【AVB/TSN-802.1AS如何测试】——基于CANoe的gPTP协议一致性测试

引言

在现代汽车网络中，随着车载音视频桥接技术（AVB）和时间敏感网络（TSN）的出现，时间同步成为一项至关重要的技术。gPTP（Generalized Precision Time Protocol）作为一种高精度时间同步协议，被广泛应用于车载以太网中。因此，为了确保gPTP协议的正确性和可靠性，进行协议一致性测试是不可或缺的。本文将详细介绍如何使用CANoe进行gPTP协议一致性测试。

一、gPTP协议概述

gPTP是一种基于IEEE 802.1AS标准的时间同步协议，特别适用于车载以太网。gPTP主要分为GrandMaster和Slave两种角色，GrandMaster负责提供时间，而Slave则将自己的本地时间同步到GrandMaster发布的时钟时间。

gPTP协议通过一系列的消息交换来实现时间同步，包括Sync、Follow_Up、Delay_Req和Delay_Resp等消息。这些消息在网络中传输，使Slave能够计算出与GrandMaster之间的时间偏差，并据此调整自己的本地时间，从而实现高精度的时间同步。

Delay Measurement                    Time Synchronization

图1  gPTP时钟同步流程图

二、gPTP协议一致性测试概述

Test Plan for Automotive Generalized Precision Time Protocol (gPTP)  Version 0.2.0（gPTP协议一致性测试规范）是Avnu联盟依据汽车以太网 AVB 功能与互操作性规范 D1.4，详细界定了在汽车特定环境下针对通用精确时间协议（gPTP）开展 AVnu 认证所必须执行的一系列测试内容。gPTP协议一致性测试包括多个方面，如消息格式验证、消息顺序验证、时间同步精度验证等。通过这些测试，可以确保gPTP协议在各种网络环境和条件下都能正确工作，为被测设备在AVB 环境中稳定运行赋予较为合理的保障。

图2 测试用例示意图

三、基于CANoe实现gPTP协议一致性测试步骤

1、测试准备

在进行gPTP协议一致性测试之前，首先需要搭建测试环境。测试环境包括被测件（DUT）、VN设备、测试电脑、CANoe软件等。CANoe支持多种同步方式，包括硬件同步和PTP同步。PTP同步功能使得CANoe能够在以太网网络上实现高精度的时间同步，为gPTP协议的一致性测试提供有力支持。在CANoe 安装路径下 Exec64 文件夹内提供 AVB_IL.vmodule和相关配套使用函数。

2、配置CANoe测试工程

在VN设备设置中需配置VN接口，确保其与CANoe正确连接，并配置其支持gPTP报文转发。

图3 VN设备配置界面

在CANoe中，需要创建一个新的测试工程，并配置相关的网络节点和消息。

• 创建测试工程：在CANoe中，选择“File”->“New”->“Project”，创建一个新的测试工程。
• 配置测试节点：在Test Setup模块下，添加用于测试的xml Test Module，并添加AVB_IL.vmodule用于仿真gPTP节点。

图4 Test Module配置界面

3. 编写测试脚本

在CANoe中，可以使用CAPL（CAN Access Programming Language）编写测试用例。

3.1 首先我们通过PtpSetProperty("PortRole",1)函数修改测试节点，包括Master节点、Slave节点和Bridge节点，这些测试节点可以发出与其属性对应的gPTP报文来和被测设备进行通信。

3.2 在每条测试用例中，我们按照gPTP测试规范的步骤进行发送测试指令、接收测试结果，并判断测试结果是否符合预期。如果测试结果不符合预期，CANoe将记录错误信息，并允许用户查看和分析测试结果。

图5 测试脚本示意图

3.3 测试参数配置，在测试执行开始时 CANoe会自动弹出配置测试参数的Panel面板，测试人员可将被测件的参数进行配置，配置完成后点击Panel中的Close，通过脚本读取参数供测试用例使用。

图6 测试参数配置界面

4. 执行测试

在配置好测试工程和测试脚本后，可以开始执行测试。在CANoe中，根据被测件是Master、Slave或者Bridge节点从而勾选对应的测试用例。

图7 测试用例执行界面

5. 分析测试结果

测试完成后，需要分析测试结果。在对应的文件夹下，根据测试的日期和时间在文件中查看对应的测试日志和测试结果报告。

图8 测试报告

图9 测试数据

通过分析测试结果，我们可以了解被测件（DUT）在gPTP协议一致性方面的表现，并找出存在的问题和改进的方向。

五、结论

gPTP协议一致性测试是确保车载以太网时间同步功能正确性和可靠性的重要手段。通过基于CANoe的测试方法，可以更加全面、准确地验证被测件（DUT）在gPTP协议一致性方面的表现。我们已利用CANoe平台成功开发出自动化测试脚本，这些脚本已实现了对gPTP协议一致性测试用例90%以上的高覆盖度。未来，我们计划充分利用CANoe平台的强大功能，逐步扩展对车载AVB和TSN的测试覆盖度。

此外，随着技术的不断发展和更新，gPTP协议和CANoe软件也可能会有所变化。因此，建议读者在进行测试时，及时关注最新的技术动态和更新信息，以确保测试的时效性和准确性。最后，希望本文能够为读者提供一些有用的信息和指导，并帮助大家更好地理解和应用gPTP协议一致性测试技术。