智驾域控的以太网子系统评估

本文将介绍以太网子系统作为车辆内通信主干的实现。该子系统是自主驾驶领域控制器的一部分，它是基于菊花链拓扑结构的。它由三个连续连接的网络交换机及其外围设备组成。在第二节中，提出了满足汽车工业要求的关键挑战。第三节将对系统的结构和数据流进行描述。第四节和第五节包含评估、结果讨论、结论和未来工作建议。Ojmednc

在本文中，通信网络将以领域控制的分层方式组织，其中以太网代表不同领域之间的主干和互连。单一领域内的网络拓扑结构不是本文的重点，应该根据特定的使用情况和需要连接的外围设备的数量来设计。Ojmednc

本文还提供了一个通过使用VLAN组来实现流量优先的解决方案。在这个项目中，所有的端口都被配置为ID为7和11的VLAN成员，并有选项允许未标记的帧不被修改被传输。创建了三个流量优先级，0--用于无标记的流量，1--用于VID=11，7--用于VID=7。首先，发送带有VLAN标签的帧，这些帧与配置相对应，预计将在系统中顺利传输。然后，创建了不符合配置的带有错误VLAN标签的帧。错误标记的帧预计会被802.1Q策略过滤。此外，在测试的两部分中都进行了读取传输帧的优先级并将其与预期的优先级进行比较。Ojmednc

评估的第一步是表明表一中的所有物理标准都已得到满足。通过使用支持前几章所述汽车以太网标准的网络设备，这一点很容易实现。这样一来，表一中的要求将得到满足，如表三所示。

表三 实现的物理规格

为了测试表二中的基本功能，外部PC与所有带有物理收发器的端口连接，一次一个。对于每个方案，在两个方向（PC到微控制器，反之亦然）发送了10 000个长度为512个八位字节的帧。为了确认通过系统进行正确的流量转发，在帧传输前后观察了三种类型的帧计数器的值：接收到的所有好的帧的长度之和(InGoodOctets)，接收到的所有坏的帧的长度之和(InBadOctets)和发送的所有帧的长度之和(OutOctets)。图3显示了一个场景示例，其中可以看到帧计数器的值是如何根据参与帧传输的端口上的流量方向正确地改变的，而其他端口的计数器保持不变。此外，还确认了网络交换机维护的所有地址表都包含相关的MAC地址和相应的端口。

图3. 基本帧转发评估示例

为了检查表二中的延迟和带宽要求是否得到满足，对解决方案中提到的9条路径进行了端到端的延迟和带宽测量。为此，使用了pcap和iperf3。表四提供了每个路径的测量值。

表四 受检路径的延迟和带宽测量值

从结果可以得出结论，无论设备以何种方式排列，该系统都能满足带宽要求。但是，如果两个非相邻的交换机通过一条包含媒体转换器的路径连接，可能无法满足延迟要求（延迟<250us），所以在这种情况下应格外注意。

为了评估VLAN配置和流量优先级，进行了类似于基本功能测试的试验。这一次，20000个长度为516个八位字节（插入4字节的802.1Q头）的帧被双向传输，其中一半是正确的VLAN ID值，一半是错误的。观察到两个额外的帧计数器类型：通过过滤策略的帧数（InAccepted）和没有通过过滤的帧数（InFiltered）。从图4可以看出，在参与帧传输的端口上，帧计数器的值是如何根据流量方向正确改变的，而在其他端口上则保持不变。

图4. VLAN帧转发评估示例

同时，对于接收方的每个场景，通过使用Wireshark对每个帧的优先级进行控制。Ojmednc

V.总结Ojmednc

介绍了自动驾驶汽车域控制器以太网子系统的实现过程。本文清楚地提供了以太网履行其通信骨干角色所需要满足的需求的概述。对由三个菊花链汽车以太网交换机组成的网络子系统进行了评估，重点是延迟和带宽问题。公开了从选择设备和系统结构到满足数据流要求的整个过程。所有的基本功能都得到了实现和测试，并揭示了确切的限制。

在未来的工作中，将给出实时以太网协议的实现和向系统引入确定性的过程。