功能安全的核心防线：揭秘车载以太网E2E测试如何为智能汽车保驾护航

汽车行业正朝着智能化和网联化方向快速发展，车载以太网的应用越来越广泛。根据 ISO 26262 要求，针对功能安全等级高的部件间通信数据传输，必须采用 E2E 保护机制，确保发送端与接收端之间传输数据的完整性、真实性及正确性。典型应用场景通常为自动驾驶数据传输、动力与底盘控制数据传输。那么如何判断发送端及接收端的E2E数据是否正确呢？

一、E2E通信保护机制介绍

1、E2E通信保护机制

E2E（End-to-End，端到端）保护机制是端到端保护机制的简称，在整车通信系统中跨越整个通信链路（从数据生成的源节点到目标节点），通过规定的特定监测机制来保证信息在节点之间传输，E2E 作为 AUTOSAR 中的一种数据保护机制，可确保从源软件组件（SW-C）到目标（SW-C）的数据完整性和安全性。

在 E2E 保护机制中，通信保护发生在发送端和接收端之间，不受信息传递过程中可能存在协议转换或者路由情况的影响。

2、E2E通信保护机制特性及应用

那么E2E在以太网应用中有哪些特性呢？

图1 E2E保护机制特性

• 防篡改：通过 CRC 等校验机制，确保所传输的数据未被恶意修改或意外破坏；
• 可追溯：通过数据标识（Data ID）机制，明确数据发送端身份，实时检出错误，便于故障定位。
• 防重放：通过计数器（Counter）机制，确保数据接收端只处理最新数据，避免旧数据被重复使用；

E2E通信保护机制主要应用在自动驾驶及动力与底盘系统中，如激光雷达、摄像头、BMS的电池状态数据以及VCU的动力指令等。信号在传输的过程中，一旦通信异常都可能引发动力中断、刹车失效等安全事故，只有增加E2E 机制，才能对这类数据进行全链路校验。

3、E2E Profile算法分享

（1）常用Profile算法对比

以太网E2E 保护机制可由多种算法实现，参考AUTOSAR_PRS_E2E Protocol Specification，可以直接使用。不同的算法由不同的Profile描述，目前工程中常用的算法如E2E_ Profile 1，E2E_ Profile 2，E2E_ Profile 4等。

                                                     表1 常用E2E_ Profile算法对比

行业内大多数OEM的以太网E2E均采用Profile 4的算法，一般用于 Ethernet 架构下的SOME/IP服务通信，但是Profile 4不常用于CAN通信。 

（2）举例说明Profile 4算法

Profile 4 包含的控制字段Length、Counter、Data ID、CRC以及Header的数据结构，其中最大保护数据长度为4096bytes。

                                                               图2 Profile 4 数据结构

                     Length = User data + E2E Header（CRC + Counter + Length + Data ID）

• Length：16 bits。

Length 字段表示长度（包含 User data+E2E Header），为了支持可变长度引入此字段。

• Counter：16bits，取值范围 0x0 ~ 0xFFFF。

发送端Counter初始值为0x0，每发送一帧报文，计数+1，当 Counter 值达到最大值 0xFFFF后，从 0x0 重新开始循环。ECU1将Counter计数值发给ECU2，ECU2对收到的Counter进行比较，确认是否及时接收。

• Data ID：32bits。

每一个被 E2E 保护的数据必须是全局唯一的 ID，即Data ID。

• CRC：32bits。

循环冗余校验，即AUTOSAR_R20-11 AUTOSAR_SWS_CRC Library中计算 CRC 的 Crc_Calculate CRC32P4算法，主要用来检测或校验数据传输或保存后，可能出现的错误。

• 使用场景：OTA数据块传输以及ADAS感知模块。

二、实测案例分享

1、Counter值测试

场景模拟：

• 使用测试设备监测E2E数据发送端的各服务首帧报文发出Counter的初始值、Counter位逻辑以及Counter边界值。

通过标准：

• Counter初始化应为0x0；
• Counter位发送逻辑是否为递增+1；
• Counter值为0xFFFF后，应从0x0重新开始循环。

(a) Counter 初始值测试结果

(b) Counter逻辑测试结果

(c) Counter边界值测试结果

图3 E2E数据中Counter值测试结果

2、CRC算法测试

场景模拟：

• 使用测试设备监测E2E数据传输过程中，CRC值是否正确。

通过标准：

• 计算预期CRC结果，与接收到报文CRC一致。

图4 E2E数据中CRC算法测试结果

此外，E2E不仅用于以上的发送端测试验证，还包括异常丢失接收测试、非法值接收测试、超时接收测试等接收端的测试验证。

结语

目前，在车载网络功能安全需求不断升级的背景下，E2E保护机制将逐渐成为座舱域、自驾域以及动力底盘域等关键域通信的“标准配置”。因此，验证E2E数据发送与接收的正确性显得尤为重要。本文仅对 E2E 保护机制的概念、原理及测试进行简要介绍，后续我们将持续分享相关开发与测试经验。

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