標(biāo)注：本文來自本實(shí)驗(yàn)室杜興華的研究成果。

2 構(gòu)建車載以太網(wǎng)數(shù)字孿生模型客戶端

2.1 AddEthernetType

在車載以太網(wǎng)數(shù)組孿生模型中，AddEthernetType 表示引入以太網(wǎng)的類型。本文中以太網(wǎng)類型為車載以太網(wǎng)。

在該模型中，引用 MDD 的Blocks 功能，將車載以太網(wǎng)加入到模型中，表示我們本次要做的仿真模型為車載以太網(wǎng)的模型。AddEthernetType 模型如圖 2-1 所示。

圖 2-1： AddEthernetType 模型

2.2 GetEthernetType

在車載以太網(wǎng)數(shù)字孿生模型中，GetEthernetType 可以識(shí)別引入的以太網(wǎng)的類型，從而建立通信。本文中以太網(wǎng)類型為車載以太網(wǎng)。

在該模型中，引用 MDD 的Blocks 功能，識(shí)別引入的車載以太網(wǎng)，與引入的車載以太網(wǎng)建立通信，從而建立 GetEthernetType 模型。GetEthernetType 如圖 2-2 所示。

圖 2-2： GetEthernetType 模型

2.3 AddMAC

車載以太網(wǎng)數(shù)字孿生模型中，AddMAC 表示在引入以太網(wǎng)的 MAC 地址。

用長(zhǎng)度為 255 的char 類型數(shù)組來表示 MAC 地址，引用 MDD 的Blocks 功能，引入以太網(wǎng)的 MAC 地址。模型見圖 2-3。

圖 2-3： AddMAC 模型

2.4 GetMAC

車載以太網(wǎng)數(shù)字孿生模型中，GetMAC 表示得到以太網(wǎng)的 MAC 地址。

在該模型中，同樣使用長(zhǎng)度為 255 的 char 類型數(shù)組來表示 MAC 地址，引用 MDD的Blocks 功能，該模型可以在數(shù)據(jù)包中解析到 MAC 地址。GetMAC 模型如圖 2-4 所示。

圖 2-4： GetMAC 模型

2.5 Test01

在車載以太網(wǎng)數(shù)字孿生模型中，Test01 表示使用TCP/IP 協(xié)議、UDP 協(xié)議、MAC 協(xié)議等模擬出車載以太網(wǎng)的模型。

在該模型中，將TCP/IP 協(xié)議和 SerialPackger 塊連接起來，建立車載以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)， 車載以太網(wǎng)客戶端徹底組建完成，待與后端建立網(wǎng)絡(luò)連接之后，便可以進(jìn)行車載以太網(wǎng)和車載網(wǎng)絡(luò)之間的通信。Test01 模型如圖 2-5 所示。

2-5： Test01 模型

3 建立車載以太網(wǎng)后端服務(wù)器

在本文的車載以太網(wǎng)數(shù)字孿生模型中，后端服務(wù)器用 python 代碼實(shí)現(xiàn)，使用 python模擬 TCP/IP 服務(wù)器，輸入和輸出的數(shù)據(jù)形式為以太網(wǎng)第二層數(shù)據(jù)幀。

3.1 設(shè)置 HOST 地址和 MAC 地址

我們首先設(shè)置一個(gè)給車載以太網(wǎng) HOST 地址和 MAC 地址，如圖 3-1 所示。

圖 3-1： HOST 地址和 MAC 地址

3.2 設(shè)置以太網(wǎng) IEEE 802.3 接口的全局定義

在車載以太網(wǎng)網(wǎng)址中定義 ETH_ALEN，占據(jù)八個(gè)字節(jié)，在車載以太網(wǎng)類型字段中定義 ETH_TLEN，占據(jù)八個(gè)字節(jié)，設(shè)置 ETH_DATA_LEN = 2，表示車載以太網(wǎng)報(bào)文有效載荷長(zhǎng)度為 2，設(shè)置 ETH_FRAME_LEN = 1514，表示在 FCS 中的八位字節(jié)中最大值為 1514。代碼如圖 3-2 所示。

圖 3-2： 車載以太網(wǎng)全局設(shè)置

3.3 以太網(wǎng)可聯(lián)通性檢查工具

可連通性測(cè)試可以讓我們知道服務(wù)器訪問互聯(lián)網(wǎng)的狀況?？蛇B通性測(cè)試提供了一種可靠的方式，使外部來源檢查以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接。當(dāng)我們認(rèn)為一切都正確配置，但無法測(cè)試連接時(shí)，該測(cè)試會(huì)提供即時(shí)反饋，讓我們明白我們的配置是否可以真正進(jìn)行外部訪問?？蛇B通性測(cè)試代碼如圖 3-3 所示。

圖 3-3： 以太網(wǎng)可聯(lián)通性檢查工具

3.4 生成一個(gè)隨機(jī)的 MAC 地址及其原始字符

首先生成一個(gè)隨機(jī)的 MAC 地址，讓以太網(wǎng)服務(wù)器擁有物理地址。代碼如圖 3-4 所示。

圖 3-4： MAC 地址隨機(jī)生成函數(shù)

3.5 建立服務(wù)器與車載以太網(wǎng)模型的通信

首先服務(wù)器在端口上監(jiān)聽車載以太網(wǎng)模型發(fā)出的數(shù)據(jù)包，監(jiān)聽到數(shù)據(jù)包之后進(jìn)行解析，并且獲得通信目標(biāo)的 MAC 地址。獲得地址之后進(jìn)行數(shù)據(jù)的偏移，檢測(cè)獲得目標(biāo)的MAC 地址是否和機(jī)器的 MAC 地址一致，如果不一致，返回一條錯(cuò)誤信息，如果一致， 則建立通信連接，在給目標(biāo)發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)需要交換源地址和目標(biāo)地址。通信代碼如圖 3-5 所示。

圖 3-5： 建立通信

首先我們運(yùn)行python 的服務(wù)器代碼，讓服務(wù)器處于監(jiān)聽狀態(tài)，之后在 OpenModelica里面運(yùn)行車載以太網(wǎng)的仿真模型，讓兩者建立通信，并且查看建模仿真結(jié)果。運(yùn)行服務(wù)器代碼結(jié)果如圖 4-1 所示。

圖 4-1： python 代碼運(yùn)行結(jié)果

由此圖可以看出服務(wù)器正在監(jiān)聽，暫時(shí)還沒有收到數(shù)據(jù)包。

接下來運(yùn)行 OpenModelica 里面的車載以太網(wǎng)模型，結(jié)果如圖 4-2 所示。

4-2： 模型運(yùn)行結(jié)果

此時(shí)我們回看服務(wù)器運(yùn)行結(jié)果，可以看到服務(wù)器與車載以太網(wǎng)模型已經(jīng)建立通信連接。結(jié)果如圖 4-3 所示。

圖 4-3： 通信連接

編輯：jq