一种汽车车载光纤以太网信号传输的测试系统及方法

技术领域

本发明涉及电通信技术领域，具体涉及一种汽车车载光纤以太网信号传输的测试系统及方法。

背景技术

汽车新技术的应用对汽车网络的带宽提出更高要求，推动了汽车网络宽带需求爆发式增长，而传统汽车网络因带宽低或成本高而扩展性差，难以满足汽车厂商的各项需求。以太网诞生早，具有技术成熟、带宽高、成本低且扩展性强等优势，在进入汽车领域前就已经得到广泛应用。由于以太网传输带宽高，导致更高的能量排放，而汽车对EMC（电磁兼容）要求十分严格，使得以太网直到近几年才取得技术突破从而得以在汽车网络内应用，也就是汽车单对双绞线。汽车内电气环境复杂，出于安全考虑，关键节点需做电流隔离以防止短路，但是现有汽车双绞线以太网通信系统EMC性能较差，难以满足对电流隔离的要求。

随着汽车新技术的不断向前发展，用户对汽车的智能化、自动化、网联化的需求也在不断提升。毫无疑问，拥有良好用户体验的汽车将赢得购车用户的追捧，促使汽车制造商不断增加新的服务以满足用户的需求，而不断增加的服务实施需要大量的ECU（电子控制单元）安装车内以完成预设功能，这些ECU将会增加网络端口数量和车内传输的数据量，海量的数据传输使得传统的车载通信总线无法满足要求。现阶段，尽管车载以太网总线已经被应用于车内进行数据传输，但是车载以太网总线的传输带宽仍然是100Mbps，最大传输不超过1Gbps，其传输媒介仍然采用铜。然而，伴着在ADAS（集中式的电子控制单元，用于高级驾驶辅助系统）、自动驾驶、车载娱乐的全面发展要求更多传感器接收越来越多的低延迟和确定性的数据传输、高分辨率视频流量的传输以及5G等更快的无线连接技术促使智能汽车能够相互交换传感器和控制信息等，使得车载网络的通信带宽需求呈爆炸式增长，导致了现阶段1Gbps的车载以太网传输带宽难以满足不断增加的车载网络数据的传输需求。

为了支撑更高传输带宽，弥补现有车载以太网采用非屏蔽铜双绞线进行传输数据的弊端，抓住用户需求中的痛点，汽车行业中提出将传统以非屏蔽铜双绞线作为车载以太网的传输媒介替换为以光纤作为车载以太网总线传输，打造以光纤通信在整车网络进行应用，采用光纤网络的通信架构，能够支持更高带宽、更低延迟、更低成本、更长寿命和更短的开发周期。然而，当前汽车网络架构的主流是空间分布区域控制架构，而未来的发展趋势是中央计算平台下的控制架构。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是：为了应对汽车搭载光纤通信的发展趋势，提出一种在整车研究阶段对整车网络总线通讯进行台架模拟验证的测试系统及方法。

根据第一方面，一种实施例中提供一种汽车车载以太网信号传输的测试系统，包括：

中央计算器，包括光纤数据采集单元；所述光纤数据采集单元用于获取车载信息，所述车载信息包括第一车载信息或第二车载信息，其中，所述第一车载信息为真实车载数据，所述第二车载信息为报文模拟车载数据；

当所述光纤数据采集单元获取第一车载信息时，根据第一车载信息所对应的硬件设备种类对所述第一车载信息进行分组显示；

当所述光纤数据采集单元获取到第二车载信息时，根据预设的响应策略对所述第二车载信息进行功能验证，以完成第二车载信息的测试。

一种实施例中，所述测试系统还包括若干个域控制器，所述若干个域控制器通过光纤连接光纤数据接口，所述光纤数据接口设置于所述中央计算器；所述第一车载信息为第一车载光纤信息。

一种实施例中，所述测试系统还包括报文工具和光纤信号传输工具，所述第二车载信息为第二车载以太网信息；

所述报文工具用于获取并传输所述第二车载以太网信息；

所述光纤信号传输工具用于将所述第二车载以太网信息转换为第二车载光纤信息；

所述光纤数据采集单元通过所述光纤数据接口获取所述第二车载光纤信息，并根据预设的响应策略对所述第二车载光纤信息进行功能验证。

一种实施例中，所述光纤数据采集单元利用DMA控制器进行车载信息的获取；

在所述DMA控制器的中断标志处，所述车载信息传输到DMA缓冲区；

所述DMA控制器获取数据传输地址和数据传输长度，以根据所述数据传输地址和数据传输长度对所述车载信息进行数据读取；

当所述车载信息数据读取完成后，所述DMA控制器执行中断，以完成所述车载信息的获取。

一种实施例中，所述光纤数据采集单元包括用户交互界面，所述用户交互界面包括数据采集模块和数据波形显示模块，所述数据采集模块用于对所述第一车载信息进行数据采集，并将第一车载信息按照设定通道对应进行存储；所述数据波形显示模块根据预先选择的信号提取对应通道的第一车载信息进行显示。

一种实施例中，所述光纤数据采集单元包括硬件层、系统层和应用层，所述硬件层用于对车载信息进行采集并传输给系统层，所述系统层用于对车载信息进行处理以传输给应用层进行显示。

一种实施例中，所述光纤数据接口为PCIe光纤数据接口。

根据第二方面，一种实施例中提供一种汽车车载以太网信号传输的测试方法，包括：

利用中央计算器中的光纤数据采集单元获取车载信息，所述车载信息包括第一车载信息或第二车载信息，其中，所述第一车载信息为真实车载数据，所述第二车载信息为报文模拟车载数据；

当所述车载信息为第一车载信息时，根据第一车载信息所对应的硬件设备的种类对所述第一车载信息进行分组显示；

当所述车载信息为第二车载信息时，根据预设的响应策略对所述第二车载信息进行功能验证，以完成第二车载信息的测试。

一种实施例中，所述第一车载信息为第一车载光纤信息，所述第二车载信息为第二车载以太网信息；所述第二车载以太网信息转换为第二车载光纤信息进行功能验证，以完成第二车载信息的测试。

根据第三方面，一种实施例提供一种计算机可读存储介质，所述介质上存储有程序，所述程序能够被处理器执行以实现上述任意一种实施例中所阐述的汽车车载以太网信号传输的测试方法。

根据上述实施例的一种汽车车载以太网信号传输的测试系统和方法以及计算机可读存储介质，测试系统中包括中央计算器，中央计算器中搭载光纤数据采集单元，在车载信息为真实车载数据时，光纤数据处理单元将真实车载数据进行分组显示；当车载信息为报文模拟车载数据时，光纤数据处理单元根据预设的响应策略对报文模拟车载数据进行功能验证。本申请在原有域控制器所获取的车载信息的基础上，还利用报文模拟真实车载数据，从而多了一路数据获取通道。并且，本申请将域控制器中的数据处理过程集中在了中央处理器中，能够应对汽车搭载光纤通信的发展趋势和车载网络拓扑架构演变趋势，决策更快更简单。

附图说明

图1为一种实施例的一种汽车车载以太网信号传输的测试系统的物理结构连接框图；

图2为一种实施例的第一车载信息的测试流程图；

图3为一种实施例的第二车载信息的测试流程图；

图4为一种实施例的DMA数据读取流程图；

图5为一种实施例的光纤数据采集单元的用户交互界面框架图；

图6为一种实施例的光纤数据采集单元的总体设计图；

图7为另一种实施例的一种汽车车载以太网信号传输的测试方法流程图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

当前汽车网络架构的主流是空间分布式区域控制架构，未来的发展趋势是中央计算平台下的控制架构。当前汽车网络中采用的主流通讯方式为高速CAN网络为主干网，搭配部分ADAS控制器之间采用车载以太网满足辅助驾驶所需的高带宽高传输速率等要求。但未来汽车将搭配更高级别的自动驾驶、传感器、摄像头和雷达数量的增加会大大增加网络通信的负担，非屏蔽铜双绞线车载以太网无法满足，采用光纤作为车载以太网总线通信的传输媒介，能够具有传输更高的带宽、更低的延时、更优异的EMC性能和更低成本等优点。由此，本发明的目的是为了应对汽车搭载光纤通信的发展趋势，提出一种在整车研究阶段对整车网络总线通讯进行台架模拟验证的测试系统和方法。

请参考图1为本申请提供的一种汽车车载以太网信号传输的测试系统的物理结构连接框图，其中测试系统包括中央计算器100和若干个域控制器200，下面进行具体阐述。

一种实施例中，中央计算器100中搭载了光纤数据采集单元110，光纤数据采集单元110为自研的基于PCIe的高速光纤数据采集软件，PCIe是一种高速串行扩展总线标准，用于连接计算机内部的各种设备，如显卡、网卡、存储设备等。利用光纤数据采集单元110获取车载信息，该车载信息分为第一车载信息或第二车载信息，其中，第一车载信息为真实车载数据，第二车载信息为报文模拟车载数据。当光纤数据采集单元110获取到的是第一车载信息时，光纤数据采集单元110根据第一车载信息所对应的硬件设备种类对第一车载信息进行分组显示。当光纤数据采集单元110获取到的是第二车载信息时，光纤数据采集单元110根据预设的响应策略对第二车载信息进行功能验证，从而完成第二车载信息的测试。

一种实施例中，在测试系统中，域控制器200和中央计算器100都可由计算机和相关仿真软件进行前期替代。例如，激光雷达或高清摄像头由域控制器200负责进行真实车载数据的采集，也可以通过计算机总线仿真软件根据定义好的通信矩阵进行应用报文产生和发送，以生成报文模拟车载数据。报文模拟车载数据将通过TCP协议或其他车载以太网传输协议利用光纤发送至中央计算器，中央计算器100利用PCIe光纤数据接口进行车载信息接收，通过自研的基于PCIe的高速光纤数据采集软件完成数据处理、图像处理及数据显示功能。

请参考图2为第一车载信息的测试流程图，一种实施例中，域控制器200通过光纤连接光纤数据接口120，光纤数据接口120设置在中央计算器100中。在域控制器200中获取到的第一车载信息为光纤数据，即为第一车载光纤信息。其中，光纤数据接口120为PCIe光纤数据接口。

以雷达或摄像头视频数据为例的第一车载光纤信息，第一车载光纤信息通过光纤和PCIe光纤数据接口发送到基于PCIe的高速光纤数据采集软件中，基于PCIe的高速光纤数据采集软件根据不同路的硬件设备进行分组，然后输出给图像显示窗口来实时显示当前采集的雷达或摄像头画面。

请参考图3为第二车载信息的测试流程图，一种实施例中，第二车载信息为以太网数据，即为第二车载以太网信息，为了对第二车载以太网信息进行检测，测试系统中还包括报文工具和光纤信号传输工具，报文工具获取并传输第二车载以太网信息，光纤信号传输工具将第二车载以太网信息转换为第二车载光纤信息。光纤数据采集单元100通过PCIe光纤数据接口获取第二车载光纤信息，并根据预设的响应策略对第二车载光纤信息进行功能验证。

同样以雷达或摄像头视频数据为例，通过报文模拟生成第二车载信息，以此除了真实车载数据之外，还多了一路车载信息的来源路径，从而可以忽略域控制器。在报文模拟生成第二车载信息后，使用总线仿真软件将定义好的通信矩阵报文通过报文工具（例如vectorVN5640，输出的是以太网信息）输出至光纤信号传输工具，利用光纤信号传输工具将第二车载以太网信息转换为第二车载光纤信息。将按照规定的协议栈生成的第二车载光纤信息输出至PCIe光纤数据接口，光纤数据采集单元100读取PCIe光纤数据接口的数据进行数据处理并自动化测试报文数据传递的一致性，也即，按照设定的响应策略对第二车载光纤信息所对应的车载功能进行判断，若第二车载光纤信息所对应的车载功能能够对应响应，则说明该功能完整且正常，以此达到车载高速光纤信号传输的测试目的。

请参考图4为DMA数据读取流程图，本申请中的光纤数据采集单元100包括DMA控制器，利用DMA控制器进行车载信息的获取。在整个过程中，先进行硬件初始化，在硬件完成初始化工作后，设置中断标志，在DMA控制器的中断标志处，车载信息传输到DMA缓冲区（内存中用于与外设交互数据的一块区域称为DMA缓冲区）。然后向基址寄存器中写入数据传输地址（包括源地址和目的地址）和数据传输长度，读寄存器置高电平表示开启DMA读操作。开启DMA读操作后开始等待，同时底层FPGA开始控制车载信息从内核DMA缓冲区向中央计算器100内存中传输。当车载信息读取完成后，DMA控制器执行中断服务唤醒等待事件，DMA传输完成后清除中断标志，并判断所述车载信息是否传输完毕，如果是则DMA操作结束，如果否则启动下一次DMA操作。

一种实施例中，请参考图5为光纤数据采集单元的用户交互界面框架图，在利用光纤数据采集单元110进行数据处理后利用该用户交互界面进行数据展示。该用户交互界面包括数据采集模块111和数据波形显示模块112，在数据采集模块111中进行通道选择、采样频率和文件存储设置后，将采集到的车载信息按照固定格式存储到计算机硬盘中。数据波形显示模块112可以选择改变坐标系使得多个信号同时分轴显示，也可以将保存的数据回放进行数据对比。并且，在用户交互界面中可以自由选择展示各个通道中所采集的车载信息。

一种实施例中，请参考图6为光纤数据采集单元的总体设计图，总体分为3个层级，硬件层对车载信息进行采集并传输给系统层，系统层对车载信息进行处理以传输给应用层进行显示，其中，硬件层主要包含微处理器、PCIe数据采集卡和外设终端接口，系统层主要包含PCIe数据采集驱动、内置文件系统支持包和Linux内核，应用层则主要是开发人机交互界面应用程序。

请参考图7，作为另一种实施例，本申请还提供一种汽车车载以太网信号传输的测试方法，该方法应用于上述实施例中的一种汽车车载以太网信号传输的测试系统，包括如下步骤：

步骤S1：利用中央计算器中的光纤数据采集单元获取车载信息。

一种实施例中，车载信息包括第一车载信息或第二车载信息，其中，第一车载信息为真实车载数据，第二车载信息为报文模拟车载数据。在测试系统中，域控制器200和中央计算器100都可由计算机和相关仿真软件进行前期替代。例如，激光雷达或高清摄像头由域控制器200负责进行真实车载数据的采集，也可以通过计算机总线仿真软件根据定义好的通信矩阵进行应用报文产生和发送，以生成报文模拟车载数据。报文模拟车载数据将通过TCP协议或其他车载以太网传输协议利用光纤发送至中央计算器，中央计算器100利用PCIe光纤数据接口进行车载信息接收，通过自研的基于PCIe的高速光纤数据采集软件完成数据处理、图像处理及数据显示功能。

步骤S2：当车载信息为第一车载信息时，根据第一车载信息所对应的硬件设备的种类对第一车载信息进行分组显示。

一种实施例中，第一车载信息也为第一车载光纤信息。以雷达或摄像头视频数据为例的第一车载光纤信息，第一车载光纤信息通过光纤和PCIe光纤数据接口发送到基于PCIe的高速光纤数据采集软件中，基于PCIe的高速光纤数据采集软件根据不同路的硬件设备进行分组，然后输出给图像显示窗口来实时显示当前采集的雷达或摄像头画面。

步骤S3：当车载信息为第二车载信息时，根据预设的响应策略对第二车载信息进行功能验证，以完成第二车载信息的测试。

一种实施例中，第二车载信息为第二车载以太网信息。为了对第二车载以太网信息进行检测，测试系统中包括报文工具和光纤信号传输工具，报文工具获取并传输第二车载以太网信息，光纤信号传输工具将第二车载以太网信息转换为第二车载光纤信息。光纤数据采集单元通过PCIe光纤数据接口获取第二车载光纤信息，并根据预设的响应策略对第二车载光纤信息进行功能验证。

本申请提供的一种汽车车载以太网信号传输的测试系统和方法，将原本需要在域控制器中需要执行的数据处理集中在中央计算器中，利用PCIe光纤数据接收接口开发相应的光纤数据接收单元来完成车载光纤通信的调试、测试和验证，从而可以缩短整个研发周期。

本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。