汽车以太网应用指南：查看真实信号
车载以太网环境下SOA_工具链的分析
■糜斌从车载以太网环境下SOA及SOME/IP的关系出发，分析了汽车环境下SOA架构应用对相关工具链的需求。
针对在采用开源与商用SOME/IP协议栈的不同情况下现有工具链应用中发现的功能不足问题和兼容性问题，提出了完善措施和解决办法。
在实际项目应用中，按照所提方法开发相关的工具软件，最终达到了在采用开源与商用SOME/IP协议栈的设备之间互连互通的结果。
现代汽车已高度联网且联网的程度仍在日益加深，预计未来将有四种网络：汽车内联网、汽车间联网、汽车与道路基层设施间的联网、汽车与互联网之间的互联。
车载以太网属于汽车内联网。
在汽车应用方面，提到以太网时就不仅仅是常规意义上的以太网，还包括各种协议栈和技术，如SOME/IP协议和SOA。
SOME/IP协议：Scalable Service-Oriented Middleware on IP，最初是由宝马公司2011年开发设计的一套中间件所采用的通信方式。
后来被AUTOSAR接纳并纳入其正式标准。
几个关键发展节点如下：AUTOSAR4.0—完成宝马SOME/IP消息的初步集成；AUTOSAR4.1—支持SOME/IP-SD及其发布/订阅功能；AUTOSAR4.2—添加transformer用于序列化以及其他相关优化；AUTOSAR4.3—修复一些transformer bug同时添加针对大量UDP数据包的SOME/IP-TP协议以及其他SOME/ IP-SD的优化工作。
SOA是面向服务的架构，目的是构建灵活可变的平台系统，能帮助我们站在一个新的高度理解整车环境下各Ecu中各种组件的开发、部署形式，帮助我们以更迅速可靠、更具重用性地架构整个业务系统。
较之面向信号，以SOA架构的系统能够更加从容地面对业务的急剧变化。
车载信息娱乐（IVI）是车载以太网的3个主要应用领域之一。
IVI属于需要快速迭代的领域，采用SOA就是一个较好的选择。
由于SOME/IP协议名称中的Service-Oriented，有些人在提到SOA时就会将它与SOME/IP等同。
整车信息安全标准与测试方法探讨
整车信息安全标准与测试方法探讨马文博1刘冬乐21.中国汽车技术研究中心有限公司，天津，3003002.中汽科技（北京）有限公司，北京，100000摘要：汽车智能化发展对汽车信息安全提出了更高要求，完善汽车信息安全标准体系，能够有效管理车辆信息安全。
为此，针对智能网联汽车信息安全问题，梳理了国内外相关现行标准，分析了整车信息安全测试方法，为汽车信息安全的标准制定及测试提供参考。
关键词：汽车信息安全；标准；测试方法；智能网联中图分类号：U467.5收稿日期：2023-07-15DOI：10 19999/j cnki 1004-0226 2023 10 0271前言随着智能化的发展，汽车产业成为国民经济的支柱产业。
汽车智能化给人类带来便捷的同时也存在诸多隐患：2021年4月6日，某车内摄像头高清画面被黑客曝光冲上微博热搜；2022年5月17日，某车钥匙系统被破解，10s内可远程盗走车辆；2020年某车企共享高端车被盗，临时停止了在地区的共享汽车服务；2015年，黑客远程攻击JEEP导致召回140多万辆汽车［1］。
汽车一旦爆发网络安全，将危及财产安全、隐私安全、人身安全，出台汽车信息安全相关标准和法规，完善汽车信息安全技术标准体系，建立统一的标准检测方法，有助于国家安全及社会稳定。
2国内外信息安全法规及标准动态对于汽车信息安全的威胁包括云端威胁、网络传输威胁、车载终端威胁、生态互联威胁四个层面，主要受攻击零部件包括CAN总线、IVI、T-box、云平台、手机APP，对应信息安全风险系数为68%、67%、52%、49%、38%。
世界各国高度重视汽车网络安全，积极推出汽车信息安全政策法规。
2 1国外标准动态对于汽车信息安全标准法规建设，国外起步较早，目前已经出现很多网络信息安全标准［2］。
如表1所示，美国SAE（美国与国际汽车工程师学会）针对汽车在生产过程中全生命周期出现的信息安全问题，制定了SAE J2186-2019和SAE J2836-2018标准，旨在将信息安全融入整个车机系统的开发及更新。
10GB以太网应用指南
10Gb以太网应用指南10Gb以太网应用指南毫无疑问，为了能用一种解决方案来支持存储、数据中心和LAN，网络工程师正在建立10千兆以太网网络。
但是，对于设计和管理数据中心及其连接，从基础布线到网络组件的方方面面，IT团队都有很多选择。
在本手册中，我们划分了以太网与数据中心、云计算、802.11n、交换机等几个方面，学习如何选择正确的可以影响10千兆以太网距离、速度和总体性能的布线方式。
同时，通过介绍灵活性和阻止延时来了解10千兆以太网网络如何影响数据中心优化。
了解即将使用的10千兆以太网协议如何处理数据包丢失的挑战以及如何实现网络中更有效的流量优先级划分等内容。
以太网与数据中心10 GbE已经最终进化为一个可行的解决方法——至少目前是。
了解10千兆网络是如何为在数据中心和存储处理网络负荷和阻止延时方面减少开支和增加灵活性的。
IEEE和Internet Engineering Task Force (IETF)目前正在着手开发一些能够提高网络有效性和减少数据包丢失类似情况发生的协议。
他们的工作对于确保Fibre Channel over Ethernet (FCoE)和Internet SCSI (iSCSI)的性能是至关重要的。
以10 Gigabit Ethernet优化数据中心聚合增强型以太网：新协议增强数据中心以太网以太网与云计算今年关于“云”计算的探讨相当的多。
企业开始考虑的不仅是目前他们的企业看起来是如何的，而且还在考虑以后它需要如何架构。
这样他们会开始考虑：我们是否要外包一个公用“云”，还是开始考虑如何建立一个专有的“云”？这几乎对每一个公司而言都是很重要且值得深入探讨的。
探讨Arista的“云”计算网络和10 Gigabit Ethernet（一）探讨Arista的“云”计算网络和10 Gigabit Ethernet（二）以太网与802.11n市场以及无线设备的数量和多样性正日益提升，更多的公司正部署无线电话、打印机、桌上电脑和其它的行业特定设备，如医疗设备等，这种增生正在支持Wi-Fi的设备中推动着一个快速的增长。
车载以太网测试之实锤-AVB测试实践
车载以太网第二弹|测试之实锤——AVB测试实践背景介绍AVB（Audio Video Bridging）音视频桥接，是由IEEE 802.1标准委员会的IEEE AVB任务组制定的一组技术标准，包括精确时钟同步、带宽预留和流量调度等协议规范，用于构建一个低延迟、高可靠的车载以太网网络。
2012年11月，AVB任务组变更为“TSN（Time-Sensitive Networking）——时间敏感网络”任务组。
TSN在AVB的基础上进一步延伸，从专业音视频领域扩展到工业自动化、移动通讯、汽车等领域。
因此掌握AVB协议，可为理解TSN协议打好基础。
图1为TSN对AVB的继承和扩展。
图1 AVB和TSN协议对比AVB/TSN协议标准AVB包括多个不同的协议，在具体应用时可根据实际情况进行裁剪和选择，取决于功能场景的需求及开发难度（注：实现整个AVB协议族的开发难度很大）。
图2 IEEE 802.1协议标准为了便于音视频数据的可互操作性，在AVB核心标准基础上，IEEE定义了1722和1733（时间敏感应用传输协议）用于传输音视频数据，满足Talker和Listener之间实时的、高质量的音视频数据传输要求。
为保证AVB节点之间的互操作性，IEEE 定义了一个应用层协议1722.1，用于满足1722终端设备之间的发现、枚举、连接管理和控制。
图3 IEEE 1722/1733协议标准AVnu车载以太网AVB功能和互操作性规范为将AVB协议应用于车载设备，AVnu联盟发布车载以太网AVB功能性和互操作性基础规范——“AVB汽车配置文件”，定义AVB在汽车信息娱乐系统和前视、后视等辅助摄像系统中的应用场景。
AVnu互操作性规范对车载AVB设备以及汽车特定的应用场景做如下约定：1.网络和设备启动•端口自协商应被禁止•为了获取AVB设备的内部状态，定义三种车载AVB设备状态：Ethernet_Ready、AVB_Sync和AVB_Media_Ready。
CANFDNET-400U高性能四通道CANFD总线转以太网转换器用户手册说明书
©2019 Guangzhou ZLG Microelectronics Technology Corp.,Ltd.CANFDNET-400U 用户手册CANFD 总线转以太网模块产品UM01010101 1.0.00 Data:2019/03/11修订历史目录1. 产品简介 (1)1.1产品概述 (1)1.2产品特性 (1)1.2.1强大的硬件 (1)1.2.2完善的功能 (1)1.2.3典型应用 (2)2. 产品规格 (3)2.1电气参数 (3)2.2工作温度 (3)2.3防护等级 (3)3. 机械尺寸 (4)4. 产品硬件接口说明 (6)4.1面板布局 (6)4.2状态指示灯 (6)4.3按键 (7)4.4电源接口 (7)4.5CANFD-bus接口 (7)4.6以太网接口 (9)4.7车载以太网接口 (9)5. 快速使用 (11)5.1设备连接 (11)5.2软件安装 (11)5.3打开设备配置工具 (11)5.4设备搜索 (12)5.5设备基本配置 (13)5.5.1配置网络参数 (13)5.5.2配置CAN(FD)通道参数 (14)5.5.3配置CAN(FD)转以太网参数 (14)5.5.4下载配置 (15)5.6连接ZCANPRO (16)6. 免责声明 (18)1. 产品简介1.1 产品概述CANFDNET-400U是广州致远电子有限公司开发的高性能工业级以太网与CAN(FD)-bus的数据转换设备，它内部集成了4路CAN(FD)-bus 接口、1路Ethernet 接口，1路车载双线以太网接口，自带成熟稳定的TCP/IP 协议栈，用户利用它可以轻松完成CAN(FD)-bus 网络和以太网网络的互连互通，进一步拓展CAN(FD)-bus 网络的范围。
CANFDNET-400U为工业级产品，可以工作在-40℃～85℃的温度范围内。
它具有一路100M/1000M自适应以太网接口，一路10M/100M车载双线以太网接口，4路CAN(FD)口通信最高波特率为5Mbps，具有TCP Server，TCP Client，UDP等多种工作模式，通过配置软件用户可以灵活的设定相关配置参数。
汽车以太网的做法和原理
汽车以太网的做法和原理
汽车以太网（Automotive Ethernet）是一种基于以太网技术的汽车网络通信标准。
它的做法和原理如下：
1. 物理层：汽车以太网使用双绞线作为物理层的传输媒介，通过行车总线（Cable Harness）将以太网线缆连接到车辆内部的各个模块或者外部的设备。
2. 数据链路层：汽车以太网使用802.3协议定义的数据链路层，通过以太网帧格式来传输数据。
其中，以太网帧头部包含目的MAC地址和源MAC地址，以及以太网协议类型等字段。
而在传输速率上，汽车以太网通常采用的是千兆以太网（1 Gbps）或者万兆以太网（10 Gbps）。
3. 网络层：汽车以太网可以使用标准的TCP/IP协议栈来实现网络层功能。
这样，不仅可以实现车内各个子系统之间的通信，还可以连接到外部的服务器或者云平台。
4. 应用层：汽车以太网支持车载设备和车辆控制器之间的应用层通信。
通过以太网接口进行数据交互，实现例如远程诊断、软件更新、娱乐系统等应用功能。
需要注意的是，为了确保安全性和稳定性，汽车以太网通常采用一系列的技术来增强通信性能，如时间敏感网络（Time-Sensitive Networking，TSN）、故障容错等。
总的来说，汽车以太网的做法和原理类似于传统以太网，但针对汽车行业的特殊要求进行了一系列的优化和改进，以满足车辆内部各个子系统之间的高速数据传输和实时通信的需求。
知荐一文熟悉车载以太网
Payload：在类型字段之后，以太帧包含有效载荷数据区域。 有效负载的最小长度为不带VLAN标记的46字节或带VLAN标记的42字节, 在汽车工业中，它最多可以包含1500个字节。
CRC校验：CRC校验在以太帧的末尾发送。 校验中包含的值是使用标准化算法计算的，该算法在发送方和接收方中以相同的方式实现。该计算是在以太帧的所有字段中进行的，因此可以确保整个消息的完整性。
标准
在车载网络方面，玩家是很多的，也推出了各自的标准，如下：
其中OPEN Alliance和电气与电子工程师协会（IEEE）制定的标准是车载以太网领域比重最大和应用最广泛的，例如我们熟知的100BASE-T1和1000BASE-T1。
自1980年以来，IEEE一直负责以太网的维护、开发和标准化。尽管各个公司都可提供专有的以太网解决方案，但大多数时候公司都会交给IEEE进行标准化以确保更广泛的应用。802工作组则专门负责以太网，因此，所有与以太网相关的标准都以802开头（例如，IEEE 802.1，IEEE 802.2，IEEE 802.3等）。
车载以太网技术及其一致性测试方案
随着汽车电子产品数量逐年增加，高级驾驶辅助系统（ADAS）、车 载诊断系统（OBD）、车载信息娱乐系统（IVI）的大量应用，还有无人 驾驶技术的发展，对新型汽车电子总线的要求也随之增加，车载以太网 技术应运而生。
目前，多个品牌众多车型如宝马X3、X4、X5、X6、i3、i8、6系和7系、 捷豹XJ、XF、大众帕萨特等都使用了车载以太网技术。
灵活的测试步骤可视化的测试连接向导可编辑测试容限自动生成可定制化的测量报告rtzf2功能模块划分同时支持broadrreach传输失真测试同步方案rtzf3频率转换器频率66666mhz至10mhzrtzf6频率转换器频率125mhz至10mhzrtob6任意波形发生器选件100mhz带宽双通道采样率500msas分辨率14bit集成在rto2000系列示波器应用于broadrreach1000baset1传输失真测试不仅节省仪器放置空间还使测试连接更简单
2、千兆车载以太网测试 IEEE802.3bp 1000BASE-T1标准定义测试项： 传输时钟抖动（Master & Slave） 传输MDI抖动 传输失真 功率谱密度模板 传输衰落 MDI回损 其他测试项：传输频率、输出电压、MDI模式转换损耗等。
R&S车载以太网技术及其一致性测试方案介绍
在以太网测试技术方面，（罗德与施瓦茨）R&S拥有成熟的车载以太网技术 及其一致性测试方案。
R&S拥有高性能平台示波器 ，任意 波形发生器 ，矢量网络分析仪 ，屏蔽
室和频率转换器/测试夹具等，能够完 成包含发送端PHY层电气一致性测试， 车载以太网线缆测试，能够提供成熟 且完整的车载以太网测试解决方案。
如想了解更详细的方案，欢迎咨询
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汽车以太网：查看真实信号应用指南
引言
随着汽车行业加快转向汽车以太网技术，全方位设计验证对保证多个ECU之间的互操作能力和可靠运行至关重要。
本应用指南介绍了汽车以太网、全双工通信、隔离主信号与从信号的需求、信号分隔测试方法，以及当前定向耦合器插入方法与泰克新型信号隔离方法比较。
汽车以太网
汽车以太网概念是由OPEN联盟SIG提出来的，也叫IEEE 802.3bw (原BroadR-Reach)，是为汽车联网应用设计的一种以太网物理层标准，如高级安全功能、舒适和信息娱乐功能。
通过汽车以太网，多个车载系统可以经过一条非屏蔽单绞线电缆同时访问信息。
对汽车制造商来说，这一技术降低了联网成本和线缆重量，同时提高了信号带宽。
为实现更高的信号带宽，汽车以太网在双绞线电缆上采用全双工通信链路，支持同时收发功能及PAM3信令。
采和PAM3实现全双工通信，可能会令查看汽车以太网业务及信号完整性测试变得非常复杂。
OPEN联盟为元器件、信道和互操作能力制订了汽车以太网测试规范。
测试系统整合了电子控制单元(ECU)、连接器和非双绞线电缆。
测试要求系统在车内苛刻的环境条件和噪声条件下工作。
为此，用户必需能够在系统级表征和查看信号完整性和业务，才能执行可靠性测试。
客户需要在系统级进行信号完整性测试的应用实例有：
●TC8信号质量测试
●ECU元器件表征和测试
●汽车以太网电缆、连接器、电缆长度和路由表征和测试
●电磁噪声或高斯噪声测试
●大电流注入测试
●生产单元测试
●汽车系统对汽车以太网性能的影响
-DC马达开/关
-发动机开/关
●汽车以太网系统调试
建议在设计阶段执行信号完整性测试，在系统整合前确定潜在的问题。
2
3
全双工通信和测试挑战
如前所述，全双工通信及PAM3信令为在真实世界条件下验证ECU 增加了复杂度。
大多数串行标准都在单工模式下工作，一次只有一台设备通信，有些通信标准对发送和接收使用一条单独的链路，而在汽车以太网中，主设备和从设备可以通过同一条链路同时通信。
(参见图1)
因此，来自主设备的信号与来自从设备的信号相互叠加。
主设备知道它发送的是哪些数据，它可以从叠加的信号中确定从设备的信号，反之亦然。
尽管收发机是为处理这种情况而设计的，但在示波器上隔离信号，进行信号完整性测试或协议解码几乎是不可能的。
全双工PHY I/O
全双
工MAC I/O (MII)
全双工
MAC I/O (MII)
图1：汽车以太网全双工通信链条。
主信号与从信号没有分开时看到的汽车以太网信号。
为了在链路上进行信号完整性分析，使用示波器在实际系统环境中进行协议解码，汽车设计人员必需分开查看每条链路，用户必须先把信号分开，然后再进行分析。
应该指出的是，最好在汽车整合阶段执行信号完整性测试，选择电缆，检查ECU 在电磁噪声条件下的性能，确定最优的电缆长度和路由等。
对这类分析，可以把眼图测试作为非常重要的工具，来查看系统健康状况，我们在后面将对此展开讨论。
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分隔汽车以太网PAM3信号
目前，有两种方法把主信号与从信号分开。
第一种是传统方法，要求用户断开或剪断汽车以太网电缆，插入定向耦合器来分隔和测试信号。
这种方法在以最小干扰实现准确测试方面本身存在着缺陷。
第二种方法也就是泰克信号分隔方法，这是一种新方法，采用先进的软件和探头，非插入式分隔信号，用户可以更清楚地查看真实的信号。
这种方法克服了传统定向耦合器方法的缺点。
下面我们将讨论并比较这两种方法。
定向耦合方法
如前所述，定向耦合器方法要求断开汽车以太网电缆，手入定向耦合器分隔信号。
在系统级剪断电缆并不是一件易事，因此这种方法并不适合进行系统级测试。
通过这种方法，用户可以查看主信号和从信号，但它引入了插损和回损，很难确定错误是系统引起的，还是新增硬件引起的。
此外，尽管我们可能能够消除定向耦合器的影响，但反嵌可能会放大系统中的噪声，影响测量和表征精度。
定向耦合器方法
5/6系列MSO
主(ECU)
从(ECU)
定向耦合器
定向耦合器
5
眼图显示了在安装定向耦合器后插损和回损对汽车以太网信号的影响。
最大幅度是100 mVpp，因为定向耦合器采用定向原理工作。
插损和回损结果使眼图闭合。
直到最近，定向耦合器方法一直是默认的汽车以太网测试方法，因为之前一直没有泰克基于软件的信号分隔测试方法。
泰克信号分隔方法
泰克信号分隔方法于2019年7月问世，它同时从主
测试点和从测试点查看电压波形和电流波形，来分隔全双工信号，并采用专有软件算法提供分隔后的信号。
泰克信号分隔方法是一种基于软件的解决方案，它不用剪断汽车以太网电缆，用户就能看到真实信号。
这
泰克信号分隔方法
主信号的眼图显示了定向耦合器插损和回损的影响
5/6系列MSO
电流探头
电压探头
主(ECU)
双绞线
从(ECU)
我们使用的设置包括把汽车以太网转换到SMA 连接器的夹具、定向耦合器、把SMA 转换到汽车以太网电缆的夹具。
种方法的优势之一，是它可以显示主信号和从信号，而不会像定向耦合器方法那样增加插损和回损及反嵌影响。
下面的眼图采用泰克信号分隔软件。
与定向耦合器眼图相比，信号质量更高，眼图“更清楚”。
用户可以准确地表示汽车以太网信号，实现信号质量测量，并
能够更快地确定潜在的性能问题。
采用泰克信号分隔软件的主信号的眼图
信号分隔方法与定向耦合方法比较
我们使用上面提到的两种测试方法，进行测量测试，对比测试结果。
在测试中，我们先使用泰克信号分隔技术、一只电流探头和电压探头设置和运行测试。
对定向耦合器方法，我们剪断汽车以太网电缆，插入带有SMA连接器的定向耦合器。
然后我们运行测试，测试条件与定向耦合器方法相同，然后调用信号分隔方法波形，对比这两种测试方法。
泰克信号分隔方法和定向耦合方法的测试结果对比
比较结果显示，这两种方法的幅度存在着明显差异，说明了定向耦合器的影响。
在采用定向耦合器方法时，主信号的幅度约为90 mVpp (峰峰值电压)，从信号的幅度约为85 mVpp。
相比之下，信号分隔方法中主信号的幅度约为1.5 Vpp，从信号的幅度约为1.45 Vpp。
在本例中，定向耦合器增加了20 dB损耗。
为消除定向耦合器引入的断点，反嵌必不可少，以补偿插损和回损。
如前所述，尽管有可能能够消除定向耦合器的影响，但反嵌可能会放大系统中的噪声，影响测量和表征精度。
还应该指出，反嵌可能会耗用很长时间，极具挑战性。
此外，对汽车的系统级测试和维护保养来说，剪断电缆、安装定向耦合器可能会极具挑战性。
相比之下，信号分隔方法不用干扰系统就能显示真实信号。
通过这种全新的汽车以太网测试方法，用户可以表征信号，精度更高，时间更少，而且不会增加费用和测量挑战。
用户可以使用这种方法，在系统级执行信号完整性测试，执行应用环境中提供的所有测试。
6
小结
在本文中，我们介绍了汽车以太网、全双工通信、隔
离主信号与从信号的需求、信号分隔测试方法，以及
当前定向耦合器插入方法与泰克新型信号隔离方法比
较。
通过比较两种汽车以太网测试方法，我们展示了泰克
信号分隔解决方案的优势，如比定向耦合器信号方法
更准确地查看真实信号，简化了元器件级和系统级测
试设置，缩短了测试时间，满足了汽车整个生命周期
的测试需要。
如需进一步了解怎样使用 PAM3 分析工具及测试解决方
案分隔信号，进行汽车以太网信号完整性分析，可通
过：/automotive/automotive-ethernet
7。