测试开发实践：网关路由功能及测试

图1传统的网络架构和开关

2）基于Domain的EE架构，整车拓扑中除了Central Gateway还存在Domain Gateway，Domain Gateway参与下属节点间的信息交互，也承载了网关的功能。

图2基于域控制器的网络架构和开关

3）混合的E/E架构，在从传统网络架构到基于域控制器的网络架构的过渡阶段存在的网络架构，兼具两种网络架构的特点。

图3混合网络架构和开关

以上基于域节点的网络架构的Central Gateway和Domain Gateway直接通过以太网点对点连接，域节点间的信息交互通过L2的Switch和L3的IP Router实现。

除了基本路由功能之外,交换机通常具有下列属性和功能:

1)功能域的物理分离:网络开关将功能域分离和不同的功能域分离

(二)外部通信媒体和网络安全保护:网络网关是与外部信息交互的媒介,因此网络网关需要对外部信息进行筛选以避免攻击网络内部网络

3)网络睡眠觉醒管理:网络交换器根据整个汽车睡眠觉醒的条件协调睡眠觉醒的每个网络段

4)OTA主机功能:实现全车远程冲刷功能,获取ECU升级数据包,并将其本地存储。当冲刷条件满足时,开关可以作为冲刷器,通过默认冲刷过程将冲刷数据转移到升级的ECU

5)汽车状况管理和能源管理:管理汽车模式和用户使用模式

由于网关功能多样和复杂，且部分功能具有功能安全要求，需要通过测试来保证最终软件的成熟度。针对网关的不同功能需要做相应的测试，本文重点探讨基本的路由功能测试。

3.网络交换路由器类型的介绍

网关路由的类型可以分为3种：信号路由、报文路由、TP路由（诊断路由）。以下针对这三种路由类型分别做介绍。

1)信号路由:从源网络部分接收的单一或多个消息中将信号(或信号组)的一部分包入一个新的消息,然后在目标网络段上以确定的方式发送它。在从源到目标网络的路由过程中,信号所在报文的发送方式、信号在报文中的位置、信号所在报文的ID和信号所在报文的周期都可以改变，此外,源段和目标段的通信协议可能不匹配。

2)AUTOSAR架构定义了信号和信号组的更新位数,用于更新位数的信号和信号组,只有在其更新位点位置时,开关才被发送到它,并更新目标网络部分的更新位数,当源网络段信号丢失时,由网络交换机传输的信号的更新位数仍未被配置,指示控制器接受信号超时.而且对于非-AUTOSAR建筑,OEM部分定义了Timeout标志,指示源网络段信号的超时.

图4 信号路由

2)消息路由:从源段接收到消息,然后发送到目标段。根据目标网络段的传输格式,报告路径也可以分为事件类型报告路径和定期报告路径。事件类型消息路径在接收消息后立即触发目标段的发送;周期性消息路径在源段和目标段都有固定周期,源段接收消息的周期和目标段发送消息的周期不一定相关。

图5 报文路由

3)TP路由:带有传输协议消息的路由称为TP路由。TP路由也可以分为两个类型:非协议转换的TP路由(一般称为消息传输)和协议转换的TP路由。在一些 OEM 定义中,前者与事件类型消息路由不区分,但实际的两个路径应用场景是不同的,事件类型消息路由目标是应用程序消息,要求转发延时低且最新的信号值最具重要性（latest value is the most important）；报文透传对速率的要求不高，但要求先入先出（first in first out）和不丢帧。TP路由与协议转换的主要特点是:可以实现协议转换(源和目标段的协议可能不匹配),开关是传输连接的一部分,源网段的接收和传输必须符合传输层协议,不符合传输协议的非传输。

图6 TP路由

下图以CAN-LIN TCP路由为例,并描述了带协议转换的TCP路由。由于CAN和LIN传输协议不一致,通过CAN的传输层协议接收数据后, 网络切换到源网络部分.LIN网络段根据LIN传输层协议发送数据.虽然CAN和LIN报告是8字节,但由于不同的传输层协议,每个由CAN和LIN分段发送的帧消息的数据内容不一致。此外，由于CAN和LIN传输速率不同,接收数据后,CAN段存储在缓存中,排序在LIN网络节中发布。

图7CAN-LIN2.1TP路由

因为协议转换的TP路由需要在从源网接收数据后首先存储在缓存中,因此,需要占用更多的内存资源,但同时它也是平行刷刷的实现的基础,网络交换器在接收诊断数据之前存储在高带宽网络中,然后根据低带宽段的传输协议,同时分配给所有低频段,在此过程中, 高带宽段的带宽最有效使用.提高整个汽车的效率.

4.网络 Gateway测试实践

对于具有多个路由形式的网络,为了验证它们是否符合设计要求,必须根据每个路由类型设计测试规范和测试场景。本节将讨论路由测试的痛苦点和积累的经验。

1. 信号路由测试

信号路由测试的困难在于大量的信号路由和提取路由信息的困难。基于北汇过去项目的经验,基于非主域控制架构的信号路由(所有控制器直接连接到中央网络交换机)的数目约为800+;基于主域控制架构的网络架构更为复杂,每个域控制器都有网络行为.在如此多的信号路由下,手动验证几乎是不可能的。此外，基于AUTOSAR架构的信号路由和信号组装路由,通过 人工 手段 取得 有关 资料 更 困难 。

为了实现信号路由自动化测试,北汇通过定制开发，实现了从ARXML文件中提取信号路由信息,并区分信号路由和信号组装路由。定义了标准路由表模板,它也可以根据 OEM 定义的通信矩阵或路由模板定制。下面是一个支持更新位数的信号路由的自动测试报告。

图8信号路由自动化测试报告

2. 报文路由测试

消息路由测试,与信号路由测试一样,与路由文章面临着许多问题。此外,由于不同的路由机制,需要单独制定相应的测试策略,用于事件型和周期型消息路由。

图9路由自动化测试项目

3. TP路由测试

除了测试消息传输的路由一致性外,还应考虑确保网络交换机在各种应用场景(EOL、刷刷、标记等)下不会丢失帧序列。

用于TP路由测试和协议转换,测试困难在于每个通信协议的不同的传输层机制.测试需要根据每个网络段的相应的传输层协议发送和接收数据。在支持平行刷型TP路由试验中,需要考虑多个传输连接,以便同时发送和接收数据。这种路由方式需同步关注缓存数量、缓存大小以及Upper_Link和Lower_Link网段传输层机制和参数。

图10TP路由测试与协议转换

5.总结

随着以太网通信技术的应用、OTA的推广和电子电子架构的更换,网络交换机的“形态”和功能呈现出新的变化。

北汇信息与网络技术的发展紧密相连,集中于汽车电子测试,通过与 OEM 合作,从源上掌握了各种网络交换路由的策略和设计要求。我们在测试和实践中积累了丰富的经验,覆盖了第一代和第二代建筑的门廊。下面的文中我们将着重讨论下一代“网络交换机”,其新的功能特点、组成形式和测试方案继续被讨论并与大家分享。

参考文献

[1] AUTOSAR_SRS_Gateway