測試開發(fā)實(shí)踐：網(wǎng)關(guān)路由功能及測試

1、測試開發(fā)實(shí)踐：網(wǎng)關(guān)路由功能及測試刖言當(dāng)前，車內(nèi)通信技術(shù)越來越負(fù)責(zé)，協(xié)議類型更加多樣，不同總線及協(xié)議間的 轉(zhuǎn)換和路由等也更為復(fù)雜，網(wǎng)關(guān)作為通信樞紐的載體，其測試的復(fù)雜程度和重要 性也越來越高。本文將分享網(wǎng)關(guān)路由測試開發(fā)過程中的經(jīng)驗(yàn)和遇到的問題。網(wǎng)關(guān)功能簡介網(wǎng)關(guān)作為整車各網(wǎng)段之間的連接樞紐，主要功能是通過報(bào)文路由轉(zhuǎn)發(fā)、報(bào)文 過濾與信號(hào)重組等工作實(shí)現(xiàn)信息的交換，包括不同通信協(xié)議間的交互，如Ethernet. FlexRay、CAN、CAN FD、LIN。傳統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)按照實(shí)現(xiàn)方式可分為獨(dú)立網(wǎng)關(guān)和集 成網(wǎng)關(guān)，集成網(wǎng)關(guān)指集成路由功能的儀表或車身控制器，使用集成網(wǎng)關(guān)時(shí)，其網(wǎng) 絡(luò)拓?fù)湎鄬?duì)簡單；獨(dú)立網(wǎng)關(guān)主要實(shí)現(xiàn)路

2、由功能，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎鄬?duì)復(fù)雜。近幾年E/E 架構(gòu)逐漸向域控方向發(fā)展，新的域控制器，通常也具備網(wǎng)關(guān)路由的功能。目刖，典型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲饕幸韵氯N：1）傳統(tǒng)的EE架構(gòu)，Central Gateway與所有ECU直連，獨(dú)立完成整車所有的信 息交互任務(wù)。圖1傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及網(wǎng)關(guān)2）基于Domain的EE架構(gòu)，整車拓?fù)渲谐?Central Gateway還存在Domain Gateway，Domain Gateway參與下屬節(jié)點(diǎn)間的信息交互，也承載了網(wǎng)關(guān)的功能。圖2基于域控制器的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及網(wǎng)關(guān)3）混合的EE架構(gòu)，在從傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)到基于域控制器的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的過渡階段 存在的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，兼具兩種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的特點(diǎn)。圖3

3、混合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及網(wǎng)關(guān)以上基于域節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的Central Gateway和Domain Gateway直接通過 以太網(wǎng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，域節(jié)點(diǎn)間的信息交互通過L2的Switch和L3的IP Router實(shí)現(xiàn)。除了基本的路由功能，網(wǎng)關(guān)通常還具有以下屬性和功能：1）各功能域物理隔離：網(wǎng)關(guān)區(qū)分各個(gè)功能域，將不同的功能域區(qū)分開2）外部溝通媒介與網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)：網(wǎng)關(guān)是整車與外部信息交互的媒介，因此網(wǎng) 關(guān)需要過濾外部信息，避免整車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)被攻擊3）網(wǎng)絡(luò)休眠喚醒管理：網(wǎng)關(guān)依據(jù)整車休眠喚醒條件，協(xié)調(diào)各個(gè)網(wǎng)段間的休眠喚 醒4）OTA Master功能：實(shí)現(xiàn)整車遠(yuǎn)程刷寫功能，獲取ECU升級(jí)數(shù)據(jù)包并存儲(chǔ)在 本地，當(dāng)滿足刷

4、寫條件時(shí)，網(wǎng)關(guān)可作為刷寫機(jī)，以既定的刷寫流程將刷寫數(shù) 據(jù)傳輸給待升級(jí)ECU5）整車狀態(tài)管理和能量管理：管理整車模式和用戶使用模式由于網(wǎng)關(guān)功能多樣和復(fù)雜，且部分功能具有功能安全要求，需要通過測試來 保證最終軟件的成熟度。針對(duì)網(wǎng)關(guān)的不同功能需要做相應(yīng)的測試，本文重點(diǎn)探討 基本的路由功能測試。網(wǎng)關(guān)路由類型介紹網(wǎng)關(guān)路由的類型可以分為3種：信號(hào)路由、報(bào)文路由、TP路由（診斷路由）。 以下針對(duì)這三種路由類型分別做介紹。1）信號(hào)路由：從源網(wǎng)段接收到的一條或多條報(bào)文中的部分信號(hào)（或信號(hào)組） 打包在新報(bào)文中，然后在目標(biāo)網(wǎng)段上按照定義的方式發(fā)送出來。信號(hào)從源網(wǎng)段 到目標(biāo)網(wǎng)段的路由過程中，信號(hào)所在報(bào)文的發(fā)送方式、信

5、號(hào)在報(bào)文中的位置、信 號(hào)所在報(bào)文的ID和信號(hào)所在報(bào)文的周期都可以改變，另外源網(wǎng)段和目標(biāo)網(wǎng)段的 通信協(xié)議也可以不一致。AUTOSAR架構(gòu)下定義了信號(hào)和信號(hào)組的Update bit，對(duì)于有Update bit的信號(hào)和 信號(hào)組，只有在其Update bit置位的情況下網(wǎng)關(guān)才對(duì)其進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)并在目標(biāo)網(wǎng)段更 新Update bit，當(dāng)源網(wǎng)段信號(hào)丟失時(shí)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)的Update bit持續(xù)不置位， 指示接受該信號(hào)的控制器信號(hào)超時(shí)。而針對(duì)針對(duì)非AUTOSAR架構(gòu)，部分OEM 定義了 Timeout flag，指示源網(wǎng)段信號(hào)超時(shí)。2)報(bào)文路由：從源網(wǎng)段接收到報(bào)文后轉(zhuǎn)發(fā)到目標(biāo)網(wǎng)段。根據(jù)目標(biāo)網(wǎng)段的發(fā)送形式，報(bào)文路由

6、又可以分為事件型報(bào)文路由和周期型報(bào)文路由，事件型報(bào)文路 由在源網(wǎng)段收到報(bào)文后立即觸發(fā)目標(biāo)網(wǎng)段的發(fā)送；周期型報(bào)文路由在源網(wǎng)段和目 標(biāo)網(wǎng)段都有固定的周期，源網(wǎng)段接收到報(bào)文的周期和目標(biāo)網(wǎng)段發(fā)送的報(bào)文周期沒3)TP路由：帶有傳輸協(xié)議報(bào)文的路由稱為TP路由。TP路由又可分為兩種： 不帶協(xié)議轉(zhuǎn)換的TP路由(一般稱為報(bào)文透傳)和帶有協(xié)議轉(zhuǎn)換的TP路由。前 者在部分OEM的定義中和事件型報(bào)文路由未作區(qū)分，但實(shí)際兩種路由的應(yīng)用場 景是不同的，事件型報(bào)文路由針對(duì)應(yīng)用報(bào)文，強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)發(fā)速率且最新的信號(hào)值最具 重要性(latest value is the most important)；報(bào)文透傳對(duì)速率的要求不高但要求先

7、入先出(first in first out)和不丟幀。帶有協(xié)議轉(zhuǎn)換的TP路由主要特點(diǎn)是：可以 實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換(源網(wǎng)段和目標(biāo)網(wǎng)段的協(xié)議可以不一致)，且網(wǎng)關(guān)作為傳輸連接的部分，在源網(wǎng)段的接收和轉(zhuǎn)發(fā)均須符合傳輸層協(xié)議，不符合傳輸協(xié)議的不轉(zhuǎn)發(fā)。下圖以CAN-LIN的TP路由為例介紹帶協(xié)議轉(zhuǎn)換的TP路由，由于CAN和 LIN的傳輸協(xié)議不一致，網(wǎng)關(guān)在源網(wǎng)段以CAN的傳輸層協(xié)議接收數(shù)據(jù)后，在LIN 的網(wǎng)段按照LIN傳輸層協(xié)議發(fā)送數(shù)據(jù)。CAN和LIN的報(bào)文雖然都是8字節(jié)，但 由于傳輸層協(xié)議不同，CAN和LIN網(wǎng)段的每幀報(bào)文傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容都是不一致 的。此外，由于CAN和LIN的傳輸速率不一樣，CAN網(wǎng)段接收數(shù)

8、據(jù)后存儲(chǔ)在 緩存中，在LIN網(wǎng)段按順序發(fā)出。圖 7 CAN-LIN2.1 TP 路由由于帶協(xié)議轉(zhuǎn)換的TP路由需要在源網(wǎng)段接收到數(shù)據(jù)后先存儲(chǔ)到緩存中，因 此需要占用較多的內(nèi)存資源，但同時(shí)這也是并行刷寫的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，網(wǎng)關(guān)在高帶寬 的網(wǎng)段接收到診斷數(shù)據(jù)后先行存儲(chǔ)，然后按照低帶寬網(wǎng)段的傳輸協(xié)議，并行分發(fā) 到各個(gè)低帶寬網(wǎng)段，在此過程中最大效率的利用了高帶寬網(wǎng)段的帶寬，提高整車 的刷寫效率。網(wǎng)關(guān)路由測試實(shí)踐對(duì)于具備多種路由形式的網(wǎng)關(guān)，為了驗(yàn)證是否滿足設(shè)計(jì)需求，應(yīng)該根據(jù)每種 路由類型設(shè)計(jì)測試規(guī)范和測試場景，本節(jié)將探討路由測試的痛點(diǎn)與積累的經(jīng)驗(yàn)。信號(hào)路由測試信號(hào)路由測試的難點(diǎn)在于信號(hào)路由的數(shù)量眾多并且路由信息的

9、提取困難。根 據(jù)北匯過往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)來看，基于非域控架構(gòu)（所有控制器都和中央網(wǎng)關(guān)直連）的 信號(hào)路由數(shù)量大約有800+；基于域控的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)則更加復(fù)雜，每個(gè)域控制器都 具有網(wǎng)關(guān)行為。在信號(hào)路由數(shù)量如此龐大的情況下手動(dòng)驗(yàn)證已很難實(shí)現(xiàn)。此外， 基于AUTOSAR架構(gòu)的信號(hào)路由和信號(hào)組路由，通過人工方式更難以獲取測試 所需的全部信息。為了實(shí)現(xiàn)信號(hào)路由自動(dòng)化測試，北匯通過定制開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了從ARXML文 件中提取信號(hào)路由信息并將信號(hào)路由和信號(hào)組路由加以區(qū)分，定義了標(biāo)準(zhǔn)的路由 表模板，也可基于OEM給定的通信矩陣或路由模板進(jìn)行定制適配。下圖為支持 Update bit的信號(hào)路由的自動(dòng)化測試報(bào)告。Main Part

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14、性外，還需要考慮在各種應(yīng)用場景（EOL、 刷寫、標(biāo)定等）下，網(wǎng)關(guān)需保證不丟幀不亂序。針對(duì)帶有協(xié)議轉(zhuǎn)換的TP路由測試，測試難點(diǎn)在于針對(duì)各個(gè)通信協(xié)議其傳輸 層機(jī)制不同，測試中需要按照各網(wǎng)段對(duì)應(yīng)的傳輸層協(xié)議發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在支持 并行刷寫的TP路由測試中，需要考慮多個(gè)傳輸連接同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。這種 路由方式需同步關(guān)注緩存數(shù)量、緩存大小以及Upper_Link和Lower_Link網(wǎng)段傳 輸層機(jī)制和參數(shù)。圖10帶有協(xié)議轉(zhuǎn)換的TP路由測試Pf/wd pi FjyJLiUd, rrnimr嗷 l.uiMvB Lil婀4 nlBiJifri|ifiE I .-.J- UnHhulalllrlrlAula瑜

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