前言
新一輪汽車技術創(chuàng)新浪潮催生了海量測試需求。盡管將所有測試精力聚焦于更新迭代、面向用戶的應用程序頗具吸引力，但車載以太網(wǎng)的測試才是重中之重。就像電視、洗衣機、冰箱這些我們習以為常的現(xiàn)代電器，一旦斷電便形同虛設；同理，即便車載應用程序經(jīng)過最嚴苛的測試，脫離以太網(wǎng)也無法正常運行。
一、認識以太網(wǎng)
OPEN 聯(lián)盟最初為車載以太網(wǎng)劃定了三大應用場景：360° 環(huán)視、車輛診斷與車載娛樂。這三類場景的核心共性在于數(shù)據(jù)傳輸量巨大。早年間寶馬率先研發(fā)以太網(wǎng)技術，正是由于傳統(tǒng) CAN 總線在車輛診斷時面對海量數(shù)據(jù)傳輸力不從心，哪怕是一次規(guī)模稍大的系統(tǒng)更新，都可能耗時一到兩個小時。而以太網(wǎng)的落地，恰好攻克了數(shù)據(jù)傳輸帶寬不足的行業(yè)痛點。如今，先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、智能網(wǎng)聯(lián)汽車與自動駕駛汽車（AV）正在重塑商用車與乘用車的交通格局。每一次性能的躍升，都離不開更大數(shù)據(jù)量、更快傳輸速度的支撐，這也直接推動了車載網(wǎng)絡向車載以太網(wǎng)的全面轉型。當下大部分車型應用的三大功能域架構（Domain：整車域、智駕域、座艙域），也有很多公司開始預研中央處理+位置域（Zonal）的架構。我們將高端車中經(jīng)常用到的以太網(wǎng)節(jié)點進行匯總來思考哪些場景會用到車載以太網(wǎng)技術。
場景匯總
網(wǎng)聯(lián)類：TBox、診斷控制器、中央網(wǎng)關等；
智駕類：智駕域控制、高精地圖、泊車輔助、激光雷達、攝像頭、駕駛員監(jiān)測等；
整車與車身：整車域控制、車身控制、前后大燈、數(shù)字燈光、車內(nèi)氛圍燈等；
娛樂類：娛樂域控制、記錄儀、內(nèi)外電子后視鏡、HUD、AR-HUD、音響系統(tǒng)、乘客監(jiān)測等。
二、了解車載以太網(wǎng)技術
車載以太網(wǎng)100Base-T1和1000Base-T1主要基于單對雙絞線來進行數(shù)據(jù)傳輸，同時采用PAM-3編碼方式來提高傳輸速率和可靠性。它與常規(guī)的100Base-Tx工業(yè)以太網(wǎng)不同，工業(yè)以太網(wǎng)采用兩對雙絞線，物理層接收到MAC發(fā)來的數(shù)據(jù)后先進行4B/5B編碼，再通過MLT-3的編碼方式發(fā)送出去。
常規(guī)以太網(wǎng)100Base-Tx
汽車以太網(wǎng)100Base-T1
但車載以太網(wǎng)則不同，100Base-T1物理層接收到MAC發(fā)來的數(shù)據(jù)后，經(jīng)過了3步的過程。
MAC層數(shù)據(jù)通過MII接口，以25MHz速率將4bit并行傳輸至PHY層，數(shù)據(jù)速率：4bit×25M=100Mbps；?
4B/3B轉換：PHY層接收到數(shù)據(jù)后進行4B/3B轉換，同時完成時鐘轉換，將25MHz傳輸?shù)?bit數(shù)據(jù)轉換成時鐘頻率為33.33MHz的3bit數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)速率為33.33×3bit≈100Mbps；
3B/2T編組：再進行3B/2T編組，每3bit數(shù)據(jù)（3B）編組成一對三進制符號（2T），并以66.66Msymbol/s的符號傳輸速率進行傳輸；
PAM-3調制：最后進行PAM-3調制和物理傳輸，由于每個三進制符號攜帶Log_2(3)≈1.5bit信息，66.66Msymbol/s×1.5bit/symbol≈100Mbps，最終實現(xiàn)100Mbps傳輸速度。
1000Base-T1則更為復雜，經(jīng)歷4個步驟。
80B/81B編碼：從MAC接收到8位數(shù)據(jù)后，通過80B/81B轉碼將10個8bit數(shù)據(jù)轉換成81B，剩下1bit 填充為標頭，用于區(qū)分數(shù)據(jù)塊還是控制塊，這個過程需要10個時鐘周期；
收集45個80B/81B數(shù)據(jù)塊并為其添加9bit的OAM字段，用于鏈路的操作管理和維護；
RS-FEC編碼：進行加擾，RS-FEC編碼和添加396bit的RS-FEC奇偶校驗位進行糾錯；
3B/2T：通過3B/2T進行波形調制成PAM-3格式輸出到網(wǎng)絡中。
1000MBase-T1符號速率為750MHz，經(jīng)過3B/2T編碼可以得到1.5倍的比特率，但又因為80B/81B轉碼以及添加了OAM字段和RS-FEC校驗位，因此有效數(shù)據(jù)的比特率為：750*1.5*(45*80)*(45*81+9+396)=1000Mbps
PAM-3【三電平脈沖幅度調制】技術
PAM3（3-Level Pulse Amplitude Modulation）是一種多電平調制技術，通過三個不同的信號電平（例如+1、0、-1）傳輸數(shù)據(jù)。每個符號周期可攜帶約1.5比特信息，與其它PAM類似，通過增加電平數(shù)量來提升數(shù)據(jù)傳輸效率。在PAM-N的選擇上，一是需要提升數(shù)據(jù)傳輸效率，以滿足越來越高的數(shù)據(jù)速率需要；二是需要平衡信號完整性問題與實現(xiàn)復雜帶來的挑戰(zhàn)。
PAM3通過三個電平（如+1、0、-1）編碼數(shù)據(jù)，每兩個碼元周期傳輸3bit數(shù)據(jù)；相較于NRZ信號，帶寬提升50%，相較于PAM-4，信噪比要求更低，并且設計和制造上的成本、復雜度適中。
使用PAM-3的協(xié)議（常見）
GDDR7：每兩個周期傳輸3位數(shù)據(jù)，單通道速率可達32Gbps，應用與高性能顯卡AI計算和車載GPU；
車載以太網(wǎng)：在車載短距離通信中，PAM-3通過降低信號擺幅減少電磁干擾。適用與自動駕駛等場景；
USB4 v2：與PAM-4相比，適用于USB4 v2的PAM-3可以提供更大的眼圖開度。
使用自動化一致性解決方案更深入地了解車載網(wǎng)絡
業(yè)界兩大標準機構IEEE和OPEN聯(lián)盟制定了關于車載以太網(wǎng)物理層一致性測試標準，以保證不同設計和不同硬件廠商之間的互通性。優(yōu)利德車載以太網(wǎng)一致性分析解決方案覆蓋100Base-T1（802.3bw）和1000Base-T1（802.3bp）。對于物理層測試，首先關注的是發(fā)射機。示波器是上述測試的主要工具。發(fā)射機失真、MDI回波損耗、MDI模式轉換還需要使用其他儀器，1000Base-T1車載以太網(wǎng)要求示波器帶寬至少2GHz。
優(yōu)利德支持的車載以太網(wǎng)測試，提供802.3bw、802.3bp標準的測試，OPEN 聯(lián)盟規(guī)范可以按照下面的描述找到對應的 IEEE 規(guī)范。
01.100Base-T1
02.1000Base-T1
03.車載以太網(wǎng)一致性分析軟件
優(yōu)利德CTS100T1/1000T1車載以太網(wǎng)一致性分析解決方案為100Base-T1和1000Base-T1標準提供了全自動化執(zhí)行的一致性測試分析軟件。測試套件支持優(yōu)利德發(fā)布的新款示波器，除了一致性分析之外，您還可以利用新款示波器的PAM-N分析軟件在真實世界條件下驗證ECU的全雙工通信鏈條。
一致性分析軟件可以全部測試/選擇性測試任何發(fā)射機指標，包括示波器全面控制要求的設置，測試完畢后，將生成完善的測試報告以及測試通過/失敗的結果，顯示波形和數(shù)據(jù)視圖。
一致性分析主要功能
測試時間：通過設置向導實現(xiàn)全面自動化，可根據(jù)車載以太網(wǎng)100Base-T1和1000Base-T1標準執(zhí)行測試。軟件根據(jù)測試要求自動配置測試儀器，極大縮短整體測試時間；
測試范圍覆蓋：基于IEEE和OPEN Alliance規(guī)范設計。測試覆蓋OPEN Alliance TC8 ECU測試要求；
驗證和調試：配套工具(PAM-N分析)可以幫助您進一步驗證或找到故障，并提供高級抖動分析工具；
全方位報告：自動生成報告，包括波形測試通過/失敗結果，詳細測試結果，屏幕截圖或分析視圖等。
04.支持車載以太網(wǎng)一致性分析的儀器
05.示波器
優(yōu)利德示波器覆蓋1GHz~13GHz帶寬范圍，提供12bitADC分辨率，助力您深入理解車載以太網(wǎng)的設計。
06.時鐘同步夾具
同步時鐘夾具可將車載以太網(wǎng)25MHz/66.66MHz/125MHz時鐘轉換為示波器和信號源所需要的10M時鐘，以保證在傳輸失真測試時示波器和加擾信號的同源。部件號：UT-AESF-10
07.車載以太網(wǎng)一致性分析夾具
Wilder推出的車載以太網(wǎng)一致性分析夾具，可用于驗證車載以太網(wǎng)標準100Base-T1和1000Base-T1的物理層一致性。除一般的一致性測試外，還支持測量ECU的MDI共模發(fā)射測試、以及發(fā)射機失真測試。
四、車載以太網(wǎng)測試實例
CTS100/1000T1一致性分析軟件全面實現(xiàn)信號質量測試過程自動化，允許設計人員快捷簡便地執(zhí)行測試。僅需為以太網(wǎng)信號選擇要執(zhí)行的測量，然后根據(jù)提示連接框圖配置測試連接，測試軟件消除了麻煩耗時的手動示波器設置、光標放置及與協(xié)議規(guī)范比較測試結果的過程。
01.傳輸失真測試
失真測試需要使用干擾信號，并且示波器的數(shù)據(jù)采集時鐘是鎖定到DUT TX_TCLK的頻率，優(yōu)利德推出的以“硬件時鐘分路器”方法支持此測試，該項測試需要使用信號源和時鐘同步夾具，TX_TCLK時鐘經(jīng)過時鐘分路器轉化為示波器和信號源所需要的10M時鐘，從而達到采集和干擾設備之間的同源。
失真測試需配置100/1000Base-T1測試表中指明的測試模式，測試允許的最大發(fā)射機失真。100Base-T1測試需要信號源發(fā)出11.111MHz，峰值幅度為5.4V的正弦波。注：若DUT的TX_TCLK不可引出或測試設備無法將DUT內(nèi)部時鐘采樣時鐘同步，將進而引發(fā)相位偏移，造成實測失真值顯著增加【相較于接入TX_TCLK】。
02.發(fā)射機時序抖動和發(fā)射機時鐘頻率測試
物理層有一個符號的時鐘，使用支持的100Base-T1和1000Base-T1需要的測試模式得到，此項測試需要借助JITTER（高級抖動分析和眼圖）選件進行主（從）RMS抖動和TX時鐘頻率測量。
03.傳輸抖動和傳輸時鐘頻率測試
DUT 在測試模式 2 下，發(fā)射機在主模式交替發(fā)出 3 個“+1”和 3 個“-1”符號，測試數(shù)據(jù)信號的頻率和抖動，此項測試需要借助JITTER（高級抖動分析和眼圖）選件進行抖動峰峰值和RMS值以及時鐘頻率測量。
04.發(fā)射機峰值差分輸出電壓測試
以100Ω的終端進行測量MDI輸出差分信號的峰峰值電壓。
05.發(fā)射機輸出正/負壓降測試
使用支持的100/1000Base-T1測試表中的測試模式配置物理層。通過確定正/負波形的峰值電壓來執(zhí)行壓降測試。
06.功率譜密度測試
將DUT經(jīng)過100Ω的巴倫將單端信號轉換為差分【測試夾具實現(xiàn)】，使用示波器的高級數(shù)學算法，計算輸入信號頻譜，再經(jīng)過示波器后處理得到PSD。使用上/下限模版，把計算的PSD譜線與規(guī)范進行對比，得到最終結果。
07.共模發(fā)射測試
使用示波器的高級數(shù)學算法，對被測設備DUT的MDI端口出的射頻共模發(fā)射量進行測量，規(guī)范要求：MDI的共模發(fā)射量在1MHz~200MHz內(nèi)不能超過24dBμV。
五、測試報告
車載以太網(wǎng)一致性分析支持PDF或HTML格式的一致性分析報告，報告在軟件測試完成后自動生成，包括測試通過/失敗狀態(tài)，測試報告摘要迅速分析測試結果。報告還包含測試配置細節(jié)、波形圖、示波器截圖以及測試裕量分析，可以深入了解您的車載以太網(wǎng)設計特點。
選型指南
優(yōu)利德推出的100/1000BASE-T1一致性分析方案具備高度自動化的測試控制流程，以直觀的UI界面引導用戶完成各項設置和操作，生成測試報告。您可以根據(jù)自己所需的測試場景配置您的測試方案。
