车载以太网测试之实锤.docx
车载以太网第二弹I测试之实锤AVB测试实践背景介绍AVB(AudioVideoBridging)音视频桥接，是由正EE802.1标准委员会的IEEEAVB任务组制定的一组技术标准，包括精确时钟同步、带宽预留和流量调度等协议规范,用于构建一个低延迟、高可靠的车载以太网网络。2012年n月，AVB任务组变更为hTSN(Time-SensitiveNetworking)时间敏感网络"任务组。TSN在AVB的基础上进一步延伸,从专业音视频领域扩展到工业自动化、移动通讯、汽车等领域。因此掌握AVB协议，可为理解TSN协议打好基础。图1为TSN对AVB的继承和扩展。TSNAVBTimeSync802.1AS-2011(gPTP)802.IAS-Rev(ReIiabIegPTP)802.1Qav-2009802.1Qbv-2015(TTShaper)(CreditBasedShapers)Shapers802.1Qch-2017(CycleScheduling)P802.1Qcr(AsyncTrafficShaper)StreamReservation802.1Qat-2010(SRP)802.1Qcc-2018(EnhancedSRP)PrioritizationEnhancements802.1Qca-2015(PathReservation)802.1Qbu-2016/(FramePreemption)ReliabilitySecurity802.1CB-2017(RedundantPaths)802.1Qci-2017(IngressFiIteringandPoliciTransport1722-2011(Audio/ Video)1722-2016(AdditionalAutomativeEncapsulation)图IAVB和TSN协议对比AVB/TSN协议标准AVB包括多个不同的协议，在具体应用时可根据实际情况进行裁剪和选择，取决于功能场景的需求及开发难度（注：实现整个AVB协议族的开发难度很大）。标准名描述IEEE802.1BA2011版本，音视频桥接系统，定义AVB系统的配置IEEE802.1AS2011版本，gPTP（广义精确时间同步协议）IEEE802.1Qat2010版本，SRP（流预留协议）IEEE802.1Qav2009版本，FQTSS（时间敏感性数据流的排队和转发）图2IEEE802.1协议标准为了便于音视频数据的可互操作性，在AVB核心标准基础上，IEEE定义了1722和1733（时间敏感应用传输协议）用于传输音视频数据,满足Talker和Listener之间实时的、高质量的音视频数据传输要求。为保证AVB节点之间的互操作性，IEEE定义了一个应用层协议1722.1,用于满足1722终端设备之间的发现、枚举、连接管理和控制。标准名描述IEEE17222016版本，时间敏感应用第二层传输协议标准（AVTP）IEEE17332011版本，时间敏感应用第三层传输协议标准IEEE1722.12013版本，AVDECC（音酶设备发现、枚举、连接管理和控制）图3正EE1722/1733协议标准AVnu车载以太网AVB功能和互操作性规范为将AVB协议应用于车载设备，AVnu联盟发布车载以太网AVB功能性和互操作性基础规范一"AVB汽车配置文件"，定义AVB在汽车信息娱乐系统和前视、后视等辅助摄像系统中的应用场景。AVnu互操作性规范对车载AVB设备以及汽车特定的应用场景做如下约定：1 .网络和设备启动 端口自协商应被禁止 为了获取AVB设备的内部状态，定义三种车载AVB设备状态：Ethernet-ReadyxAVB_Sync和AVB_Media_Ready。通过状态报文获取每种状态的信息，其中状态报文必须携带进入该状态的时间戳 为了约束车辆启动时设备的启动时间，定义车载以太网网络的最大启动时间,以及进入三种状态的最大时间要求2 .gPTP 预先配置车载网络中GM(GrandmaSter)节点，无需使用BMCA(最佳主时钟算法) GM节点启动后应尽可能快的发送同步报文 固定的时钟生成树，Bridge节点的master端口不需要测量路径对等延时 定义Bridge节点对同步报文丢失、不连续、同步恢复等异常情况的处理3 .媒体格式减少需要支持的音视频格式，仅定义AVTP音频格式(AAF)、压缩视频格式(H.264、MJPEG)、非压缩视频格式(MPEG2TS)和时钟参考格式(CRF)相关需求4 .流预留类别静态配置所有AVB流预留对于汽车特定的应用，除了支持标准的SRA和SRB类流,衍生出两个优化的流类，其发送时间间隔为:1333.33s(64SampleFrame,48kHz)和1451.25s(64SampleFrame,44.1kHz)5.异常处理和诊断 定义需要监控并报告的异常处理：以太网链路状态事件和数据丢失，IEEE802.1AS异常处理，以及IEEE1722媒体流异常处理 定义一些主要的诊断事件计数，包括以太网接口、以太网桥接、AVB协议，以及IEEE1722传输AVnu车载以太网AVB测试认证为确保AVB设备之间的互操作性，AVnu联盟为汽车行业制定了车载AVB部件级一致性测试计划，用于验证AVB协议标准以及AVnu车载AVB互操作性规范中定义的特殊要求。测试计划描述对应的IEEE标准AutomotivegPTP车载gPTP测试规范（基于802.1AS标准的所有设备的通用时钟）IEEE802.1AS-2011AutomotiveEnd-Station车载终端节点的媒体格式和流类的测邮范IEEEP1722/D16-2015*AutomotiveFQTSS(Bridge)车载Bridge的流类的测试规范（验证Bridge的FQTSS功能）IEEE802.1Qav-2009AutomotiveNetworkStartup车载AVB网络和设备启动测试规范-AutomotiveDiagnosticCounters车载AVB诊蚓嗷测试规范-AutomotiveExceptionHandling车载AVB异常处理机制测试规范-*由于编制AutomotiveEnd-Station测试规范时，IEEE1722-2016还未发布，因此以当时的D16版本标准作为测试需求依据，该标准也被称为IEEE1722ao图4汽车行业车载AVB部件级一致性测试计划与对应的正EE标准AutomotivegPTP用于验证IEEE802.1AS-2011标准实现于车载AVB设备的gPTP协议一致性测试，主要包括以下内容： gPTP参数和配置测试 基于IEEE802.1AS标准定义的gPTP协议状态机测试 gPTP-Bridge特定测试三部分AutomotiveEndStation用于验证IEEEP1722/D16-2015标准实现于车载AVB设备的AVTP协议一致性测试，主要包括以下内容： AVTP通用需求测试 MPEG-TS和61883-4视频格式测试 AVTP音频格式测试 MJPEG和H.264压缩视频格式测试 音频时钟参考格式测试 流预留类测试AutomotiveBridgeFQTSSandSRClasses用于验证IEEE802.1Qav-2009标准实现于车载AVBBridge的FQTSS协议一致性测试，主要包括以下内容： 端口数据转发测试 基于信用的整形算法验证测试 Bridge端口优先级重映射测试车载AVB协议一致性测试实践AVB协议配置测试由于车内采用静态网络拓扑，所有AVB流预留采用静态配置，因此AVnu并未针对汽车AVB设备发布SRP协议一致性测试规范。所以针对OEM/Tien自定义需求，需对基本的配置和协议参数进行测试验证。通过VN5640硬件与被测对象相连接，利用CANoe12.0+OptionEthernet软件对AVB数据进行实时采集和监控。CANoe可解析gPTP和AVTP的报文头格式，以检测被测对象发送的报文是否符合需求定义。测试结果分析如图5所示，选中Trace窗口中的Followap帧，左侧窗口会显示该报文数据的解析内容： 目标MAC地址为01:80:C2:00:00:0E,符合802.1AS需求定义 LogMessageInterval的值为-3,表示Sync和Follow_Up报文的发送周期为2-3=125ms,符合此次需求定义 PreciseOriginTimestamp为Sync报文离开以太网收发器的时间戳，可解OtAiIVWwP*yt.Pa>40*d Du析为UTC时间格式显示BEtherneCOetinticy:mult>catgPTP01(kC2XXk0(H)jSource:00:01:02:030401Typ:PTPBP4ykMdBPTPTransportSpecificMeMgeType:Reserved:VfUonPTP:MeMgelength:Oo<minNumber:Re<ved:QOOOOOOrM0 OxKttFFFEOXMOIFtogsPTPTimescale0008Corr<tkxFtokiRew<ved:Sourc。CocIdentity:SourcePortNumber:Sequence<XCo"ol:IlogMC阳InSnMI：-3PreciseOriginTifnwUmfxSmiDec0803:46:38.type:OftGANlZAbONJXl16length:28Of9aiutkMID:OMflOC2FoBoM>pOcganUabonSubTypr：Om1CunxilMiveS<*dU<OOffset：03TimeBcIndkdtOrLMtGMPhMeChange:图5gPTP报文解析图如图6所示，选中Trace窗口中的AVTP帧，左侧窗口显示该报文数据的解析内容： 目标MAC地址为91:E0:F0:00:FE:01,符合MAAP需求定义 StreamID为MACID+UniqueID,符合此次需求定义 该音频数据的信息为：44.1kHz采样率,双声道，16位深度,每帧采样样本为64个样本（AVTP的报文周期为L451s）OeuilviewoT¾m>GeneraLthemct1Oettmti8：mutt*tv.*VtANOTPOVLANOeEE8021Q)8100SVLANoTaPrio20VlD*2400291:30:00:FFOI891:02:03:(MQIIype:«PaykMdAVTP22F03MypeAAF(AVTPAUd沁13at)02Verwon00O(K)BAVTPAA；StrNmlOVMd:I1MtdhClockRetMt:00AV>TlmewampValid：1197UStreamIDOO1rO2rO
