标签: 车载以太网

01 概述 随着嵌入式系统日益复杂，高效可靠的设计工具变得愈发重要。RTaW公司的仿真工具RTaW-Pegase最新发布的4.6版本，为用户带来了一系列重要更新和功能增强。本文将详细介绍RTaW-Pegase v4.6版本的主要更新内容，涵盖了DDS、SOME/IP、Ethernet、CAN以及SDV等多个关键领域的改进。无论您是汽车电子、航空航天还是工业自动化领域的专业人士，相信这些更新都将为您的工作带来显著的效率提升和设计优化。 02 v4.6版本更新内容 2.1.DDS 1)建模DDS实体、LatencyBudget和DeadLine QoS策略 2)域参与者与网络节点之间的Mapping 3)DDS消息和Ethernet帧（TCP/UDP）的Mapping 4)自动生成Topic到帧映射（多播或多个单播） 5)仿真和WCTT分析 甘特图展示DDS网络传输行为 6)服务方法请求和响应之间的细化延迟建模 2.2.SOME/IP 1)在ServiceSet窗口的“Properties”页面中添加了“Data Rate”列 2)支持SOME/IP TP 2.3.Ethernet 1)拓扑窗口的“Load”页面中添加了“Link Load Details”链路负载详细信息子页面 2)ARXML导入程序的改进 3)YANG-XML导出已更新 4)添加了通过NETCONF导出配置的选项 5)在AS帧生成过程中，交换机中的分配节点会自动生成 2.4.CAN 1)FrameFlows页面和CAN总线窗口中添加“Show Transported PDU”菜单 2)CAN总线窗口的数据帧表中添加“Cumulated”负载列 3)dbc导入器配置的各种改进：保存并加载配置文件、创建延迟约束的参数、忽略TxMode的选项和更多默认值 4)事件和混合到达模型中添加事件以重复周期发送的形式 2.5.SDV 1）对可执行程序的执行和时序链延迟的仿真轨迹进行各种校正和改进 2）支持对OSTasks和计划的可执行程序添加时延约束 03 联系我们 如果您想体验RTaW-Pegase最新版本带来的便利，欢迎联系我们申请试用，marketing@polelink.com。 北汇信息⼀直致⼒于TSN设计与验证的实践⼯作，近六年积累了丰富的TSN项⽬经验。参与多个国内TSN项⽬，拥有完整的TSN设计、仿真、原型构建的开发经验，同时为客户提供⻬备的TSN测试⼯具链与验证⽅法。

在《车载以太网交换机入门基本功（3）》介绍了交换机端口属性和实际的VLAN转发过程。但是，当存在多个待转发的报文时，既要考虑到报文的及时性，又要考虑到转发效率，因此，如何进行有效调度就成了重要问题。一个解决办法是进行优先级设计。 优先级设计 优先级设计包括报文PCP字段和交换机队列两个部分。报文PCP字段可以回顾《交换机入门基本功-2》，如图 1所示： 图 1 携带VLAN的MAC报文格式 PCP优先级长度为3bit，取值在0-7之间共八个取值。通常来说值越大则优先级越高，越快被转发。由于以太网是串行通信，所以当不同优先级的报文发送到交换机端口上时，需要“排队出门”。 在交换机端口上存在多个队列，队列也存在优先级之分，值越大则优先级越高，越快被转发。PCP优先级和队列优先级不是一一对应的，存在映射关系。如图 2所示，左侧第一列是PCP优先级（从0-7），第一行是端口的队列个数（从1-8），根据队列个数进行映射。 图 2 PCP优先级和队列优先级映射表 以端口包含4个队列为例：PCP=0和1映射到队列优先级0，PCP=2和3映射到队列优先级1，PCP=4和5映射到队列优先级2，PCP=6和7映射到队列优先级3。映射完成后，队列优先级3的报文较快转发，而队列优先级0的报文较慢转发。同一个队列下的报文按照进入队列的早晚进行转发。如图 3所示： 图 3 端口的队列转发 考虑到转发实时性和效率，可以针对性地设计队列调度规则。这里介绍两种常见的队列调度机制：优先级队列调度（PQ, Priority Queuing）和加权循环调度（WRR, Weight Round Robin）。 优先级队列调度（PQ, Priority Queuing） 严格按照队列优先级大小进行调度。只有高优先级队列的报文全部转发完毕，低优先级队列的报文才会开始转发。这种调度方式方便配置，对于低延时的数据非常有用，如音视频数据等。但当高优先级的数据过多时，会一直占用调度窗口，导致低优先级的数据“永无出头之日”。低优先级并不意味着不重要，如邮件不追求时效，但它很有可能包含诸如开会时间的重要信息。另一种队列调度机制可以有效缓解这一问题。 加权循环调度（WRR, Weight Round Robin） 不同队列给予不同的初始权值，每次调度时，权值不为0的队列都调度一次；每调度一轮则权值减1，权值减到0的队列不参与调度；当所有队列的权值均减到0时，重置队列的权值，开启新一轮的调度。为了便于理解，假设有三个队列A、B、C，权值分别是2、3、4，调度过程如图 4所示：  第一、二次调度：ABC，队列权值连续减1，A=0，B=1，C=2；  第三次：A权值为0，不参与调度，实际调度B和C，队列权值减1，A=0，B=0，C=1；  第四次：A、B不参与调度，实际调度C，队列权值减1，A=0，B=0，C=0；  重置，A=2，B=3，C=4，重复上述过程。 图 4 WRR队列调度 WRR调度机制让每个队列都有调度机会，机会大小取决于权值大小。因此，低优先级队列的数据也能转发。WRR机制会跳过空的队列并切换到下个队列，保证带宽充分利用。 报文优先级、交换机队列和调度机制相配合，可以实现报文的高效转发，提高带宽资源利用率。交换机芯片通过硬件设计实现上述功能，之后需要经过测试进行验证，才能真正派上用场。 TC11交换机芯片VLAN测试规范 在《交换机入门基本功（1）》提到，交换机芯片依据的是OPEN联盟TC11工作小组制定的测试规范“Switch Semiconductor Test Specification”，其中VLAN测试包括八个部分： 在802.1Q配置测试部分，细分17个测试内容，如表2所示，定义了入口、转发、出口过程的配置情况： 在具体测试中，根据交换机功能选择相应测试用例，开展测试。 总结 通过《交换机入门基本功》4篇文章了解到：交换机是基于以太网点对点通信机制的背景下诞生的，包括学习、记忆、接收、查表、转发的五个工作过程，具备端口过滤、镜像、禁用/启用、转发等功能。交换机实现了物理通信区域的隔离，即局域网，而VLAN则实现了逻辑区域的隔离。VLAN通过报文Tag、交换机端口属性、交换机端口过滤功能得以实现，并通过优先级和队列实现转发的有效调度。为了验证交换机芯片的功能实现，需要参考OPEN联盟的TC11交换机芯片测试规范，包括通用测试、地址解析、VLAN等9个方面，此外，实时更进规范修改方案并与读者分享。 感谢读者们对本系列的支持！希望大家通过阅读本文，可以对交换机形成整体的认识，之后通过不断学习实现自我升级，成为一名资深的工程师！ 经纬恒润 作为OPEN联盟会员和AUTOSAR联盟的高级合作伙伴，长期为国内外各大OEM和供应商提供涵盖TCP/IP、SOME/IP、DoIP、AVB、TSN、DDS等技术领域的设计和测试咨询服务，积极研发和探索车载网络前沿技术和工程应用。通过多个项目的实践经验，已建立了高质量、本土化的设计与测试一体化解决方案，为整车网络架构提供可靠支持。 了解更多 请致电 010-64840808转6117或发邮件至market_dept@hirain.com（联系时请说明来自面包房社区）

引言 IPv6是互联网升级演进的必然趋势、网络技术创新的重要方向、网络强国建设的基础支撑。近些年，随着我国大力推动IPv6规模部署和应用，目前中国的IPv6渗透率已超过70%。 对于车载以太网来说，目前IPv4是车载IP通信的主流协议，但随着车辆的智能化、网联化程度不断提高，IPv6协议应用在车载以太网是一种未来趋势。 那IPv6是什么呢，它包含哪些内容呢，带着这些疑问本文将带领读者认识IPv6。对于引言提到的IPv4协议，有想了解的读者可以阅读上一篇文章《IPv4协议——互联网通信协议第四版》。 为什么需要IPv6协议 IPv6协议（Internet Protocol version 6）——互联网通信协议第六版，是互联网工程任务组（ IETF ）设计的用于替代 IPv4 的下一代IP协议。IPv6的出现和普及可以有效地解决IPv4地址枯竭问题。 为什么没有IPv5 IPv5曾被提出并设计用于多媒体传输，‌但由于其地址限制、‌缺乏广泛标准化和支持以及实际应用中存在的问题，‌IPv5并没有成为广泛应用的互联网协议。‌相反，‌IPv6作为更先进的协议，‌成功地满足了未来互联网的需求，‌成为了下一代互联网协议的标准。 IPv6地址表示方法 IPv6地址长度为128位，每16位地址为一组，通常分为8组，每组十六进制数间用冒号分隔，例如：ABCD:EF01:2345:6789:ABCD:EF01:2345:6789。 RFC2373标准中规定了IPv6的规范文本表示形式： 1. 每组中的前导“0”都可以省略，2001:0DB8:0000:0023:0008:0800:200C:417A可写为2001:DB8:0:23:8:800:200C:417A。 2. 地址中包含的连续两个或多个均为0的组，可以用双冒号“::”来代替，FF01:0:0:0:0:0:0:1101可写为FF01::1101。 3. 在一个IPv6地址中只能使用一次双冒号“::”，否则当计算机将压缩后的地址恢复成128位时，无法确定每个“::”代表0的个数。 IPv6地址类型 IPv6协议主要定义了三种地址类型：单播地址、组播地址和任播地址。与IPv4地址类型比较，IPv6新增了任播地址，取消了IPv4的广播地址。但在IPv6协议中，广播功能是通过组播来完成的。 单播地址 用来唯一标识一个接口，类似于IPv4中的单播地址。发送到单播地址的数据 报文 将被传送给此地址所标识的一个接口。 目前常用的单播地址有：未指定地址、环回地址、链路本地地址、唯一本地地址、全局单播地址。 1. 未指定地址（0:0:0:0:0:0:0:0/128或::/128）：仅用于表示某个地址不存在，等同于IPv4未指定地址0.0.0.0。未指定地址通常被用做尝试验证暂定地址唯一性数据包的源地址，并且永远不会指派给某个接口或被用做目标地址。 2. 环回地址（0:0:0:0:0:0:0:1/128或::1/128）：用于标识环回接口，允许节点将数据包发送给自己，等同于IPv4环回地址127.0.0.1。 3. 链路本地地址（FE80::/10）：仅用于单个链路（链路层不能跨VLAN），不能在不同子网中路由。 4. 唯一本地地址（FC00::/7、FD00::/8和FC00::/8）：唯一本地地址是本地全局的，它应用于本地通信，但不通过Internet路由，将其范围限制为组织的边界。 5. 全局单播地址：等同于IPv4中的公网地址，可以在IPv6 Internet上进行全局路由和访问。这种地址类型允许路由前缀的聚合，从而限制了全球路由表项的数量。 组播地址 用来标识一组接口（通常这组接口属于不同的节点），类似于IPv4中的组播地址。发送到组播地址的数据报文被传送给此地址所标识的所有接口。 IPv6组播地址的最高的8位固定为1111 1111，如FF00::/8。 任播地址 用来标识一组接口（通常这组接口属于不同的节点）。发送到任播地址的数据报文被传送给此地址所标识的一组接口中距离源节点最近（根据使用的 路由协议 进行定义）的一个接口。 一个任播地址必须不能用作IPv6数据包的源地址，也不能分配给IPv6主机，仅可以分配给IPv6路由器。 IPv6报头格式 IPv6报文分为IPv6报头（长度固定为40字节）、扩展报头和数据部分。其中，扩展报头是可选报头，可能存在0个、1个或多个。 IPv6报头结构如下图所示： -版本号（Version） 4bits，表示当前IP协议版本号，此处协议版本号为IPv6(6)。 -流量等级（Traffic Class） 8bits，用于识别和区分IPv6报文的不同类别或优先级。 -流标签（Flow Label） 20bits，用来标识同一个流里面的报文，对于不支持Flow Label字段功能的主机或路由器，需要在发起报文时将该字段设置为零，在转发报文时不修改该字段，在接收报文时忽略该字段。 -载荷长度（Payload Length） 16bits，IPv6有效载荷长度，包含扩展报头和数据部分的长度。 -下一报头（Next Header） 8bits，标识紧跟在IPv6报头后的报头类型。 -跳数限制（Hop Limit） 8bits，该字段类似于IPv4中的 TTL ，每次转发跳数减一，该字段达到0时包将会被丢弃。 -源地址（Source Address） 128bits，标识该IPv6报文的源地址。 -目标地址（Destination Address） 128bits，标识该IPv6报文的目标地址。 IPv6扩展报头 IPv6报文中不再有“选项”字段，而是通过“下一报头”字段配合IPv6扩展报头来实现选项的功能。使用扩展头时，将在IPv6报文下一报头字段表明首个扩展报头的类型，再根据该类型对扩展报头进行读取与处理。每个扩展报头同样包含下一报头字段，若接下来有其他扩展报头，即在该字段中继续标明接下来的扩展报头的类型，从而达到添加连续多个扩展报头的目的。在最后一个扩展报头的下一报头字段中，则标明该报文上层协议的类型，用以读取上层协议数据。 IPv6扩展头使用示例 使用协议 地址配置协议 IPv6使用两种地址自动配置协议，分别为无状态地址自动配置协议（ SLAAC ）和IPv6动态主机配置协议（ DHCPv6 ）。SLAAC不需要服务器对地址进行管理，主机直接根据网络中的路由器通告信息与本机 MAC地址 结合计算出本机IPv6地址，实现地址自动配置；DHCPv6由DHCPv6服务器管理 地址池 ，用户主机从服务器请求并获取IPv6地址及其他信息，达到地址自动配置的目的。 1. 无状态地址自动配置 无状态地址自动配置的核心是不需要额外的服务器管理地址状态，主机可自行计算地址进行地址自动配置，包括4个基本步骤： （1）链路本地地址配置。主机计算本地地址。 （2）重复地址检测，确定当前地址唯一。 （3）全局前缀获取，主机计算全局地址。 （4）前缀重新编址，主机改变全局地址。 2. IPv6动态主机配置协议 IPv6动态主机配置协议DHCPv6是由IPv4场景下的 DHCP 发展而来。客户端通过向DHCP服务器发出申请来获取本机IP地址并进行自动配置，DHCP服务器负责管理并维护地址池以及地址与客户端的映射信息。 DHCPv6在DHCP的基础上，进行了一定的改进与扩充。其中包含3种角色：DHCPv6客户端，用于动态获取IPv6地址、IPv6前缀或其他网络配置参数；DHCPv6服务器，负责为DHCPv6客户端分配IPv6地址、IPv6前缀和其他配置参数；DHCPv6中继，它是一个转发设备。 路由协议 与IPv4相同，IPv6路由协议同样分成 内部网关协议 （IGP）与 外部网关协议 （EGP），其中IGP包括由RIP变化而来的RIPng，由OSPF变化而来的OSPFv3，以及IS-IS协议变化而来的IS-ISv6。EGP则主要是由BGP变化而来的BGP4+。本文不对IPv6的路由协议作更进一步展开说明，如果各位对文章中提到的IPv6路由协议内容感兴趣的，可以去网上搜索相关知识点学习拓展。 优势特点 与IPv4相比，IPv6具有以下几个优势： IPv6具有更大的地址空间。IPv4中规定 IP地址 长度为32，最大地址个数为232；而IPv6中IP地址的长度为128，即最大地址个数为2128。与32位地址空间相比，其地址空间增加了2128-232个。 IPv6使用更小的路由表。IPv6的地址分配一开始就遵循聚类的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。 IPv6增加了增强的组播支持以及对流的控制，这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为服务质量QoS（Quality of Service）控制提供了良好的网络平台。 IPv6加入了对自动配置的支持。这是对DHCP协议的改进和扩展，使得网络（尤其是局域网）的管理更加方便和快捷。 IPv6具有更高的安全性。在使用IPv6网络中，用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验，在IPv6中的加密与鉴别选项提供了分组的保密性与完整性。极大地增强了网络的安全性。 允许扩充。如果新的技术或应用需要时，IPv6允许协议进行扩充。 更好的头部格式。IPv6使用新的头部格式，其选项与基本头部分开，如果需要，可将选项插入到基本头部与上层数据之间。这就简化和加速了路由选择过程，因为大多数的选项不需要由路由选择。 IPv6的发展与前景 “第三届中国IPv6创新发展大会”指出，当前全球互联网正处在从IPv4向IPv6过渡的关键时期，作为新一代互联网协议，IPv6具有更加广阔的网络地址空间和更高的安全性，为物联网、大数据、云计算等新兴技术发展提供坚实的支撑，是全球公认的下一代互联网商业应用的解决方案。加快推进IPv6的部署和应用，对于打造竞争新优势，加快形成新质生产力，推动网络强国和数字中国建设具有重要意义。当前我国IPv6用户渗透率已超过70%，近年来推动IPv6+已显现其潜力。 总结 IPv6作为替代IPv4的下一代协议，虽然目前还未全面普及，但随着技术的发展和用户需求的增长，全面普及是不可避免的趋势。所以提前认识和了解IPv6能够帮助我们从容应对未来IPv6所带来的挑战。 北汇信息是一家专注于汽车电子测试领域的企业，对车载以太网测试有着丰富经验，并可提供相关培训、咨询服务以及测试解决方案，帮助汽车制造商和零部件供应商确保其车载以太网系统的可靠性和安全性。如果需要具体的测试服务或了解更多信息，欢迎大家来联系我们。 参考文献： 【1】《RFC 2460》 【2】《RFC 2373》

面对包含众多设备的复杂网络，我们该如何有效地记录流量信息？在捕获到大量数据后，又如何确保每个数据包都能准确地与其生成设备相关联？更关键的是，如何在不改变原有网络路由的前提下实现这些目标？那么，如何利用虹科EES（增强型以太网交换机）来完成这些任务呢？本文将为您详细解答。 虹科EES如何实现流量记录与识别？ 请想象有4个ECU在网络中，通讯方式如图1所示，在不改变网络拓扑的前提下记录这些ECU产生的流量。例如，ECU1与ECU2有连接，与ECU3和ECU4没有直接连接。这样在我们引入一个设备来记录流量的时候， 必须要确保ECU1只与ECU2有连接，与其他无连接 ，才能保持正常的网络拓扑。 图1 网络拓扑图 那么我们在网络连接中引入了“间谍设备”—— Enhanced Ethernet Switch（EES,增强型以太网交换机） ，将所有流量镜像到logger中，网络数据包详细流通展示在图2中。 图2 数据包在网络中的流通细节展示 我们将所需功能按照以下几点分别配置，以满足本文开篇罗列的目标。 1、镜像所有数据包 SFP+ A和SFP B+端口都可以提供 高达10Gbps的带宽 ，因此即使端口1到8同时产生1Gbps的流量，SFP仍可以记录到所有。将SFP+A端口用来镜像端口1到6的流量如图3，并使用show mirror功能来可视化数据包在交换机中的镜像情况。 图3 端口镜像显示 2、确定报文的入端口 采用EES的“Double Tagging”or“Q-in-Q”功能使出SFP+ A端口的数据包上打上VLAN Tag。 启动Double Tagging后，EES可以与Outer VLAN进行操作。交换机的每个端口都可以配置“Default Vlan Id”，当报文帧流入端口时，如果报文无outer VLAN，报文则被打上设置的Default Vlan Id。网络中的流量不是double tag的，因此所有数据都可以根据其进入的端口被分别打上对应VLAN ID。那么每个端口的Default Vlan Id不同，数据传输过程中就可以识别数据的传入端口。在本文中，我们定义的Default Vlan Id如图4所示，就在EES的端口下方。 图4 VLAN CONFIGURATION 最后，配置SFP+A的VLAN出口策略和VLAN标记：出口策略设置为“allow all”，所有数据包的出口标记设备为“Normalize”。这样即使没有outer VLAN标签进入，也可以带outer VLAN标签进入。图4描述了Double-Tagging配置。 3、限制EES内部转发，维持网络拓扑 如不加额外配置，ECU1的数据将流经交换机直接转发到ECU3和ECU4，所以我们必须要 添加规则来定义数据转发方式 。交换机中有很多控制路由的工具，由于已经启动了VLAN，所以就直接用它来控制了。 每个端口都有VLAN membership list，列表中指定哪些VLAN ID可以在端口上通过，比如我们可以使用list中权限来限制ECU1（端口1流入）的数据只能发送到ECU2（从端口2流出）。 虹科EES有哪些优势？ 虹科增强型以太网交换机 虹科EES作为百兆/千兆车载以太网交换机，支持 增强型以太网交换机 (EES) MATEnet 接口 ，具有强大 AVB/TSN 功能 ，允许用户通过 SFP+ 连接器连接多达 8 个千兆以太网端口和 2 个 1Gb/10Gb端口，可用于实现VLAN、端口镜像、路由转发或过滤等功能，是 车载以太网网关的理想升级选择 。 主要优势 1、多个千兆以太网端口，支持MACSEC功能 2、轻松实现对数据流的过滤和控制、为用例配置设备 3、具有强大的定制可能性 4、提供唤醒和睡眠功能 结语 通过利用虹科EES的 镜像、Double Tagging和VLAN控制 等功能，我们可以高效地记录和识别来自多个ECU的流量数据。这不仅有助于我们了解网络性能，还能为后续的优化工作提供有力支持。 若您对以太网交换机VLAN的配置策略有疑问，请回顾上期文章“如何定义EES的VLAN？”。 通过结合本期内容，您将更全面地掌握虹科EES的使用技巧。如果您在实际应用中遇到任何问题，欢迎随时联系虹科进行咨询和交流。

导读 还在为车载以太网的复杂性感到困惑吗？是否对交换机的工作原理一头雾水？VLAN的概念让您感到难以把握？别担心，虹科来帮忙！我们通过一个简单的案例——仅用一台转换器和车载以太网交换机，带您轻松掌握VLAN的识别与转发思路！ 情景模拟与配置准备 虹科增强型以太网交换机 (EES)的IP设定为：10.0.0.200 Host配置网口IP：10.0.0.2 A口IP：192.168.20.20 内置收发情况：1与A互相收发，想要进行VLAN识别 虹科转换器一侧的电脑IP：192.168.26.26 模拟结构 情景仿真模拟 ：A/B两台主机互相ping通，两台电脑互发数据并且可以监控到对应的VLAN ID。 如上描述中将网口配置准备工作做好，进行交换机内部配置，此时不需要开启“ PORT SEGMENTATION”选项，只需在“VLAN CONFIGURATION”中即可完成想要的一切。 1.设置A与1port交互规则--采用Double Tagging default ID：Aport default ID=A，1port default ID=11。 入口规则：选定 “allow membership ”并将对方ID均写入到双方的membership list中。 出口规则：需要根据具体情况来进行选择。 2.出口规则设定 两个ports接收到互相带有VLAN Tag的报文，则选用 “ Tag Normalized ”规则，如图1； 两个ports互相Ping通对方IP，则选用“ Tag as Received ”规则，如图2。 PS：参考VLAN划分原则。如出现ping不通现象，欢迎咨询虹科工作人员。 3.镜像端口设定 如需要Bport进行端口镜像，即将Bport default ID=B，入口规则“allow all”，出口规则“ Tag Normalized ”，可在不影响原始网络的情况下进行报文流量监控。 结语 通过上述配置，我们可以清晰地理解VLAN在车载以太网中的应用。如果您对车载以太网技术/产品有任何疑问，或希望获取更多信息，欢迎咨询虹科工作人员，虹科致力于为您提供专业的技术支持和服务。