车载以太网第二弹|测试之实锤 -DoIP测试开发实践

前言

车载以太网测试之实锤系列，之前我们已经从环境设备组成、被测对象组成再到测试过程和测试结果分析，分享了完整的PMA测试 、IOP测试 、TC8中的TCP/IP协议一致性测试 、也分享了1000BASE-T1物理层PMA测试相关测试实践，本期给大家介绍的是DoIP及以太网诊断测试开发相关知识及测试实践分享。

DoIP简介

以太网最早由BMW引入车内，其应用场景就是刷写，满足类似HMI的地图数据、液晶仪表等软件数据更新，感兴趣的可查阅Thomas Konigseder 的Automotive Ethernet书中的介绍。由于其突出的特性，而后得到主要OEM的推崇和更广泛的应用，遂开始了国际标准化（汽车行业一直以来的“套路”）。

DoIP全称：Diagnostic communication over Internet Protocol。顾名思义，通过以太网来实现车辆诊断，其对应的国际标准为ISO 13400，其定义了DoIP协议（基于UDS）并描述了外部测试设备与车辆进行诊断数据交互的流程。

下图为DoIP及基于以太网诊断在OSI 7层模型中及在“7层之外”的“角色”和“位置”。

图1 DoIP及以太网诊断规范框架

DoIP协议要点简述

DoIP报文
DoIP报文在以太网报文中的位置如下图。

图2 DoIP报文在以太网报文中的位置示意图

DoIP报文分为三大类：

• 节点管理类

主要包括报头处理流程、车辆信息获取（如EID、GID、VIN等）、路由激活流程（包括授权以及确认功能）、TCP_DATA socket处理流程。

图3 节点管理类DoIP报文

• 车辆信息类

主要包括获取DoIP实体状态信息、车辆电源模式信息。

图4 车辆信息类DoIP报文

• 诊断类

主要包括诊断报文处理流程以及UDS数据交互。

图5 诊断类DoIP报文示

DoIP会话流程
DoIP会话的整个流程可以分为五步：硬线激活(该激活机制是否采用及激活方法不同OEM是存在差别的)->车辆发现流程->TCP_DATA socket处理流程->诊断数据交互->关闭TCP_DATA socket。

图6 DoIP会话流程

图片来源：ISO 13400-2:Road vehicles - Diagnostic communication over Internet Protocol (DoIP)

边缘和内部节点差异

关于DoIP协议，ISO 13400规范做了框架性的定义，但OEM会依据整车功能需求自定义细节内容，同时会区分边缘节点和内部以太网节点，聊到此处有的小伙伴可能会有疑问，“以太网节点为何要区分边缘节点和内部节点？两者是否可以支持完整的DoIP协议？”接下来我们通过实例讨论边缘节点和内部节点在DoIP报文配置方面的差别。

问题一：内部节点需要支持诊断报文肯定应答(0x8002)么？

分析：当Tester向内部节点发送诊断请求时，首先边缘节点会先向Tester发送0x8002报文，如果内部节点也支持0x8002报文，随后边缘节点又再一次转发内部节点发送的0x8002报文和诊断应答报文到Tester。
根据DoIP协议，Tester完成诊断报文发送后会等待0x8002报文同时开启P6Client定时器来接收诊断应答报文(暂时不考虑0x8003)。所以如果内部节点支持0x8002报文从系统设计方面考虑不符合DoIP协议，而且会导致以太网系统级诊断刷写测试P6Client参数超时。

图7 内部节点支持0x8002报文交互过程示例

问题二，笔者抛块砖：不同类型节点对路由激活报文该采用何种策略？

有兴趣的，可就此类技术细节约聊，同样此话题可扩展包括DoIP其他报文针对边缘和内部节点不同的配置和支持方案，当然还有区别最明显的对硬线激活特性支持的差异。
万变不离其宗，以太网节点DoIP报文的配置要服务于整车功能,这部分更应该是OEM设计工程师需要从应用场景角度考虑而进行设计的。仁者见仁,智者见智,在不同拓扑、不同需求情况下设计方案也应当有所差异。

DoIP及以太网诊断测试方案和实践

DoIP及以太网诊断测试实现可以分层来介绍,当然在各层中OEM会在ISO标准需求的基础上做自定义开发。

针对ISO 13400-2的测试
测试内容包括DoIP报文格式、DoIP流程以及DoIP时间参数等，其测试脚本和测试工程通过CANoe（CAPL）定制实现。

图8 基于CANoe开发的部分测试项及测试脚本

图9 某控制器Alive_Check_Message测试报告

针对ISO 13400-3的测试
测试内容包括激活使能线等相关的测试，测试脚本同样通过CANoe（CAPL）开发实现，测试环境需借助于Vector的VT板卡，如VT2004实现硬线的仿真。

针对ISO 14229-1/-5的测试
可基于CANoe Option DiVa可实现，DiVa是Vector公司一款便捷、高效的诊断测试用例生成工具，使用DiVa实现UDSonCAN的测试大家都比较熟悉，那么对于以太网UDS测试DiVa是否也可以覆盖？答案是肯定的。DiVa可基于DoIP协议（ISO 13400）生成以太网UDS测试工程，即按照标准DoIP流程与ECU进行诊断数据交互。

图10 基于DiVa的以太网UDS测试工程

介绍到这里小伙伴们可能会有疑问，对于非标准DoIP协议的以太网节点是否也可用DiVa覆盖其测试需求？比如笔者曾遇到的OEM所定义的以太网节点仅支持DoIP净荷类型中特定的报文，或者以太网节点仅支持OEM自定义格式的诊断报文等情形。

总结

接着上面的问题，对于支持非标准DoIP协议的以太网节点UDS测试需做一定的定制开发方可。另外，DiVa自动生成的UDS测试工程是否直接满足边缘和内部两种类型节点的测试需求呢，该如何适配？这也是笔者在项目实践过程中遇到的一些工程问题，还曾“遭遇”在DoIP测试过程中由于ARP配置而引起的“异象”以及端口固定等各类疑难杂症！限于篇幅，不做一一介绍了，感兴趣的小伙伴约起来吧！

北汇信息已为多家主流OEM完成DoIP、以太网诊断、刷写测试相关的项目，为客户提供完整交钥匙工程服务，包括：

• 设计需求规范的审核完善
• 测试规范开发
• 测试脚本定制开发和测试实施服务

车载以太网技术扩散越来越快，相关测试验证工作及对测试验证深度、广度的要求也备受重视，所以实践实战的经验积累、对系统宏观层面的了解也更为关键，北汇信息希望与各位共同进步，价值分享。