车载网关测试入门3【路由功能】补充2-以太网路由

1 背景

汽车电子架构从分布式到集中式、从单一功能到智能化的发展历程，驱动着汽车网关的演变。

• 从“翻译官”到“智能枢纽”：从简单的协议转换，发展为支持动态路由、边缘计算、安全防护的核心节点。
• 从“面向信号”到“面向服务”：通信模式从静态信号交互，转向灵活的服务调用（SOA）。
• 从“车内网络”到“车云一体”：网关成为连接车端、云端、路端的核心桥梁。

汽车网关演变的核心驱动因素

阶段	驱动技术	市场需求
传统网关	CAN总线、OBD-II	基础诊断、网络互通需求
域集中式网关	车载以太网、域控制器	ADAS、智能座舱的兴起
区域网关	TSN、SOA、区域架构	线束简化、自动驾驶数据实时性要求
未来中央网关	AI、5G、车云协同	全自动驾驶、个性化服务、可持续升级需求

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因此，以太网路由的测试也显得格外重要。
上文对CAN-CAN报文/信号路由、诊断路由有相关介绍；路径如下：
车载网关测试入门1-【路由功能】
车载网关测试入门2【路由功能】补充1-CAN诊断路由

1.1 问题

大家带着以下问题进行本文的阅读，希望有所帮助。

1. 以太网路由的分类？
2. 以太网路由的测试？

2 以太网路由分类

以太网路由分类如下图：

备注：X代表CAN/CANFD、LIN、Flexray、ETH；

2.1 事件路由：

事件路由是指收到的PDU/信号后立即路由到目标网络，双方（接收和发送）的PDU/信号具有相同的发送类型和定时，网关只有在收到PDU/信号时才会路由该PDU/信号；

2.2 周期路由：

周期路由是指接收到的PDU/信号在周期时间内路由到目标网络，双方的PDU/信号可能具有不同的发送类型和周期时间。

2.3 PDU路由

只是将源PDU数据复制到目的PDU，PDU中包含的信号位置保持不变；一般PDU路由应使用UDP以太网传输层协议；在做具体项目时，以实际项目需求为准；

• 部分以太网路由表示例：
  

2.3.1 从X到以太网的PDU路由

考虑到传输效率，一个以太网帧应该同时路由来自一个或多个通信接口的多个PDU；PDU报头由一个4字节的ID字段和一个4字节的长度字段组成，ID字段表示接收端PDU的唯一标识，长度字段表示PDU的数据长度。

• PDU报文结构示例如下：
  
  **备注：**其中A表示网络接口的BUS ID，B表示网络接口的报文ID；
• 含多个PDU的以太网帧的整个有效载荷如下所示：
  
• 路由触发模式
  当某一个PDU被交给以太网通信协议栈时，以太网帧的传输受参数SoAdTxUdpTriggerMode影响；

1. 如果其中一个PDU的参数设置为NEVER（SoAdTxUdpTriggerMode=NEVER），则该PDU将被缓存到NPduUdpTxBuffer中，等待稍后发送。

2. 如果其中一个PDU的参数设置为ALWAYS（SoAdTxUdpTriggerMode=ALWAYS），则该PDU会立即触发以太网帧的传输，所有缓存到NPduUdpTxBuffer中的PDU也将被传输。

3. 当特定套接字连接的第一个PDU参数设置为NEVER（SoAdTxUdpTriggerMode=NEVER），被移交给以太网通信协议栈进行传输时，为该套接字连接启动一个定时器，并开始记时；

4. 定时器超时前，指定套接字连接的其他PDU（SoAdTxUdpTriggerMode=NEVER）将依次存储到nNPduUdpTxBuffer中；

5. 如果一个PDU在超时前被收集了两次，则只保留最后一个PDU；

6. 定时器超时后，套接字连接会触发一个以太网帧的传输，其中包含nNPduUdpTxBuffer中所有的缓存PDU，也即是超时触发；

7. 套接字连接的超时时间由SoAdSocketUdpTriggerTimeout配置；
   超时触发PDU发送机制如下图所示：
   

8. 如果当前某一PDU（SoAdTxUdpTriggerMode=NEVER）的数据buffer，导致以太网协议栈的nNPduUdpTxBuffer超过它的buffer大小，应该首先传输其存储的所有PDU，然后再存储该PDU；也即是触发类型为NEVER的PDU导致以太网协议栈buffer满触发；
   某一触发模式为NEVER的PDU导致缓冲区满时的PDU发送机制，如下图：
   

9. 如果当前某一PDU（SoAdTxUdpTriggerMode=ALWAYS）的数据buffer，导致以太网协议栈的nNPduUdpTxBuffer超过它的buffer大小，套接字连接应该首先传输其存储的所有PDU，然后再传输一次；也即是触发类型为ALWAYS的PDU导致以太网协议栈buffer满触发；
   某一触发模式为ALWAYS的PDU导致缓冲区满时的PDU发送机制，如下图：
   

10. nNPduUdpTxBuffer大小由SoAdSocketnPduUdpTxBufferMin参数配置；

11. 为了避免分片，SoAdSocketnPduUdpTxBufferMin的典型值为1472Bytes；

12. SoAdSocketUdpTriggerTimeout and SoAdSocketnPduUdpTxBufferMin需要配置正确，使路由两端的带宽匹配，这俩参数分别决定超时触发的超时时间以及buffer满触发的buffer大小；

• 时间参数
  有两个时间参数：tevent-latency 和 tperiodic-latency；
  tevent-latency：进行事件型路由时，网关将PDU从源端路由到目标端所需的延迟时间；
  tperiodic-latency：进行周期路由时，网关将最新的PDU从源端路由到目标端所需的延迟时间；
  时间要求如下所示：
  
  备注：
  1.所有时间要求一般会有10%的容差；以具体项目实际需求为准；
  2.SoAdSocketUdpTriggerTimeout：超时时间触发的超时时间

2.3.2 从以太网到X的PDU路由

路由类型取决于该子PDU在目标网段的路由类型；
以太网报文可以包含几个将被路由的子PDU，如下图：

1. 每个子PDU的数据部分需要在子PDU前面标记一个PDU头，以便在以太网报文的有效负载中识别和定位子PDU。
2. 根据网关中的路由表，将子PDU路由到正确的目标网络；
3. 路由表中列出了PDU ID与目标网口的对应关系；
4. 路由类型取决于目标网络中子pdu的发送类型；
5. 如果子pdu在目标网络上的发送类型为事件型，则该子PDU的路由只能在网关收到后才进行，并且属于事件路由；
6. 如果目标网络的子PDU的发送类型为周期，无论网关在以太网网络中是否接收到它，都按照周期发送该子PDU，它属于周期路由；

• 时间参数
  有两个时间参数：: tevent-latency 和 tperiodic-latency；
  时序要求如下所示:
  
  备注：所有时间要求一般会有10%的容差；以具体项目实际需求为准；

2.4 信号路由

信号路由从一个或多个源PDU中提取信号，重新封装到一个目标PDU中。
路由原理如下图：

**备注：**信号路由一般要求为周期路由；

2.4.1 从X到以太网之间的信号路由

信号路由根据信号路由表将源网络的信号路由到目标网络；
信号路由表可能如下表所示：

从X到以太网路由时，如果X信号bit长度小于以太网信号比特长度，则未使用的bit一般用0填充；也即是信号未使用位的填充；
超时策略：
在Ttarget时间内(误差为±10%)，通过网关将最新的信号值从源路由到目标。
备注：Ttarget是信号在目标网络上的传输周期。
如果源信号缺失一段时间，将执行以下行为：

2.4.2 从以太网到X之间的信号路由

信号路由根据信号路由表将源网络的信号路由到目标网络；
信号路由表可能如下表所示:

备注：超时策略同从X到以太网之间的信号路由；
本文暂不对ETH到ETH的路由进行介绍，后续会开展专题进行详细介绍。

2.5 以太网路由测试

2.5.1 从ETH到X的PDU路由测试点

• 帧格式测试
  测试目的：验证Bus ID、Message ID、Length长度、Payload数据场是否符合预期；
• 时间参数测试
  测试目的：验证路由表中从以太网总线到CAN/CANFD总线的路由延时时间是否满足要求；
• 逆向测试
  测试目的：验证网关路由报文从以太网总线域转发到CAN/FD总线域，当Bus ID、Message ID或Length字段错误时目标域是否停止报文转发；

2.5.2 从X到以太网的PDU路由测试点

1. 触发方式为：never

• 帧格式测试
  测试目的：验证Bus ID、Message ID、Length长度、Payload数据场是否符合预期；
• 时间参数测试
  测试目的：验证路由表中CAN/FD总线网络的报文（trigger mode为never）转发到以太网的路由延时时间是否满足要求。
• 路由时序测试
  验证路由表中CAN/FD总线网络的报文（trigger mode为never）转发到以太网的时序是否正确；
• 逆向测试
  测试目的：验证网关路由报文从以太网总线域转发到CAN/FD总线域，当Bus ID、Message ID或Length字段错误时目标域是否停止报文转发；

2. 触发方式为：always

• 帧格式测试
  测试目的：验证Bus ID、Message ID、Length长度、Payload数据场是否符合预期；
• 时间参数测试
  测试目的：验证路由表中CAN/FD总线网络的报文（trigger mode为always）转发到以太网的路由延时时间是否满足要求。
• 逆向测试
  测试目的：验证网关路由报文从以太网总线域转发到CAN/FD总线域，当Bus ID、Message ID或Length字段错误时目标域是否停止报文转发；

2.5.3 以太网信号路由测试点

• 帧格式测试
  测试目的：验证Bus ID、Message ID、Length长度、Payload数据场是否符合预期；
• 超时时间测试
  测试目的：验证超时时间是否符合预期；
• 超时值测试
  测试目的：验证超时值是否符合预期；
• 逆向测试
  测试目的：验证网关路由报文从以太网总线域转发到CAN/FD总线域，当Bus ID、Message ID或Length字段错误时目标域是否停止报文转发；

2.5.4 部分测试用例示例

• 从X到以太网的PDU路由-触发类型为never的时间参数测试用例：

初始条件：

1.系统电压=12V
2.KL15=ON

测试步骤：

1.利用Tester依次仿真需要路由的CAN/FD报文（trigger mode为never）到DUT的CAN/FD总线链路域上；
2.记录CAN/FD报文发出的时间戳t1；
3.利用Tester检测DUT的以太网总线域，并记录对应以太网报文发出时间t2；
4.计算CAN/FD-Ethernet路由延迟时间Δt=t2-t1；

预期结果：

1.路由延迟时间Δt ≤ 10ms；（假设10ms）

• 从X到以太网的PDU路由-触发类型为aways的时间参数测试用例：

初始条件：

1.系统电压=12V
2.KL15=ON

测试步骤：

1.利用Tester依次仿真需要路由的CAN/FD报文（trigger mode为always）到DUT的CAN/FD总线链路域上
2.记录CAN/FD报文发出的时间戳t1；
3.利用Tester检测DUT的以太网总线域，并记录对应以太网报文发出时间t2；
4.计算CAN/FD-Ethernet路由延迟时间Δt=t2-t1；

预期结果：

1.路由延迟时间Δt ≤ 2ms；（假设2ms）

• 从X到以太网的PDU路由-触发类型为aways的部分逆向测试用例-Bus ID错误：

初始条件：

1.系统电压=12V
2.KL15=ON

测试步骤：

1.利用Tester依次仿真需要路由的CAN/FD报文（trigger mode为always）到DUT的CAN/FD总线链路域上
2.设置Bus ID不在规范要求范围内；
3.利用Tester检测目标域，监测是否接收到改变Bus ID的以太网报文；

预期结果：

1.未接收到改变Bus ID的以太网报文

其他用例就不一一展示了，如果有需要可联系我交流，如果后续大家有此类需求，我会继续新增专题进行介绍。

6 总结

上面就是对以太网路由相关概念、原理以及测试用例的介绍，后续专题会对DOIP诊断路由进行介绍。如果存在描述问题，欢迎各位大佬给我留言，一起讨论、学习、成长！