车载以太网网关及车辆的制作方法

1.本公开涉及车辆技术领域，特别涉及一种车载以太网网关及车辆。


背景技术：

2.随着车辆技术飞速发展，车辆的功能配置越来越丰富，并朝着舒适性和智能化方向发展。为了传输大量信息，车载以太网随之应运而生，以太网网关作为车辆通讯的终端节点，需要传输路由以太网(ethernet)/可变速率的控制器局域网络(can with flexible data rate，canfd)/有控制区域网(controller area network，can)/局域互联网络(local interconnect protocol，lin)等通讯信息，保证汽车通讯安全性、可靠性。
3.但是，相关技术中车载以太网网关更新软件需要更改软件底层代码，更改后需要大量软件测试，耗时耗力，容易出现软件问题，不能实现网关软件的快速更新迭代。


技术实现要素：

4.本公开提供了一种车载以太网网关及车辆，能够解决网关软件无法快速更新迭代的问题。
5.所述技术方案如下：
6.一方面，提供了一种车载以太网网关，所述车载以太网网关包括：至少一个以太网接口、应用软件层、交互层、基础软件层和功能配置模块；
7.所述功能配置模块通过所述至少一个以太网接口与上位机连接；
8.所述功能配置模块被配置为能够接收上位机下发的配置文件，对所述应用软件层和/或基础软件层进行路由信息更新。
9.在一些实施例中，所述功能配置模块为依据汽车开放系统框架标准开发的图形化路由器管理工具。
10.在一些实施例中，所述上位机包括网络服务编排器；
11.所述网络服务编排器被配置为接收通信矩阵描述文件，使用doip诊断刷写协议向所述功能配置模块输出配置文件。
12.在一些实施例中，所述通信矩阵描述文件使用可扩展标记语言进行标记。
13.在一些实施例中，所述至少一个以太网接口为100base-tx接口。
14.在一些实施例中，所述车载以太网网关包括第一处理器模块、第二处理器模块；
15.所述第一处理器模块设有第一独立接口，所述第二处理器模块包括第二独立接口，所述第一独立接口和所述第二独立接口连接，使得所述第一处理器模块和所述第二处理器模块能够进行信息交互；
16.所述至少一个以太网接口设于所述第二处理器模块。
17.在一些实施例中，所述第一处理器模块为主微控制单元；和/或，所述第二处理器模块为以太网交换芯片。
18.在一些实施例中，所述第一处理器模块包括以太网刷写模块，所述第一处理器模
块能够通过所述以太网刷写模块对所述车载以太网网关进行刷写。
19.在一些实施例中，所述第一处理器模块还包括通信矩阵配置模块，所述通信矩阵配置模块被配置为能够完成can报文配置、can信号配置、can/lin路由表配置、vlan配置、eth/can/lin跨协议路由配置、网络安全策略配置中的至少一个配置进程。
20.另一方面，一种车辆，所述车辆采用本公开中任一项所述的车载以太网网关。
21.本公开提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
22.本公开的车载以太网网关，功能配置模块通过以太网接口与上位机连接，能够接收上位机下发的配置文件，并由该功能配置模块对应用软件层和/或基础软件层的路由信息进行更新迭代，无需更改底层代码，能够快速、安全的实现网关软件的更新迭代，有利于提高主机厂的生产节拍，提高车辆产品对客户需求、新功能的响应效率。
附图说明
23.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本公开实施例提供的车载以太网网关的结构示意图；
25.图2是本公开实施例提供的第一处理器模块和第二处理器模块的交互示意图。
26.图中的附图标记分别表示为：
27.100、车载以太网网关；200、上位机；
28.1、以太网接口；2、应用软件层；3、交互层；4、基础软件层；5、功能配置模块；6、网络服务编排器；7、第一处理器模块；8、第二处理器模块；9、第一独立接口；10、第二独立接口；11、以太网刷写模块；12、通信矩阵配置模块。
具体实施方式
29.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
30.除非另有定义，本公开实施例所用的所有技术术语均具有与本领域普通技术人员通常理解的相同的含义。
31.随着高级驾驶辅助系统(advanced driving assistance system，adas)、混合动力汽车和电动汽车以及主动安全系统甚至是自动驾驶等新技术的出现，信息娱乐系统等技术的发展，控制器域网(controller area network，can)等传统网络的网络带宽及传输速度不能满足于汽车内部的庞大数据量的传输。车载网络的网络容量需求飞速增长，以太网比can或flexray等传统汽车网络更适合新的技术。
32.车载以太网网关作为车载以太网的中央通讯节点，通过连接远程信息控制单元实现车辆与外界的通信服务，同时对于外界接入的数据，通过防火墙和入侵检测来确保车辆信息安全。
33.汽车网关，也称为车辆连接网关(connected vehicle gateway,cvg)或者汽车连接网关(connected car gateway，ccg)，是允许车辆与外界通信的车辆入口点(entry point)，可以安全可靠地在车辆内的多个不同网络内互连和传输数据。通过物理隔离和协议转换，在共享数据的功能域(动力总成、底盘和安全性、车身控制、信息娱乐、远程信息处理、adas)之间进行信息交互。车辆日益依赖电子控制单元(ecu)来增强驾驶体验。作为各种ecu网络之间的通信桥，网关控制器通过外部接口(包括高低速can、lin、iso-9141、flexray和以太网协议)实现数据交换，发挥基础性的作用。
34.但是相关技术中，车载以太网网关更新路由信息需要更改软件代码，更改后还需要大量的软件测试，耗时耗力，容易出现软件问题。
35.此外，车辆内许多控制器需求在主机厂内根据客户需求或新功能进行刷新，由于网关软件更新周期长，拖慢车间的生成节拍。
36.因此，本公开提供了一种车载以太网网关，功能配置模块通过以太网接口与上位机连接，能够接收上位机下发的配置文件，并由该功能配置模块对应用软件层和/或基础软件层的路由信息进行更新迭代，无需更改底层代码，能够快速、安全的实现网关软件的更新迭代，有利于提高主机厂的生产节拍，提高车辆产品对客户需求、新功能的响应效率。
37.应理解，这里所使用的术语“车辆”或者其他类似的术语包括一般的机动车辆，例如乘用车(包括运动型多用途车、公共汽车、卡车等)、各种商用车等等，并包括混合动力汽车、电动车等。混合动力汽车是一种具有两个或更多个功率源的车辆，例如汽油动力和电动车辆。
38.在下文中，将参考附图详细地描述根据本实用新型的各示例性实施例的车载以太网网关。
39.在本公开的上下文中，“网关”一词用于表示在osi各层级传输pdu的网络设备。它是允许使用不同通信协议和不同通信速率的控制模块网络相互进行通信的网络设备，包括但不限于网桥、交换机、路由器或应用层路由等网关装置。“车载以太网网关”是指用于车载以太网的相关网关装置。
40.图1是本公开实施例提供的车载以太网网关的结构示意图。
41.一方面，结合图1所示，本实施例提供了一种车载以太网网关100，车载以太网网关100包括：至少一个以太网接口1(ethernet interface)、应用软件层2(application layer)、交互层3、基础软件层4(basic software，bsw)和功能配置模块5；功能配置模块5通过至少一个以太网接口1与上位机200连接；功能配置模块5被配置为能够接收上位机200下发的配置文件，对应用软件层2和/或基础软件层4进行路由信息更新。
42.本实施例的车载以太网网关100，功能配置模块5通过以太网接口1与上位机200连接，能够接收上位机200下发的配置文件，并由该功能配置模块5对应用软件层2和/或基础软件层4的路由信息进行更新迭代，无需更改底层代码，能够快速、安全的实现网关软件的更新迭代，有利于提高主机厂的生产节拍，提高车辆产品对客户需求、新功能的响应效率。
43.在一些可能的实现方式中，车载以太网网关100基于汽车开放系统结构(automotive open system architecture，autosar)，应用软件层2包含了汽车主机厂要求的和功能相关的软件，交互层3是应用层不同模块之间以及应用软件层2和基础软件层4之间进行交互的桥梁，基础软件层4则包含(microcontroller unit，mcu)及其外围设备驱动、
硬件抽象层以及为上层应用提供接口服务的服务层。
44.示例性地，交互层3为运行时环境(runtime environment，ret)，是对特定ecu的autosar虚拟功能总线(vfb)的具体实现，支持autosar的软件组件间、基础软件间、软件组件与基础软件之间的通信。rte封装了基础软件层4的通信和服务，为应用层的软件组件提供标准化的基础软件和通信接口，使得应用层可以通过api函数调用基础软件的服务。
45.应用软件层2在架构上位于rte的上方，由应用组件组成，应用组件中有一种特殊的应用组件就是传感器/执行器组件。rte既支持源代码可用的软件组件(源代码软件组件)，又支持仅目标代码可用的软件组件(目标代码软件组件)。
46.另一示例性地，基础软件层4包括微处理器抽象层(microcontroller abstraction layer，mcal)、ecu抽象层、服务层以及复杂驱动。mcal是mcu的驱动软件，对每个外设模块的操作进行了寄存器操作的封装。ecu抽象层相比mcal多了一些板上硬件资源的驱动，比如外部看门狗、片外eeprom或flash等。服务层是进一步的封装和抽象，一般包括os、电源状态管理、整车网络通信、诊断服务、存储服务等。复杂驱动包含一些不在autosar标准规范里的一些硬件设备的驱动，比如电机驱动、一些比较复杂的传感器驱动等。
47.在本文中提及的“若干个”、“至少一个”是指一个或者多个，“多个”、“至少两个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
48.在一些实施例中，功能配置模块5为依据汽车开放系统框架标准开发的图形化路由器管理工具。
49.autosar是由全球汽车制造商、部件供应商及其他电子、半导体和软件系统公司联合建立，各成员保持开发合作伙伴关系。自2003年起，各伙伴公司携手合作，致力于为汽车工业开发一个开放的、标准化的软件架构。autosar这个架构有利于车辆电子系统软件的交换与更新，并为高效管理愈来愈复杂的车辆电子、软件系统提供了一个基础。此外，autosar在确保产品及服务质量的同时，提高了成本效率。
50.示例性地，功能配置模块5为(security device manager，sdm)。
51.sdm是cisco公司提供的全新图形化路由器管理工具。该工具利用web界面、java技术和交互配置向导使得用户无需了解命令行接口(command line interface，cli)即可轻松地完成ios(internetwork operating system)路由器的状态监控、安全审计和功能配置。
52.服务质量(quality of service，qos)、入侵防御系统(intrusion prevention system，ips)、动态主机配置协议dhcp server、动态路由协议等配置任务也可以利用sdm轻松而快捷地完成。使用sdm可以简化网络管理员的工作量和出错的概率。使用sdm进行管理时，用户到路由器之间使用加密的http连接及ssh v2协议，安全可靠。
53.结合图1所示，在一些实施例中，上位机200包括网络服务编排器6；网络服务编排器6被配置为接收通信矩阵描述文件，使用doip诊断刷写协议向功能配置模块5输出配置文件。
54.从而本实施例的车载以太网网关100，在进行网关软件更新迭代时，不需要更改软件底层代码，只需要通过向上位机200导入通信矩阵描述文件，通过网关的以太网接口1，使
用doip诊断刷写协议将配置文件下发至sdm模块当中，最新版路由数据配置进去实现新版路由。
55.示例性地，网络服务编排器6是一种对计算机系统和软件的自动化配置、协调和管理的工具。
56.示例性地，doip是基于以太网的通讯协议对uds协议的数据进行传输，即diagnostic communication over internet protocol。其本身也是一种协议，规范于iso13400标准。由于doip可以传输大量数据，以及响应速度快，且可以通过以太网进行远程诊断，因此doip逐步成为代替传统的can等总线方式，成为车载网络诊断的必然趋势。
57.在一些实施例中，通信矩阵描述文件使用可扩展标记语言(extensible markup language，xml)进行标记。
58.电子计算机中，标记指计算机所能理解的信息符号，通过xml标记，计算机之间可以处理包含各种的信息比如文章等。它可以用来标记数据、定义数据类型，是一种允许用户对自己的标记语言进行定义的源语言。非常适合万维网传输，提供统一的方法来描述和交换独立于应用程序或供应商的结构化数据。是internet环境中跨平台的、依赖于内容的技术，也是当今处理分布式结构信息的有效工具。早在1998年，w3c就发布了xml1.0规范，使用它来简化internet的文档信息传输。
59.使用xml标记通信矩阵，可以更容易的与windows、mac os、linux以及其他平台下产生的信息结合，然后可以很容易加载xml数据到程序中并分析它，并以xml格式输出结果。
60.在一些可能的实现方式中，通信矩阵(communication matrix)通常由整车厂完成定义，车辆网络中的各个节点需要遵循该通讯矩阵才能完成信息的交互和共享。
61.对于乘用车来说，满足uds(unified diagnostic services，uds)和尾气排放协议之后，还剩余了绝大部分的id段。这些id段由主机厂自主来进行分配，分配好之后会形成一个xml格式的表格。该表格可以作为通信矩阵被导入上位机200中。
62.在一些实施例中，至少一个以太网接口1为100base-tx接口。使用两对5类非屏蔽双绞线或1类屏蔽双绞线，一对用于发送数据，另一对用于接收数据，最大网段长度为100m，布线符合eia568标准；采用4b/5b编码法，使其可以125mhz的串行数据流来传送数据；其支持全双工，使用mlt-3(多电平传输-3)波形法来降低信号频率到125/3＝41.6mhz。100base-tx使100base-t中使用最广的物理层规范。
63.其中，数字100用单位mhz(megahertz)表示网线设计的频率。即100mhz。mhz的值越大，网线所支持的速度就越快。如果你尝试将这种类型的网线用于更高的频率(和速度)中，那么它将不工作或者变得极为不可靠。100mhz以每秒100mbit的速度传输，这在理论上指的就是12mbps。然而，在实际中，可能还无法获得超过4mbps。base是英文baseband的缩写，指的就是基带。表示没有使用频分复用或者其它频率转换技术，每一个信号在一个单一频率上完全控制线缆。t代表承载信号的物理介质是双绞线缆(分为utp(unshielded twisted pair，非屏蔽双绞线)和stp(shielded twicted pair，屏蔽双绞线))，在这里每一对传送信号的双绞线互相缠绕以(fext和next之间)减少电磁干扰和串扰。在同一种传送速率下有多种不同的标准，它们之间以一个字母或数字跟随t/f/c之后的方式来区隔(例如tx)。它显示了网线的结构并指出包含的绞线对的数量。某些高速标准使用同轴电缆，则分配代号为cx。
64.结合图2所示，在一些实施例中，车载以太网网关100包括第一处理器模块7、第二
处理器模块8；第一处理器模块7设有第一独立接口9，第二处理器模块8包括第二独立接口10，第一独立接口9和第二独立接口10连接，使得第一处理器模块7和第二处理器模块8能够进行信息交互；至少一个以太网接口1设于第二处理器模块8。
65.本实施例的车载以太网网关100，能够解决远程信息处理器(telematics box)与中控主机大屏、自动驾驶系统、以太网doip诊断等的相互通讯问题，建立以太网通信中间桥梁。车载以太网网关100能将传统车载节点信息ems、esp、bdm、空调系统、制动系统等车辆can节点信息通过someip协议转化为ethernet信息传输至云端，又可以将ethernet信息通过someip协议传输给车辆can节点，做到车内ethernet/canfd/can/lin等不同通讯网络的贯通。
66.在一些可能的实现方式中，第一独立接口9和第二独立接口10采用精简吉比特介质独立接口(reduced gmii,rgmii)，采用4位数据接口，工作时钟125mhz，并且在上升沿和下降沿同时传输数据，传输速率可达1000mbps。
67.在一些实施例中，第一处理器模块7为主微控制单元(microcontroller unit，mcu)。
68.示例性地，mcu又称单片微型计算机(single chip microcomputer)或者单片机，是把中央处理器(central process unit，cpu)的频率与规格做适当缩减，并将内存(memory)、计数器(timer)、usb、a/d转换、通用异步收发传输器(universal asynchronous receiver/transmitter，uart)、plc、直接存储器访问(direct memory access，dma)等周边接口，甚至lcd驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机，为不同的应用场合做不同组合控制。
69.在一些实施例中，第二处理器模块8为以太网交换芯片(switch)。
70.示例性地，交换芯片由ge/xe接口(mac/phy)模块、cpu接口模块、输入输出匹配/修改模块、mmu模块、l2转发模块、l3转发模块、安全模块、流分类模块等模块组成。
71.示例性地，mcu型号为tc397xx，6核，功能安全asild等级，支持ethernet/canfd/can/lin通讯，mcu的ram资源预留30％，以备后期平台功能扩展，mcu具备精简吉比特介质独立接口(reduced gmii,rgmii)、串行吉比特媒体独立接口(serial gigabit media independent interface/serial gmii，sgmii)等接口，与switch(交换机芯片)之间具备100mbps/1000mbps通讯能力。此外mcu还具备emmc(embedded multi media card)接口，具备硬件安全模块(hardware security module，hsm)功能。
72.以太网switch芯片1颗型号rtl9068abd支持4路100base-t1；2路1000base-t1、1路100base-tx以太网通讯。
73.在一些实施例中，第一处理器模块7包括以太网刷写模块11，第一处理器模块7能够通过以太网刷写模块11对车载以太网网关100进行刷写。
74.从而，本实施例的车载以太网网关100中ecu能够支持boot loader，利用以太网刷写模块11对车载以太网的网关进行刷写。
75.但是本实施例的车载以太网网关100，应避免在以下情况下刷新：
76.1、能够对网关或涉及到车辆安全功能产生负面影响的任何条件；
77.2、车辆驾驶循环；
78.3、发动机运转；
79.4、系统低电压；
80.5、应用软件更新不能影响标定数据和配置参数。
81.在一些实施例中，第一处理器模块7还包括通信矩阵配置模块12，通信矩阵配置模块12被配置为能够以下至少一个配置进程：
82.can报文配置：在硬件资源满足要求的前提下，可任意增加，裁剪报文数量；
83.can信号配置：增加，裁剪以及改变信号在报文中的位置；
84.can/lin路由表配置：通过改变路由表中的路由信息(包括报文id、报文名称以及报文和信号的周期等)，来实现不同车型上信号的路由，可以增加路由信号，也可以裁剪路由信号，最大限度实现了网络配置的灵活性。
85.vlan配置：通过配置vlan表，实现以太网数据路由的灵活配置。
86.eth/can/lin跨协议路由配置：可灵活配置eth/can/lin之间的路由关系。
87.网络安全策略配置：依据需要可灵活配置can防火墙、以太防火墙、can idps等安全策略机制。
88.从而，本实施例的车载以太网网关100能够通过配套的通信矩阵配置工具和配套环境，协助完成通信矩阵可配置相关的环境搭建。
89.在一些可能的实现方式中，车载以太网关还包括通讯模块，通讯模块包括can接口、lin接口、eth接口中的至少一种，用于连接车载电脑(electronic control unit，ecu)。
90.在一些可能的实现方式中，车载以太网网关100还具有支持doip及canfd/can诊断、非透传(doip client)、dhcp client功能、并行刷写、支持ethernet通信、支持ethernet配置、支持someip协议、支持avb协议、支持uds诊断、支持can/canfd网络管理、诊断网段支持can/canfd通讯自适应、通讯canfd网段支持通道配置、支持远程控制、支持诊断和软件flash路由、支持路由表配置、支持数据映射、支持eol配置、支持帧路由、支持信号路由、支持协议路由、通讯速率及dlc长度、支持ota、支持can tsyn同步等功能。
91.其中，示例性地，并行刷写是车内以太节点，通过建立doip连接，网关进行l2层转发，减小转发时延；车内can/canfd/lin节点，由对应的域控制器进行doip《-》docan/docanfd/dolin转发，支持不同域的ecu的并行刷写。
92.本领域技术人员可以理解，在一个或多个实施例中，前述车载以太网网关可以安装再车辆上。另外，本领域技术人员明白，本公开的各个功能可以通过硬件(如电路)、固件(如现场可编程逻辑门阵列(field programmable gate array，fpga)板)等形式实现。
93.另一方面，提供了一种车辆，车辆采用本公开中任一项的车载以太网网关100，具有本公开车载以太网网关100的全部有益技术效果。
94.本实施例的车辆能够使用以太网网关通过doip并行刷写车内节点大大提升车辆产线刷写速度；支持将车辆更多信息传输到用户云端和手机端，以太网大数据上传；支持将道路实时数据、压缩地图等大量信息数据通过以太网关迅速传递至主机系统和自动驾驶系统等。
95.解决了网关软件更新迭代问题，随着车辆软件定义汽车，客户需求新功能的增加，本公开可以更加快速的升级网关软件。软件定义通讯矩阵，无需更改底层代码，可以通过配置工具更改路由列表。依据autosar标准开发sdm管理工具，通过上位机可直接配置下发路由表，完成路由信息更新。
96.应理解，这里所使用的术语“车辆”或者其他类似的术语包括一般的机动车辆，例如乘用车(包括运动型多用途车、公共汽车、卡车等)、各种商用车等等，并包括混合动力汽车、电动车等。混合动力汽车是一种具有两个或更多个功率源的车辆，例如汽油动力和电动车辆。
97.需要指出的是，在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
98.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
99.在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施方式或示例中。
100.以上所述仅为本公开的实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。