车载以太网Link-up Time测试方法

常君　叶丹　王寅冬　拜文娟

【摘  要】Link-up Time（连接时间）测试是车载以太网物理层测试中的一项，目的是考验接口在一定时间内快速建立起连接的能力，确保接口芯片能够快速响应通信。本文结合实际项目给出了Link-up Time测试的原理、方法和详细过程，为行业测试提供参考。

【关键词】车载以太网；物理层测试；工作模式

中图分类号：U463.6    文献标志码：A    文章编号：1003-8639（ 2023 ）08-0075-02

Test Method for Link-up Time of Automotive Ethernet

CHANG Jun，YE Dan，WANG Yin-dong，BAI Wen-juan

（Dalian Neusoft Smart Go Co.，Ltd.，Dalian 116085，China）

【Abstract】Link-up Time test is one of the automotive Ethernet physical layer test items. It aims to examine the interface's ability of establishing connection of within a defined period，so as to ensure that the chip can respond to communication request rapidly. This article elaborates the theory，method and process of link-up time test based on a practical project，and provides useful reference to the sector.

【Key words】automotive Ethernet；physical layer test；working mode

車载以太网泛指任何用于车用系统的以太网网络方案，是汽车局域网总线技术发展的新兴领域，应用越来越广泛。车载以太网采用单对非屏蔽双绞线，可实现全双工100Mb／s甚至1Gb/s速度等级的传输，相比传统的以太网，能够更加适应车辆环境，满足汽车行业对高可靠性、低电磁辐射、低功耗、高带宽分配、低延迟以及同步实时性等方面的要求。采用车载以太网技术，不仅能够减少车内线束的质量、布线的复杂度，同时也能对车辆的性能进行提升，例如其高带宽能有效满足车联网的实时交通信息、娱乐信息传输、智能驾驶传感器大量的数据传输需求，为用户带来更好的体验感受。

为了保证车载以太网在应用过程中的可靠性与安全性，需要对其开展测试工作。车载以太网分为7层，物理层是OSI 7层模型的最底层。针对物理层测试，主要参照由单线对以太网联盟（One-pair Ethernet Alliance，OPEN）制定的汽车以太网控制器测试规范TC8。该规范对汽车以太网各层测试给出了建议性的测试项与测试要求，其中物理层的测试相关内容主要分为IOP （Interoperability Tests）测试和PMA（Physical Medium Attachment）测试，Link-up Time（连接时间）即是IOP其中一项。车载以太网主要通过PHY（Physical）芯片来完成以太网数据帧（Frame）的收发控制、连接建立等功能，因此测试也是围绕PHY芯片的操作来展开。

1  测试原理

物理层测试的目的是为了保证车载以太网端口能够快速响应互连互通性能，检测发送器和接收器发送或接收信号是否符合汽车通信标准。为了测试DUT（被测设备）与连接系统建立连接的时间，判断该时间是否在给定的时间范围内，需要测试Link-up Time（连接时间）项目，测试可分为上电模式（Power on）和唤醒模式（Wake up）两种，以下分别进行详细叙述。

1.1  上电模式（Power on）

上电模式主要测试PHY芯片从复位后一直到能够连接成功的时间，要求DUT程序能够稳定工作，并且上电后能自动进入正常工作模式。从PHY_RESET ON→PHY_LINK_UP的时间可通过此芯片的两个引脚用示波器捕获，但是在正式测试时是对整机测试，不会单独从DUT（被测设备）内部引出PHY_RESET引线供测试，因此只能通过间接方式来进行。通常，检测机构会测试BATT/ACC同时ON→PHY_LINK UP的时间T3，而从BATT/ACC同时ON→PHY_RESET ON的时间T1需要提前通过示波器方式测试出，输出给检测机构，这样PHY_RESET ON→PHY_LINK_UP的时间就可以通过公式T2=T3-T1计算得出。当PHY_LINK UP成功时，PHY_LED端子的状态会有变化，可以通过此端子变化来确认连接是否成功。上电模式时序图参见图1。在测试前，对T1的时间要提前测试好，并且要求非常精准，并提前输入给检测机构。正式测试时会测试100次，取平均值。测试标准依据TC8 SPEC V2.0 PASS标准，其结果要符合10ms

1.2  唤醒模式（Wake up）

唤醒模式主要测试PHY芯片从收到唤醒信号后一直到能够连接成功的时间。要求DUT（被测设备）程序能够稳定工作，并且上电后能自动进入待机状态，当芯片收到唤醒源时，能立即进入工作连接状态。从PHY_WAKE→PHY_LINK_UP的时间可通过芯片引脚可获得，但是在正式测试时是对整机测试，不会单独从DUT（被测设备）内部引出PHY_WAKE引线供测试，因此也是通过间接方式来进行。在测试时，DUT是持续供电BATT的，整机的唤醒源是ACC，通过内部转换电路输入PHY芯片的唤醒引脚，当ACC 由OFF→ON时，通常测试系统会测试出ACC ON→PHY_LINK UP的时间T3，而ACC同时ON→PHY_WAKE的时间T1需要提前通过示波器方式测试出，输出给检测机构，这样从PHY_WAKE→PHY_LINK_UP的时间就可以通过公式T2=T3-T1计算得出。当PHY_LINK UP成功时，PHY_LED端子的状态会有变化，通过此端子变化确认是否连接成功。唤醒模式时序图参见图2。同样，在测试前，对T1的时间要提前测试好，并且要求非常精准，输入给检测机构。在正式测试时会测试100次，取平均值。测试标准依据TC8 SPEC V2.0 PASS标准，其结果也要符合10ms

2  测试过程

在具体测试过程中，需要确认以下几个状态。

2.1  状态确认

1）主从模式：在车载以太网中连接的2个节点必须一个是主（Master），另一个是从（Slave），针对DUT的PHY接口测试，要求DUT配置成从模式。

2）软件状态：要求在上电模式下，DUT得电BATT/ACC后，能立即启动，无需其他外部唤醒源参与；在唤醒模式下，当ACC失电后，能进入休眠模式，并记录下休眠电流。

3）关于T1测量：在两种模式下的T1时间需要提前测量出来，并提供给检测机构，例如本案例中唤醒模式T1为10414ms，上电模式T1为95ms。

2.2  环境搭建

1）DUT设备需要引出BATT、ACC、GND以及PHY接口的TBC+/-接线，与测试系统一一对接，要保证PHY接口的TBC+/-接线线长尽可能短。测试接线图可参照图3。

2.3  执行测试

设备环境搭建后，对测试系统的配置主要参数是两种状态下的T1时间和休眠时的暗电流，在执行上电模式测试时，检测系统会对DUT进行多次上、下电操作，计算DUT与测试系统建立连接所需要的时间；在执行唤醒模式时，对DUT也是进行多次唤醒、睡眠操作，计算DUT与测试系统建立连接所需要的时间，并自动减去输入的时间参数T1。当测试结束后会生成测试结论报告。

例如：图4为上电模式测试时间结论图，最小数值为10462.03ms，最大数值为10478.18ms，当减去10414ms时，结论为48～64ms，符合10～100ms范围；图5为唤醒模式测试时间结论图，最小数值为128.59ms，最大数值为164.51ms，当减去95ms时，结论为33～69ms，符合10～100ms范围，满足物理层接口标准要求。

3  结束语

通过以上测试，对车载以太网Link-up Time（连接时间）的测试原理和过程有了一定的认识和了解。在产品开发阶段可以提前对物理层测试进行摸底，确认PHY接口的PCB设计、布局、阻抗匹配等参数是否合理，对发现的问题应立即整改，为后续正式测试一次性通过提供有力帮助。

随着汽车销量的增加，对车载以太网更需要完备的测试，才能提高汽车的品质、可靠性以及安全性，才能推动汽车向智能化和网联化快速前进。

参考文献：

[1] 李巍，张丽静，王燕芳. 车载以太网技术及标准化[J]． 电信网技术，2016（6）：1-5．

[2] IEEE Std.802.3bw，subclause 96.5.2-Test modes[S].

[3] OPENSig，OPEN Alliance Automotive Ethernet ECU Test Specification v2.0[S].

[4] OPENSig，OPEN TC11 Switch Semiconductor Test Specification v1.0[S].

[5] 李志濤. 车载以太网的研究与分析[J]. 汽车电器，2018（3）：9-12.

（编辑  凌  波）

作者简介

常君（1975—），男，硬件经理，高级工程师，现从事车载电子T-Box设计方向的研究工作。