隨著汽車科技化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的不斷發(fā)展，汽車內(nèi)部最新的應(yīng)用和功能正在不斷提高對帶寬、降低延遲、同步、高可用性、QoS和降低成本的要求。當前和傳統(tǒng)的汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不足以滿足這些即將到來的需求。在這種情況下，車載以太網(wǎng)的技術(shù)運用越來越廣，當然傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)CAN/CAN FD也不可能被取代掉。至少就目前看來，經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，今天的汽車行業(yè)CAN在車載網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域占據(jù)著絕對的優(yōu)勢，CAN已經(jīng)形成了完善的標準體系，這意味著CAN有著高度的兼容性、完善的開發(fā)工具鏈體系、更大的供應(yīng)商選擇余地和更低的采購成本(這對于整車開發(fā)是極其重要的)，所以現(xiàn)階段還是不可能完全替代掉CAN總線。
圖1:日益復(fù)雜的車載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
除此之外，加之汽車目前車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可能還會有LIN總線、FlexRay、MOST等其他類型的總線。車載以太網(wǎng)的加入就會使得車載網(wǎng)路系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，那么在這種不可逆轉(zhuǎn)的大趨勢大背景下，我們該如何保證通信延遲以及多數(shù)據(jù)并發(fā)的時候依然能夠保證車載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)滿足功能要求呢?如何才能設(shè)計出一種安全的、最優(yōu)的車載異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)呢?基于上述車載網(wǎng)絡(luò)日趨復(fù)雜的背景下，車載網(wǎng)絡(luò)工程師/架構(gòu)師急需一款專業(yè)并且功能強大的工具對初步的架構(gòu)設(shè)計結(jié)果進行客觀分析，并且能夠提供可視化的分析結(jié)果，從中獲取優(yōu)化車輛網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化的思路。為此，虹科的供應(yīng)商RTaW(INRIA下屬公司)為汽車、航空等領(lǐng)域提供了實時網(wǎng)絡(luò)的仿真和配置工具RTaW-Pegase。
圖2：RTaW-Pegase應(yīng)用場景
RTaW-Pegase支持TSN(時間敏感型網(wǎng)絡(luò))、CAN/CAN FD/CAN XL、LIN以及用于車外通信的無線網(wǎng)絡(luò)等。除了精確的實時仿真分析外，RTaW-Pegase還可以計算通信延遲和緩沖區(qū)利用率的上限，還包括現(xiàn)先進的自動配置算法來確保硬件和軟件組件的正確性和優(yōu)化方式。
RTaW-Pegase主要特征：
●支持工業(yè)以太網(wǎng)，汽車交換以太網(wǎng)，時間觸發(fā)的以太網(wǎng)以及具有任意速度和拓撲的AFDX;
●支持通過網(wǎng)關(guān)互連的CAN，交換以太網(wǎng)，AFDX，F(xiàn)lexRay，LIN和ARINC429總線組成的異構(gòu)通信體系結(jié)構(gòu)的最壞情況分析和時序精確仿真;
●使用ZeroConfig-TSN(ZCT)進行生成設(shè)計——一種“按鍵”方法，可自動選擇和配置TSN網(wǎng)絡(luò);
●新增功能：拓撲壓力測試(TST)的設(shè)計空間探索算法可幫助設(shè)計人員在不完全了解通信要求的情況下做出早期的拓撲和技術(shù)選擇;
●可以使用用戶編寫的Java插件對更高級別的通信層，運行時環(huán)境和應(yīng)用程序進行建模。這樣可以模擬完整的嵌入式系統(tǒng);
●針對互連網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化的TSN時間感知整形器(IEEE 802.11Qbv)傳輸時間表;
●支持Kalray MPPA和STMicroelectronics許多核心架構(gòu)的片上網(wǎng)絡(luò);
●分析和配置任務(wù)調(diào)度，事件觸發(fā)和時間觸發(fā)的調(diào)度，獨立任務(wù)，以圖形和可運行對象形式描述的任務(wù)，跨任務(wù)，網(wǎng)絡(luò)和CPU的全系統(tǒng)時序鏈的驗證;
●實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)微積分的最新技術(shù)，以計算通信延遲，幀抖動和緩沖區(qū)利用率的上限;
●通過并行化的仿真引擎提供最壞情況的分析和定時精確的仿真，以預(yù)測最壞情況和典型的性能;
●支持FIFO，優(yōu)先級，基于AVB信用的整形器，TSN時間感知整形器，幀搶占，TTEthernet和輪詢幀調(diào)度器;
●包括優(yōu)化的優(yōu)先級分配和路由算法，以及基于AVB信用的成形器和TSN時間感知成形器的配置算法;
●支持周期性和零星的報文傳輸模式，UDP和TCP傳輸，分段報文(例如，視頻流和FTP流量)以及復(fù)雜的傳輸模式(例如，DoIp協(xié)議);
●帶有通信架構(gòu)編輯器，甘特圖和設(shè)計選項比較的豐富圖形版本和可視化環(huán)境;
●通過Java導(dǎo)出插件，CSV，XML文件和行業(yè)常用的格式，輕松導(dǎo)入和導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)配置和模擬結(jié)果;
●對于真正的最壞情況下的延遲，計算出的通信延遲是有限的(通常小于15%)，并且會針對每個數(shù)據(jù)流進行評估;
●包括NETAIRBENCH基準測試生成器，它可以創(chuàng)建隨機而現(xiàn)實的以太網(wǎng)配置以進行早期評估，或者研究網(wǎng)絡(luò)在未來的發(fā)展中將如何適應(yīng)更多的負載;
●分析速度快，在不到10秒的時間內(nèi)即可分析民用飛機中的大型AFDX網(wǎng)絡(luò);
●可在支持Java的所有32或64位平臺上運行——無加密狗或許可證服務(wù)器保護;
●提供專業(yè)支持和自定義擴展。也可以通過軟件開發(fā)人員SDK使用RTaW-Pegase功能，以在您自己的程序中使用。
RTaW-Pegase應(yīng)用功能介紹：
●快速建模仿真：用戶可快速搭建待仿真的車載網(wǎng)絡(luò)拓撲及模型(CAN/CAN FD、LIN、車載以太網(wǎng)單獨的總線網(wǎng)絡(luò)或異構(gòu)網(wǎng)絡(luò))。
圖3：快速建立仿真模型
●CAN/CAN FD：支持導(dǎo)入標準數(shù)據(jù)庫、設(shè)置網(wǎng)關(guān)路由模式及其參數(shù)，分析時間延遲;車載以太網(wǎng)：可根據(jù)需要選擇不同流量整形(AVB、TSN等)技術(shù)，分析不同技術(shù)對系統(tǒng)時間延遲的影響。
●仿真結(jié)果可視化：用戶可根據(jù)各種不同的仿真結(jié)果呈現(xiàn)方式，根據(jù)仿真結(jié)果分析各項報文的延遲情況等
圖4：甘特圖
圖5：列表形式
圖6：折線圖形式
RTaW-Pegase與PREEVision的區(qū)別：
●PREEvision是一個基于模型的設(shè)計開發(fā)工具，用于進行電子電氣系統(tǒng)的可視化開發(fā)和評估。而RTaW-Pegase在早期進行設(shè)計E/E體系架構(gòu)設(shè)計的時候，可以在數(shù)據(jù)流傳輸時提供備選的拓撲結(jié)構(gòu)以及相關(guān)假設(shè)(如TSN的拓撲應(yīng)力測試、TSN拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)化、CAN的額定負載等)，能夠有效的降低成本并提高可擴展性;
●同時在基于模型的E/E體系結(jié)構(gòu)開發(fā)的階段，PREEVision可能就需要手動進行網(wǎng)絡(luò)配置或者優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)配置，而在RTaW-Pegase軟件里面提供了所有協(xié)議的自動化配置算法，能夠?qū)崿F(xiàn)ZeroConfig，確保滿足時效性和可靠性的限制;
●在驗證車載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的合規(guī)性的階段，RTaW-Pegase支持在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中看到實時數(shù)據(jù)流，而PREEvision中定義的架構(gòu)數(shù)據(jù)是基于平臺的，可能就需要用到工具中的一個層級“Variant Management(變型管理)“來提取出來。
圖7：RTaW-Pegase在整個開發(fā)中設(shè)計選擇及驗證流程
