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車載以太網(wǎng)?未來總線
提到車載以太網(wǎng)，早已經(jīng)不是新鮮詞匯了，很多工程師在進入汽車電子領域都是從CAN、LIN等基礎或常用的協(xié)議學起，然后開始接觸以太網(wǎng)相關的知識。CAN、LIN等車載通訊協(xié)議在如今的車輛應用十分廣泛，但是由于協(xié)議本身的限制，很難支撐汽車智能網(wǎng)聯(lián)化的進一步發(fā)展,車載以太網(wǎng)將在新一代汽車網(wǎng)絡架構(gòu)中承擔重要角色，車載以太網(wǎng)也是當前行業(yè)內(nèi)整體的趨勢和方向。 ? 今天想給大家聊的話題雖然比較大，但是我們這次關注的點并不在以太網(wǎng)開發(fā)和測試方案和流程本身，而是以太網(wǎng)開發(fā)測試利器VN5000系列硬件。 ? ?
引入
熟悉Vector工具鏈的工程師應該知道，在2021年，Vector的以太網(wǎng)接口卡VN5610A和VN5640設備已經(jīng)陸續(xù)停產(chǎn)，相應的代替產(chǎn)品VN5620和VN5650開始推向廣大工程師們。隨著新設備的推廣，VN5000系列設備內(nèi)置的全新配置模式也與工程師們見面了。
圖1? VN5000 Interface Family ? 新配置模式打破了傳統(tǒng)配置模式下的設備單一工作模式與單一通道對應關系，讓工程師能夠更加靈活地使用VN5000系列設備并應用到更多的開發(fā)和測試場景中。
接下來我們會以VN5000系列設備的主要應用功能講解設備配置方式以及相關應用場景。
TAP/Bypass模式
很多工程師聽到TAP（Test Access Point）/Bypass這個名詞非常陌生，并不清楚采集一段以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)為什么要進行測試或者旁通。
那么我們舉一個常見的栗子說明一下。
圖2-1 TAP舉例圖1
在上圖中可以看到如下拓撲：網(wǎng)絡中一共有4組控制器和一臺交換機組成一個小型的車載以太網(wǎng)絡。 控制器A和控制器B之間正在進行數(shù)據(jù)交互。 ? ?
工程師Tom想要通過最近購買的VN5000系列設備讀取控制器A與控制器B之間的數(shù)據(jù)，那么他應該怎么做呢？
首先我們知道，以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收的邏輯是點對點的，與CAN、LIN總線的廣播式發(fā)送式完全不同的。所以如果我們把VN5000設備的以太網(wǎng)通道直接接入車載網(wǎng)絡中的交換機，是不會讀到數(shù)據(jù)的，因為交換機并不會將寫有控制器A和控制器B地址的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給你的VN5000。 ? 這時候工程師Jerry告訴工程師Tom，應該按照以太網(wǎng)數(shù)據(jù)點對點收發(fā)的思路，直接通過物理方式，將控制器A與控制器B的通信鏈路斷開，將VN5000串聯(lián)到鏈路中，并給VN5000中寫入對應的通道配置，實現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取。 ? ?
圖2-2? TAP舉例圖2
圖2-3? TAP舉例圖3
在實際的車輛網(wǎng)絡拓撲中，我們也是通過這樣的方式進行數(shù)據(jù)的讀取與監(jiān)控。在VN5000設備串入鏈路之后，VN5000設備會將鏈路中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)上傳至上位機軟件（如CANoe）,并且不會將鏈路本身切斷或者導致鏈路中的數(shù)據(jù)丟失。
以上就是關于TAP/Bypass的實際應用場景，此類場景適用于大多數(shù)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和分析場景。
直連模式
相信很多工程師看完了上面旁通的例子，看到這里已經(jīng)會舉一反三了。或者在上面的例子中已經(jīng)開始思考，為什么不直接將控制器A從網(wǎng)絡中拆下來，用網(wǎng)線單獨連接VN5000系列設備？
顧名思義，直連模式，指的是直接將VN5000系列以太網(wǎng)設備與被測件或者以太網(wǎng)控制器進行連接，實現(xiàn)被測件和VN5000之間的以太網(wǎng)通訊的模式。 ?
Vol.1/? ?栗子
工程師Tom需要將近期購買的以太網(wǎng)設備VN5650集成到測試機柜中，用于單件的以太網(wǎng)測試和仿真。
?但是工程師Tom拿到相關的線束和設備后并不知道路由如何進行分配，以及設備線束如何在機柜內(nèi)布局和連接。（早知道就多付一些集成費用了）
于是在工程師Jerry的推薦下，Tom給北匯技術支持郵箱techhelpdesk@polelink.com 寫了一封郵件進行請教。
根據(jù)北匯工程師的遠程指導，Tom將線束集成在走線槽內(nèi)，并按照路由將VN5650的每一通道接入一臺被測控制器，寫入對應的直連配置后，成功實現(xiàn)了對于控制器單件的調(diào)試與仿真。 ?
圖3-2? 配置示意圖4 ? ? ? ? ?
我發(fā)現(xiàn)旁通道模式和直連模式都能夠?qū)崿F(xiàn)通訊數(shù)據(jù)的采集。
那么兩種模式的使用場景有什么區(qū)別呢？
? 直連模式的適用范圍和旁通并不一致，旁通模式對于數(shù)據(jù)的采集是在保證整車或域內(nèi)網(wǎng)絡拓撲不被破壞，并能夠保證網(wǎng)絡完整性的場景下使用；而直連模式下，我們一般接入的被測件是單獨的，并未形成完整網(wǎng)絡的拓撲，無法通過線束連接的方式還原或?qū)崿F(xiàn)真實網(wǎng)絡中所有節(jié)點的狀態(tài)。
媒體轉(zhuǎn)換&端口鏡像
媒體轉(zhuǎn)換這個模式是介于我們以上提到的旁通與直連之間的特殊模式，在這個模式下我們想實現(xiàn)的并不是控制器和VN5000之間的通訊，而是媒體轉(zhuǎn)換端口兩端的不同設備間的通信。 ?
Vol.2/? ?栗子
工程師Tom又采購了一臺以太網(wǎng)流量生成分析儀，用于當前開發(fā)的車載控制器的以太網(wǎng)通訊測試。
?但是分析儀的以太網(wǎng)接口為RJ-45（也就是我們俗稱的水晶頭接口），控制器端使用的是1000BASE-T1接口，與標準的RJ45接口無在物理層實現(xiàn)兼容和通訊。需要一個中介設備將物理層協(xié)議進行轉(zhuǎn)換，然而部門有一臺VN5650又不了解配置方式。
這時候Tom想起來北匯的工程師上周來到公司進行了VN5000設備和以太網(wǎng)相關的基礎培訓，培訓的PPT中有講到通過VN5000系列設備的媒體轉(zhuǎn)換功能，可以將不同物理層之間的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換。 ?
圖4-2? 以太網(wǎng)分析儀與被測件示意圖
按照北匯講師的PPT連接完成以后，Tom發(fā)現(xiàn)還是無法進行數(shù)據(jù)傳輸，于是再次聯(lián)系了培訓講師。溝通過后發(fā)現(xiàn)設備并未連接外部電源，導致沒有上電工作。
關于媒體轉(zhuǎn)換要說的
媒體轉(zhuǎn)換功能方便了工程師將以太網(wǎng)數(shù)據(jù)在不同以太網(wǎng)物理層協(xié)議之間進行轉(zhuǎn)換，但是使用VN5000設備時，需要連接外部電源；如果不需要上位機觀察通信數(shù)據(jù)，硬件配置完成之后可以在 standalone 模式下獨立工作，無需進行 CANoe 軟件端配置。
上面我們聊到的相關的內(nèi)容都是針對一個或者兩個單件進行記錄和數(shù)據(jù)分析。面對我們實際更加復雜的實車網(wǎng)絡，怎么才能夠更高效的實現(xiàn)記錄？
這個時候就需要用到VN5000系列設備的端口鏡像功能了。 （注：鏡像功能目前只有 VN5240、VN5430、VN5640 和 VN5650 支持）
圖4-3 端口鏡像鏈路示意圖
所謂的端口鏡像功能是指將選定源物理端口的傳入數(shù)據(jù)包鏡像到特定的目標端口中。
這個時候我們想要實現(xiàn)復雜網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)記錄，只需要配置對應端口通道的旁通、直連、交換機等工作模式，以及相應的network拓撲，之后將這些端口數(shù)據(jù)指定在某一個鏡像端口中輸出就可以了。
在VN5000系列的鏡像端口定義中，可設置為鏡像端口的物理層形式均為TX，因此我們也常常把以太網(wǎng)記錄儀或ADAS記錄儀等記錄設備的數(shù)據(jù)記錄端口與VN5000系列的鏡像端口進行連接。
圖4-4 端口鏡像配置示意圖
在配置界面我們可以根據(jù)當前VN5000設備的端口資源和占用情況進行配置。 （注意：如果端口已經(jīng)在segment配置中占用，則配置為鏡像端口后，會自動移除segment內(nèi)配置的相關功能） ? 在屬性區(qū)中我們不僅可以激活和關閉鏡像功能，還可以在下方的過濾器中進行通過/截至數(shù)據(jù)的選擇，方便工程師更加快速便捷地將多余數(shù)據(jù)過濾，以及收集有效數(shù)據(jù)。 ? ?
總結(jié)
VN5000系列設備更靈活的功能配置，可以幫助工程師在車載以太網(wǎng)網(wǎng)絡中更加快捷方便地使用單臺設備和簡單的接線方式完成更加復雜的工作。正所謂工欲善其事必先利其器，能夠用好VN5000設備，才是邁進以太網(wǎng)大門的第一步。結(jié)合CANoe和CANape等上位機軟件，可進一步實現(xiàn)更加全面的以太網(wǎng)的開發(fā)、測試、診斷、標定等功能。
注：文中部分圖片來自于Vector。
編輯：黃飛
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工商網(wǎng)監(jiān)
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