Classic Autosar下的以太网通信架构概览
前言
为了让汽车更加智能，智能网联和智能驾驶功能喷涌而出。满足这些需求，就对传统的以can通信为核心的电子电器架构带来严峻的考验。对网络负载，传输速率等方面都提出了更为严格的挑战。同时，随着汽车电动化进程的加速推进，人们对汽车音视频系统的需求越来越高，外部电子产品控制车辆以及彼此交互的场景不断扩大，对网络带宽也提出了更大的挑战。由此，车载以太网应运而生。以太网的首要优势在于支持多种网络介质，同时物理介质与协议无关，因此以太网可以在汽车领域做相应的调整与拓展，形成完整的车载以太网协议。本文简要介绍classic autosar下的以太网通信架构。
1.autosar中以太网功能架构概览
在classic autosar架构体系下，以太网功能业务涉及大量模块。
1）someip业务相关的模块：eth，ethif，tcpip，soad，pdur，someipxf，ldcom，rte。
2）soemipsd业务相关的模块：eth，ethif，tcpip，soad，sd，bswm。
3）doip诊断业务相关的模块：eth，ethif，tcpip，soad，doip，pdur，dcm。
4）网络管理状态处理业务相关的模块：tcpip，ethif，nm，comm，udpnm。
上述模块共同协作，完成了基于以太网的someip，服务发现，网络管理，诊断 四大功能。
cp以太网模块架构图
2.cp以太网模块与以太网协议
以太网是一种使用十分广泛的协议，由标准的七层架构组成，但cp中的以太网其实仅用了5层协议，那么cp 以太网的模块是如何与以太网协议形成对应的呢？
车载以太网分层协议架构图
以太网第一层是物理层，既可以理解为硬件层，在mcu的软硬件系统中由phy芯片完成。phy芯片能对模拟信号与数字信号进行转换，接收报文时，将模拟信号转换成数字信号给mcu芯片处理；发送报文时，将数字信号转换成模拟信号发送至以太网总线上。
以太网第二层是数据链路层。链路层即mac层，规定了数据帧能被网卡接收的条件，最常见的方式是利用利用网卡的 mac 地址，发送方会在欲发送的数据帧的首部加上接收方网卡的 mac 地址信息，接收方只有监听到属于自己的 mac 地址信息后，才会去接收并处理该数据。在cp中，位于mcal层的eth模块实现了mac功能，即对于对端与本地mac地址的处理。
以太网第三层是网络层。每一台搭载了以太网的ecu都需要定义ip地址，主机的网络地址该如何定义，以及如何在网络地址和 mac 地址之间进行映射，即 arp 协议；网络层实现了数据包在ecu之间的传递。网络层的功能由tcpip模块完成。
以太网第四层是传输层。传输层主要是实现udp以及tcp协议功能，在一个ecu内可能存在不同的应用程序，这些程序可能会使用到不同的ip地址，那么传输层就能区分数据包是属于哪个应用程序的，即传输层可以实现数据包端到端的传递，即ecu1的应用程序至ecu2的应用程序。传输层的功能由tcpip模块完成。
someip，someipsd，doip位于以太第五层应用层：someip协议，，someipsd协议，doip协议本质上是规定了对网络层传递的数据的处理，适应了不同的应用场景。在cp中，实际上soad，sd，doip，soemipxf都是在实现应用层功能。
3.以太网架构完成的主要功能
3.1 someip业务报文收发
someip报文收发架构图
1）swc通过rte接口将数据传递至rte中。
2）rte通过使用someipxf的功能实现序列化，即将swc输出的结构体数据序列化为字节流信号。
3）ldcom模块位于rte与pdur之间的模块，负责将rte中的字节流信号转换成pdu数据传递给pdur。
4）pdur模块作为cp中最重要的路由模块，能实现模块与模块之间的pdu路由，在someip架构中，以太网通信一定要经过soad模块，因此pdur实现了以太pdu数据在ldcom与soad之间的路由。
5) 在上述模块中，someip数据本质上还是以pdu的形式进行传递，但是以太网是以套节字（包括本地ip地址，远程ip地址，本地port，远程port，udp/tcp协议）为基础的通信。soad实现了在基于pdu的 autosar通信服务模块和基于socket的tcp/ip堆栈之间创建一个链接。为pdu选择合适套接字进行报文的发送或者接收。
6）在someip报文发送链路中，tcpip模块会为以太网报文增加链路层,网络层,传输层的报文头，链路层：本地的mac地址以及对端的mac地址。网络层：本地的ip地址，对端的ip地址，传输层：本地的port，对端的port，tcp/udp协议。
3.2 服务发现someipsd报文收发
someipsd报文收发架构图
1）对于soemipsd服务发现报文的发送与接收，依然会用到soad，tcpip,ethif，eth模块，这些模块属于公共模块，无论是doip，sd还是someip都会用到这些模块做基础数据传输。
2）服务发现报文作为格式固定的报文数据，不需要用户自定义payload，直接发送至sd模块进行处理，不需要通过pdur，ldcom等模块。
3）sd在收到someipsd服务发现报文之后，通过内部的协议计算，对soad的以太网发送进行实时控制。
3.3 基于以太网的诊断报文收发
以太网诊断报文收发架构图
1）诊断仪或者作为诊断client端的ecu发送的基于以太的诊断报文通过switch能够转发至对应ecu中。
2）在诊断报文的收发中，soad，tcpip.ethif，eth作为公共模块，完成数据链路层以及传输层的报文接收与发送任务。
3）doip模块基于以太网的通讯协议对uds数据进行传输，主要实现的基于iso13400中规定的协议功能。在doip模块收到soad模块的诊断报文后，会将诊断报文解析成对应指令通过pdur传输至dcm中，dcm对该诊断指令进行处理（比如11复位指令）。注意：因为pdur可以支持跨核信号路由，因此dcm可以与以太栈（eth,tcpip等）位于不同的核。
4）同时，doip具有与sd模块一样的功能，能对soad模块中套接字进行控制，从而达到控制doip发送开关的效果。
3.4 以太网的网络管理状态处理
以太网网络管理架构图
1）基于以太网的网络管理功能由两部分模块组成，第一部分：以太栈基础模块soad，tcpip，ethif，eth模块，这部分基本模块完成以太报文接收发送基本功能。第二部分：comm,nm，ethsm，udpnm，这部分是autosar中管理栈的模块，完成通信状态的管理。
2）udpnm网络管理模块nm和 tcpip之间的适配层，主要用于管理nm集群中nm节点的网络管理状态机。udpnm模块的功能与cannm类似，cannm管理的是基于can的nm节点的网络管理状态机，而udpnm管理的是基于udp的nm节点的网络管理状态机。
3）udpnm在解析完nm报文并且处理网络管理状态机后，将控制指令通过nm模块传输至comm模块，最终通过ethsm模块控制tcpip以及ethif模块，从而达到控制以太报文收发开关的效果。
注意：
对于仅基于can的网络管理电器架构，如果需要对以太的报文收发进行控制。需要通过bswm或者swc基于can的网络管理状态，向comm模块请求对应以太网通道的网络管理状态。
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1.autosar中以太网功能架构概览
在classic autosar架构体系下，以太网功能业务涉及大量模块。
1）someip业务相关的模块：eth，ethif，tcpip，soad，pdur，someipxf，ldcom，rte。
2）soemipsd业务相关的模块：eth，ethif，tcpip，soad，sd，bswm。
3）doip诊断业务相关的模块：eth，ethif，tcpip，soad，doip，pdur，dcm。
4）网络管理状态处理业务相关的模块：tcpip，ethif，nm，comm，udpnm。
上述模块共同协作，完成了基于以太网的someip，服务发现，网络管理，诊断 四大功能。
cp以太网模块架构图
2.cp以太网模块与以太网协议
以太网是一种使用十分广泛的协议，由标准的七层架构组成，但cp中的以太网其实仅用了5层协议，那么cp 以太网的模块是如何与以太网协议形成对应的呢？
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以太网第一层是物理层，既可以理解为硬件层，在mcu的软硬件系统中由phy芯片完成。phy芯片能对模拟信号与数字信号进行转换，接收报文时，将模拟信号转换成数字信号给mcu芯片处理；发送报文时，将数字信号转换成模拟信号发送至以太网总线上。
以太网第二层是数据链路层。链路层即mac层，规定了数据帧能被网卡接收的条件，最常见的方式是利用利用网卡的 mac 地址，发送方会在欲发送的数据帧的首部加上接收方网卡的 mac 地址信息，接收方只有监听到属于自己的 mac 地址信息后，才会去接收并处理该数据。在cp中，位于mcal层的eth模块实现了mac功能，即对于对端与本地mac地址的处理。
以太网第三层是网络层。每一台搭载了以太网的ecu都需要定义ip地址，主机的网络地址该如何定义，以及如何在网络地址和 mac 地址之间进行映射，即 arp 协议；网络层实现了数据包在ecu之间的传递。网络层的功能由tcpip模块完成。
以太网第四层是传输层。传输层主要是实现udp以及tcp协议功能，在一个ecu内可能存在不同的应用程序，这些程序可能会使用到不同的ip地址，那么传输层就能区分数据包是属于哪个应用程序的，即传输层可以实现数据包端到端的传递，即ecu1的应用程序至ecu2的应用程序。传输层的功能由tcpip模块完成。
someip，someipsd，doip位于以太第五层应用层：someip协议，，someipsd协议，doip协议本质上是规定了对网络层传递的数据的处理，适应了不同的应用场景。在cp中，实际上soad，sd，doip，soemipxf都是在实现应用层功能。
3.以太网架构完成的主要功能
3.1 someip业务报文收发
someip报文收发架构图
1）swc通过rte接口将数据传递至rte中。
2）rte通过使用someipxf的功能实现序列化，即将swc输出的结构体数据序列化为字节流信号。
3）ldcom模块位于rte与pdur之间的模块，负责将rte中的字节流信号转换成pdu数据传递给pdur。
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注意：
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