以太网开发测试利器VN5000系列硬件设计

车载以太网 未来总线

提到车载以太网，早已经不是新鲜词汇了，很多工程师在进入汽车电子领域都是从CAN、LIN等基础或常用的协议学起，然后开始接触以太网相关的知识。CAN、LIN等车载通讯协议在如今的车辆应用十分广泛，但是由于协议本身的限制，很难支撑汽车智能网联化的进一步发展,车载以太网将在新一代汽车网络架构中承担重要角色，车载以太网也是当前行业内整体的趋势和方向。   今天想给大家聊的话题虽然比较大，但是我们这次关注的点并不在以太网开发和测试方案和流程本身，而是以太网开发测试利器VN5000系列硬件。    

引入

熟悉Vector工具链的工程师应该知道，在2021年，Vector的以太网接口卡VN5610A和VN5640设备已经陆续停产，相应的代替产品VN5620和VN5650开始推向广大工程师们。随着新设备的推广，VN5000系列设备内置的全新配置模式也与工程师们见面了。

图1  VN5000 Interface Family   新配置模式打破了传统配置模式下的设备单一工作模式与单一通道对应关系，让工程师能够更加灵活地使用VN5000系列设备并应用到更多的开发和测试场景中。

接下来我们会以VN5000系列设备的主要应用功能讲解设备配置方式以及相关应用场景。

TAP/Bypass模式

很多工程师听到TAP（Test Access Point）/Bypass这个名词非常陌生，并不清楚采集一段以太网的数据为什么要进行测试或者旁通。

那么我们举一个常见的栗子说明一下。

图2-1 TAP举例图1

在上图中可以看到如下拓扑：网络中一共有4组控制器和一台交换机组成一个小型的车载以太网络。 控制器A和控制器B之间正在进行数据交互。    

工程师Tom想要通过最近购买的VN5000系列设备读取控制器A与控制器B之间的数据，那么他应该怎么做呢？

首先我们知道，以太网的数据发送与接收的逻辑是点对点的，与CAN、LIN总线的广播式发送式完全不同的。所以如果我们把VN5000设备的以太网通道直接接入车载网络中的交换机，是不会读到数据的，因为交换机并不会将写有控制器A和控制器B地址的数据转发给你的VN5000。   这时候工程师Jerry告诉工程师Tom，应该按照以太网数据点对点收发的思路，直接通过物理方式，将控制器A与控制器B的通信链路断开，将VN5000串联到链路中，并给VN5000中写入对应的通道配置，实现数据读取。    

图2-2  TAP举例图2

图2-3  TAP举例图3

在实际的车辆网络拓扑中，我们也是通过这样的方式进行数据的读取与监控。在VN5000设备串入链路之后，VN5000设备会将链路中传输的数据上传至上位机软件（如CANoe）,并且不会将链路本身切断或者导致链路中的数据丢失。

以上就是关于TAP/Bypass的实际应用场景，此类场景适用于大多数的以太网数据采集和分析场景。

直连模式

相信很多工程师看完了上面旁通的例子，看到这里已经会举一反三了。或者在上面的例子中已经开始思考，为什么不直接将控制器A从网络中拆下来，用网线单独连接VN5000系列设备？

顾名思义，直连模式，指的是直接将VN5000系列以太网设备与被测件或者以太网控制器进行连接，实现被测件和VN5000之间的以太网通讯的模式。  

Vol.1/   栗子

工程师Tom需要将近期购买的以太网设备VN5650集成到测试机柜中，用于单件的以太网测试和仿真。

 但是工程师Tom拿到相关的线束和设备后并不知道路由如何进行分配，以及设备线束如何在机柜内布局和连接。（早知道就多付一些集成费用了）

于是在工程师Jerry的推荐下，Tom给北汇技术支持邮箱techhelpdesk@polelink.com 写了一封邮件进行请教。

根据北汇工程师的远程指导，Tom将线束集成在走线槽内，并按照路由将VN5650的每一通道接入一台被测控制器，写入对应的直连配置后，成功实现了对于控制器单件的调试与仿真。  

图3-2  配置示意图4          

我发现旁通道模式和直连模式都能够实现通讯数据的采集。

那么两种模式的使用场景有什么区别呢？

  直连模式的适用范围和旁通并不一致，旁通模式对于数据的采集是在保证整车或域内网络拓扑不被破坏，并能够保证网络完整性的场景下使用；而直连模式下，我们一般接入的被测件是单独的，并未形成完整网络的拓扑，无法通过线束连接的方式还原或实现真实网络中所有节点的状态。

媒体转换&端口镜像

媒体转换这个模式是介于我们以上提到的旁通与直连之间的特殊模式，在这个模式下我们想实现的并不是控制器和VN5000之间的通讯，而是媒体转换端口两端的不同设备间的通信。  

Vol.2/   栗子

工程师Tom又采购了一台以太网流量生成分析仪，用于当前开发的车载控制器的以太网通讯测试。

 但是分析仪的以太网接口为RJ-45（也就是我们俗称的水晶头接口），控制器端使用的是1000BASE-T1接口，与标准的RJ45接口无在物理层实现兼容和通讯。需要一个中介设备将物理层协议进行转换，然而部门有一台VN5650又不了解配置方式。

这时候Tom想起来北汇的工程师上周来到公司进行了VN5000设备和以太网相关的基础培训，培训的PPT中有讲到通过VN5000系列设备的媒体转换功能，可以将不同物理层之间的数据进行转换。  

图4-2  以太网分析仪与被测件示意图

按照北汇讲师的PPT连接完成以后，Tom发现还是无法进行数据传输，于是再次联系了培训讲师。沟通过后发现设备并未连接外部电源，导致没有上电工作。

关于媒体转换要说的

媒体转换功能方便了工程师将以太网数据在不同以太网物理层协议之间进行转换，但是使用VN5000设备时，需要连接外部电源；如果不需要上位机观察通信数据，硬件配置完成之后可以在 standalone 模式下独立工作，无需进行 CANoe 软件端配置。

上面我们聊到的相关的内容都是针对一个或者两个单件进行记录和数据分析。面对我们实际更加复杂的实车网络，怎么才能够更高效的实现记录？

这个时候就需要用到VN5000系列设备的端口镜像功能了。 （注：镜像功能目前只有 VN5240、VN5430、VN5640 和 VN5650 支持）

图4-3 端口镜像链路示意图

所谓的端口镜像功能是指将选定源物理端口的传入数据包镜像到特定的目标端口中。

这个时候我们想要实现复杂网络中的数据记录，只需要配置对应端口通道的旁通、直连、交换机等工作模式，以及相应的network拓扑，之后将这些端口数据指定在某一个镜像端口中输出就可以了。

在VN5000系列的镜像端口定义中，可设置为镜像端口的物理层形式均为TX，因此我们也常常把以太网记录仪或ADAS记录仪等记录设备的数据记录端口与VN5000系列的镜像端口进行连接。

图4-4 端口镜像配置示意图

在配置界面我们可以根据当前VN5000设备的端口资源和占用情况进行配置。 （注意：如果端口已经在segment配置中占用，则配置为镜像端口后，会自动移除segment内配置的相关功能）   在属性区中我们不仅可以激活和关闭镜像功能，还可以在下方的过滤器中进行通过/截至数据的选择，方便工程师更加快速便捷地将多余数据过滤，以及收集有效数据。    

总结

VN5000系列设备更灵活的功能配置，可以帮助工程师在车载以太网网络中更加快捷方便地使用单台设备和简单的接线方式完成更加复杂的工作。正所谓工欲善其事必先利其器，能够用好VN5000设备，才是迈进以太网大门的第一步。结合CANoe和CANape等上位机软件，可进一步实现更加全面的以太网的开发、测试、诊断、标定等功能。

注：文中部分图片来自于Vector。
编辑：黄飞