和传统车载总线CAN/LIN/FlexRay相比，全新的车载以太网（AutomotiveEthernet）不仅拥有更高的传输速率（e.g.100Mb/s），更因其点对点的网络拓扑结构，从而对开发和测试工作，提出了全新的技术需求。本篇文章，将基于Vector最新的车载以太网接口卡（VN5640），系统地描述车载以太网络开发、测试环节中，所面临的一系列特有技术难点。同时，通过搭建合理的软硬件平台，在车载以太网技术约束条件下，最大程度优化开发、仿真、测试各个环节。
车载以太网的最大优势，在于其极高的传输带宽，从而可以最大程度满足当前及未来各类车载通讯应用，对数据传输带宽的需求，例如自动驾驶系统和ADAS需要大量的图像数据和雷达数据。在ECU刷写方面，更叫看重省时高效且成本低廉的数据传输技术。依托车载以太网物理层技术：全双工100BASE-T1（OPEN Alliance Broad-Reach）非屏蔽双绞线，使得成本较低、便于布置的车载以太网，在量产车上大面积使用成为可能。它可以实现全双工100Mb/s传输速率，从而使得双向合计传输理论带宽达到了200Mb/s。
基于交换机的点对点连接
车载以太网在传输带宽上的极大提升，是建立在点对点通讯拓扑结构基础上的。与传统CAN/LIN/FlexRay的总线型拓扑结构不同，以太网中的通讯节点，或点对点直连，或通过交换机（Switch）间接相连。整个网络中各节点的连接方式不同，会极大影响报文收发传输路径，进而影响到传输延时。目前基于以太网通信的AVB（Audio Video Bridging）和TSN（Time Sensitive Networking）协议，正是充分考虑到在以太网通信应用中，节点及交换机对于报文收发延迟的不可控，引入了全新的“数据包优先级”和“时间同步”特性，从而丰富现有及未来车载以太网通信应用，尤其是对时间敏感的信息娱乐及安全数据通信应用，会带来巨大红利。
所有这些明显增加的复杂性对相关的网络开发测试和仿真带来了一定的影响。通过测试和仿真工具，便捷的网络访问一直是开发过程中的一个重要方面，以太网也不例外。然而以太网不像其他网络那样有一条物理公共信号线，供同一网段内各个节点进行数据报文收发，这导致一个问题：硬件接口应当具备何种能力、特性，才能满足目前及将来的车载以太网测试、仿真需求？
尽可能降低测试设备对原有网络通信的影响
车载以太网通信接口卡技术要求，与其他传统车载通信接口卡并无本质不同：
硬件方面，外壳及各个插拔连接口需结构可靠、耐用，可满足室内外和车辆上的温度变化需求；软件方面，既可单纯监听网络通信，也可在网络中主动发送自定义报文，并在此过程中，始终确保以太网报文时戳的精准性，同时还能与其他总线系统或通信接口卡保持时钟同步。
如图1所示，基于交换机通信的以太网络，由一系列点对点物理连接所构成。即便能保证测试设备接入这类全双工通信线路时阻抗足够高，也无法实现简单监听，因为只有对应的发送节点，通过比较自己发送的信号波形和线路上已经叠加后的波形，才能最终解析出对方节点发送给自己的信号数据。所以，目前只能通过将测试设备串联进被测数据线路的方式，才能有效观测或影响线路两端节点的通信。这类测试设备（如图2）一般称之为“TAP（TestAccess Point测试接入点）”，它由至少两个以太网口和上位机连接接口所构成，每两个以太网口，可接入一路以太网线路。TAP主要有两类工作模式：被动监听及主动干预。被动监听模式下，TAP工作在通信物理层，原封不动转发双向报文，包括传输错误的以太网包，并且尽可能稳定/降低不可避免的转发延时；主动干预模式下，TAP工作在数据链路层，从而可以干预节点通信，例如修改报文的数据场数据。
（图1）
（图2）
功能开发以及全网络通信观测
在单纯的功能开发阶段，一个TAP往往就已足够。因为在此阶段，主要关注点在于两个网络节点之间，如ECU到ECU或ECU到交换机。此时测试开发工具既可简单观测通信，也可仿真其他功能ECU，进行报文收发，还可以施加额外所需干扰。但如果测试仿真关注点扩大至更加复杂的整个网络系统（如图3），那么对于测试设备的要求就会大大提高。例如，在交换机之间传输数据的时间，以及详细的屏蔽信息和MAC地址表信息。更进一步，如果测试中还需要用到多个不同网络接口卡，那么还需要有相应的同步机制，从而保证不同设备收发报文的时间戳同步。
此外，在网络拓扑上，以太网也具有很大的挑战。假设在对单节点的测试过程中，需要PC机仿真两个其他通信节点。但由于PC机往往只有一个TCP/IP通信协议栈，因此导致所有发送报文的IP地址和MAC地址相同。如此一来，从被测节点角度无法区分接收到的报文，来自哪个仿真节点。当然，也可以通过修改ECU达到测试目的，但这显然不是一种合理、长久、高效的解决方案。
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