol Monitor具備以下主要特性：

根據(jù)網(wǎng)絡流量建立協(xié)議層次模型

提供協(xié)議端點及其連接的可視化視圖

支持多種協(xié)議

靈活的過濾功能

強大的搜索功能

01Protocol Monitor vs Trace Window

Trace Window通常更側(cè)重于分析數(shù)據(jù)，如圖1所示。當觀察到一條以太網(wǎng)幀時，Trace Window將其列為新事件并以文本行的形式顯示出來，其中Detail View可以顯示所有細節(jié)，但無法直觀地獲取通信的端點信息以及報文之間的關系。相比之下，Protocol Monitor可以將這條以太網(wǎng)幀按照Ethernet|IPv4|UDP|SOME/IP的分層結(jié)構(gòu)，逐層顯示通信的端點和連接，提供更為清晰的層次化協(xié)議信息。

圖1：Protocol Monitor vs Trace Window

02Protocol Monitor重要概念介紹

Endpoint（端點）

協(xié)議信息從一個源端傳輸?shù)揭粋€目的端，源端和目的端都稱為端點（Endpoint）。每個協(xié)議層都有相應的端點，并且端點之間存在嵌套關系，對應于協(xié)議層級的依賴關系。

Connection（連接）

連接表示兩個端點之間的通信。一個連接包含一個發(fā)起者（Initiator）和一個接收者（Addressee），角色分配由連接中觀測到的第一幀來決定，第一幀的源地址自動成為連接的發(fā)起者，目的地址則自動成為連接的接收者。

Network Node（網(wǎng)絡節(jié)點）

一個網(wǎng)絡節(jié)點對應一個ECU，節(jié)點通常包括一個或多個端點。

Network（網(wǎng)絡）

網(wǎng)絡是一個廣播域內(nèi)能互相連通的端點的組合，可通過物理網(wǎng)絡（如以太網(wǎng)）和虛擬網(wǎng)絡（如VLAN）劃分。

圖2：重要概念

03Protocol Monitor用戶界面介紹

Diagram View

Diagram View使用圖形的方式顯示網(wǎng)絡通信。不同顏色的方塊表示不同協(xié)議層級中的端點，箭頭則表示各端點之間的連接及通信方向。

Endpoints View

Endpoints View以樹形結(jié)構(gòu)顯示實時通信的端點。用戶可以根據(jù)端點所屬的網(wǎng)絡節(jié)點或網(wǎng)絡進行分組，并根據(jù)需要設置過濾器。

Detail View

Detail View可以顯示當前選中元素的更多詳細信息。

Connections View

Connections View以列表形式顯示所有連接的信息。用戶可以根據(jù)需要設置過濾器。

圖3：用戶界面

04典型應用案例：SOME/IP通信分析

以CANoe自帶的示例工程“SOMEIPBasicAutosar.cfg”為例，說明如何通過Protocol Monitor有針對性地對SOME/IP通信進行分析。

首先，點擊Analysis| Protocol Monitor以激活Protocol Monitor窗口，然后運行CANoe工程，即可通過Protocol Monitor快速解決如下問題：

問題：如何查看節(jié)點ADAS的MAC地址、IP地址、傳輸層端口等信息?

- 解決方法：

打開Endpoints View窗口，在列表中找到節(jié)點ADAS，如圖4所示。

查看其MAC地址：MAC地址為020001:04。

查看其IP地址：IP地址為192.168.3.4。

查看其傳輸層端口：傳輸層端口為UDP:30490和UDP:30500。

圖4：ADAS節(jié)點信息

問題：哪些節(jié)點通過SOME/IP進行通信？

- 解決方法：

在Endpoints View窗口的左上角，找到“Filter”（過濾器）。點擊Filter進行過濾設置，確保僅勾選了Application->SOME/IP。

在Diagram View窗口中，可以看到一個可視化的節(jié)點圖表，如圖5所示，顯示所有通過SOME/IP通信的節(jié)點以及它們的端點之間的連接關系。

圖5：SOME/IP通信節(jié)點

問題：誰是服務“sif_2001”的提供者和消費者？

- 解決方法：

在Diagram View窗口中，點擊工具欄上的搜索框

在搜索框中輸入文本“sif_2001”，查找與服務“sif_2001”相關的內(nèi)容。

雙擊Type為Endpoint的[Offers]所在行，如圖6所示，在Detail View窗口可以看到服務“sif_2001”的提供者為CAMF。

雙擊Type為Endpoint的[Subscriptions]所在行，如圖7所示，在Detail View窗口可以看到服務“sif_2001”的消費者為ADAS。

圖6：服務sif_2001的提供者（Text Search）

圖7：服務sif_2001的消費者（Text Search）

- 解決方法2：

在Diagram View窗口中，點擊工具欄上的搜索框

點擊搜索框上設置按鈕，激活Extended Mode。

寫入文本“Offers~sif_2001 OR Subscriptions~sif_2001”，查找服務“sif_2001”的提供者或消費者。

雙擊Type為Endpoint的[Offers]所在行，如圖8所示，在Detail View窗口可以看到服務“sif_2001”的提供者為CAMF。

雙擊Type為Endpoint的[Subscriptions]所在行，如圖9所示，在Detail View窗口可以看到服務“sif_2001”的消費者為ADAS。

圖8：服務sif_2001的提供者（PMQL）

圖9：服務sif_2001的消費者（PMQL）

問題：節(jié)點ADAS訂閱了節(jié)點CAMF的哪些服務？

- 解決方法：

在Connections View中，點擊位于左側(cè)邊緣的分割器以展開Stop and Pass Filter區(qū)域。

在Stop and Pass Filter區(qū)域添加Pass Filter，并命名為“ADAS<->CAMF”。

選擇剛添加的過濾器“ADAS<->CAMF”，之后點擊圖標以添加一個AND條件。

選擇剛添加的AND條件行，之后點擊圖標，添加兩個Property Condition，分別設置條件為”Initiator Node = ADAS”以及”Addressee Node = CAMF”。

激活過濾器后，選中搜索結(jié)果，如圖10所示，即可在Detail View窗口看到ADAS訂閱的CAMF的服務為sif_2001。

圖10：ADAS節(jié)點訂閱CAMF節(jié)點的服務

問題：如何為Trace窗口創(chuàng)建過濾器，從而與Trace窗口聯(lián)合分析數(shù)據(jù)？

- 解決方法：

在Protocol Monitor中選擇要創(chuàng)建過濾器的特定元素，可以是各個視圖中的端點或連接。

在選中的元素上右擊選擇“Create Filter for Trace Window”，在彈出的配置對話框中，選擇要應用過濾器的Trace窗口。

配置Filter的類型以及名稱。

點擊Create之后，新的過濾器組將顯示在Trace窗口的Analysis Filter區(qū)域，如圖11所示，可用于對Trace窗口中的數(shù)據(jù)進行分析。

圖11：創(chuàng)建Trace窗口過濾器

04結(jié)論和展望

Protocol Monitor的引入增強了CANoe/CANalyzer的分析功能。在特定的應用場景下，Protocol Monitor能加速和簡化問題定位、數(shù)據(jù)分析和通信監(jiān)控的過程，為開發(fā)和測試人員提供更高效的工作方式。

未來Protocol Monitor的功能也將逐步擴展，以滿足越來越多的新需求。例如，支持更多的以太網(wǎng)協(xié)議，并擴展到支持其它總線系統(tǒng)的協(xié)議，以及更多基于各種協(xié)議校驗規(guī)則的錯誤檢測功能。此外，Vector還計劃支持通過Protocol Monitor生成關于網(wǎng)絡內(nèi)容的詳細報告，以使其成為更為全面的可視化網(wǎng)絡分析工具。

審核編輯：湯梓紅