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车载以太网的数据传输与接收遵循分层网络架构#xff08;如OSI模型或TCP/IP模型#xff09;#xff0c;从应用层到物理层需要逐层封装与解封装。本文将对车载以太网的数据传输流程进行介绍。
2 以太网通信过程#xff08;封装与解封装#xff09;
2.1 发送端流程…1 摘要
车载以太网的数据传输与接收遵循分层网络架构如OSI模型或TCP/IP模型从应用层到物理层需要逐层封装与解封装。本文将对车载以太网的数据传输流程进行介绍。
2 以太网通信过程封装与解封装
2.1 发送端流程数据封装与传输
数据从应用层向下逐层封装最终通过物理介质传输。
步骤1应用层生成数据
功能生成具体业务数据如DoIP诊断请求、SOME/IP服务消息。协议DoIPISO 13400、SOME/IPAdaptive AUTOSAR、HTTPOTA更新等。数据格式 DoIP示例Header: 01 FE 80 01 00 00 00 06
Payload: 0E80 1001 1002如下图
步骤2传输层封装TCP/UDP
功能提供端到端通信控制如可靠传输、端口寻址。协议TCP可靠传输或UDP广播/低延迟。封装动作 添加TCP/UDP头部 源端口2字节目的端口2字节校验和2字节可选TCP特有字段序列号、确认号、窗口大小等。
如下图 步骤3网络层封装IPv4/IPv6
功能实现跨子网的路由与寻址。协议IPv4/IPv6车载常用IPv4如1000BASE-T1。封装动作 添加IP头部20字节 源IP地址4字节目的IP地址4字节TTL1字节生存时间协议类型1字节如0x06表示TCP0x11表示UDP。 如下图 步骤4数据链路层封装以太网帧
功能MAC地址寻址、帧校验。协议Ethernet II车载以太网常用或IEEE 802.3带VLAN标签。封装动作 添加以太网头部14字节 目的MAC地址6字节源MAC地址6字节类型/长度2字节如0x0800表示IPv4。 可选VLAN标签4字节用于优先级划分。添加FCS帧校验序列4字节CRC校验。
如下图 步骤5物理层传输电信号转换
功能将比特流转换为电信号/光信号。标准 100BASE-T1单对双绞线100Mbps车载主流。1000BASE-T1千兆车载以太网。 封装动作 添加前导码7字节用于同步。添加帧起始定界符1字节0xD5。将数据转换为曼彻斯特编码或PAM3调制根据物理层标准。
2.2 接收端流程数据解封装与处理
接收端从物理层向上逐层剥离头部恢复原始数据。
步骤1物理层接收与信号解码
动作 检测信号并解码为比特流。移除前导码和帧起始定界符。通过FCS校验数据完整性丢弃错误帧。
步骤2数据链路层处理
动作 解析以太网头部检查目的MAC地址是否匹配。剥离以太网头部和FCS字段。根据类型字段如0x0800将数据传递给网络层。
如下图
步骤3网络层路由与解封装
动作 解析IP头部检查目的IP地址是否为本机。剥离IP头部根据协议类型如TCP/UDP将数据传递给传输层。
如下图
步骤4传输层处理
动作 解析TCP/UDP头部检查端口号如DoIP默认端口13400。剥离传输层头部将数据传递给对应应用层协议。
如下图
步骤5应用层数据交付
动作 解析应用层协议如DoIP报文。执行业务逻辑如处理诊断请求、更新车辆配置。
如下图
2.3 车载以太网封装示例DoIP诊断报文
假设发送一个DoIP诊断请求到ECU 完整封装流程如下
层级封装内容应用层01 FE 80 01 00 00 00 06 0E80 1001 1002DoIP头部Payload传输层添加TCP头部源端口: 5000目的端口: 13400网络层添加IP头部源IP: 192.168.1.100目的IP: 192.168.1.200数据链路层添加以太网头部目的MAC: 00:1A:2B:3C:4D:5E源MAC: 00:0C:29:AA:BB:CC FCS物理层添加前导码和帧起始定界符转换为电信号发送。
完整解封装流程如下
层级关键字段解析处理动作物理层移除前导码/SFD校验FCS传递至数据链路层数据链路层目的MAC00:1A:2B:3C:4D:5E类型0x0800IPv4剥离以太网头部传递至网络层网络层目的IP192.168.1.200协议0x06TCP剥离IP头部传递至传输层传输层目的端口13400DoIP剥离TCP头部传递至应用层应用层DoIP负载类型0x8001诊断消息数据10 02UDS会话控制执行诊断服务
3 总结
车载以太网的通信过程是一个逐层封装和解封装的过程应用层生成数据、传输层添加端口信息、网络层添加IP地址、数据链路层添加MAC地址并封装为帧、物理层将帧转换为信号并传输。在接收端数据会从物理层到应用层逐层解封装最终交付给目标应用程序。这种分层结构确保了车载以太网的高效性、可靠性和可扩展性。如下图
