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CANoe與虛擬機器
創提科技
2023/07/31
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“轉載自維克多汽車技術（上海）有限公司，作者Vector China”
在汽車軟體的開發週期中，基於POSIX標準的作業系統（如Linux）廣泛應用於AUTOSAR Adaptive平臺的ECU原型開發、演算法或功能評估中。該領域的嵌入式軟體發展人員通常傾向于在運行Linux系統（如Ubuntu/Debian）的虛擬機器中進行開發，因為它提供了與嵌入式平臺相似的可訪問的介面和元件。
Vector提供的CANoe軟體是進行網路/匯流排和ECU開發、測試和分析的全面工具，支援匯流排網路開發從需求分析到系統實現的全過程，包括模型創建、模擬、測試、診斷及通信分析等。但和大多數網路開發工具一樣只適用於Windows作業系統，因此開發人員需要考慮如何實現Linux環境和CANoe工具之間的資料交互。
圖1:CANoe與被測軟體的虛擬化執行環境
為了滿足用戶多樣化虛擬執行環境的測試需求，除了CANoe以外，Vector還提供了專注於SIL測試的CANoe4SW，可以對軟體元件、軟體子系統以及整個軟體系統進行開發，測試和分析。以及面向伺服器版本的CANoe4SW SE（CANoe4SW Server Edition），支持Linux或Windows伺服器環境運行CANoe工程，支援Docker容器化運行。
本文主要介紹CANoe與虛擬機器通過乙太網交互的幾種常用方法。
01/Shared Networking
共用意味著CANoe和被測應用程式共用主機的TCP/IP協定棧，這種方式在使用WSL（Windows Subsystem for Linux）時最為便捷。WSL有WSL2和WSL1兩個版本，主要區別在於WSL2使用了真實的 Linux 內核、支援完整的系統調用相容性以及跨 Linux 和 Windows 作業系統的性能。
接下來以WSL2環境為例演示虛擬機器與CANoe基於Shared Networking的通信配置過程。在CANoe端需要創建一個UDP通信節點，將其TCP/IP Stack配置為使用作業系統的網路通訊協定棧，然後通過CAPL函數創建socket通過本地環回地址（127.0.0.1）實現UDP報文的發送和接收；在WSL2端無需特殊配置，可直接通過指令去監聽UDP報文並向CANoe發送UDP資料。通信過程如下圖。
圖2: CANoe與WSL2通信過程
這種方式配置簡單，但是無法直接在CANoe的Trace視窗中顯示通信資料，並且可能會受到主機上其他應用程式的串擾，另外Windows防火牆也可能會抑制通信流量。
Shared Networking同樣也適用於其他的虛擬化工具，如VMware Workstation、Virtual Box等。只是需要一些額外配置，對於其他虛擬化環境更推薦使用後面介紹的方式。
02/Virtual Ethernet Link
該方式適用於運行Linux虛擬機器的各種虛擬化環境，如VMware Workstation 和Microsoft Hyper-V。接下來以VMware環境為例介紹其配置過程。
>安裝Vector Network Driver
在CANoe的安裝路徑下包含有該驅動的安裝程式（參考路徑：C:\Program Files\Vector CANoe 16.3.110\Installer Additional Components\Vector Network Driver），以管理員許可權安裝即可。
>安裝Microsoft環回適配器
在Window搜索欄中輸入“hdwwiz”打開添加硬體設定選項，選擇手動從清單中選擇硬體安裝，在硬體類型中選擇“網路介面卡”，在下一步中廠商選擇“MicroSoft”，型號選擇“Microsoft KM-TEST環回適配器”進行安裝。
安裝完成之後就可以在PC的網路連接中查看到Microsoft環回適配器了。
圖3：安裝環回適配器
>將Microsoft環回適配器映射到VM
打開VMware Workstation，在編輯功能表下打開虛擬網路編輯器，選擇VMnet0並將其橋接到Microsoft環回適配器。
圖4：配置橋接模式
>配置CANoe使用Microsoft環回適配器
在CANoe介面，Hardware -> Network Hardware-> Ehernet channel-> Hardware Type中選擇Microsoft環回適配器。
圖5：配置使用網卡
所有配置完成之後，來自CANoe中的乙太網資料就可以通過映射的乙太網鏈路發送到VMware中，同樣VMware中的乙太網資料也可以發送給CANoe。
以VMware中Ubuntu環境為例，驗證CANoe與Ubuntu之間的通信鏈路，過程如下圖。
圖6: CANoe與Ubuntu通信過程
03/TUN/TAP Server
CANoe從15.0版本開始，新增了Virtual Link（TUN/TAP）功能，支援使用TUN/TAP設備驅動程式將VM虛擬的網路設備連接到CANoe進行模擬。這種模式的通信是雙向的，並且CANoe支援工作在真實匯流排及模擬匯流排模式下。
圖7: TAP功能示意
主要配置過程如下。
>配置TUN/TAP Server
一是需要在本地Linux環境中編譯TAP server，二是編譯完成後需要在VM中創建虛擬的TAP設備，具體過程可以參考CANoe幫助文檔的說明。
圖8：TAP server配置
以VMware中CentOS7環境為例，演示下TAP server配置的具體過程：
圖9: CenOS7中TAP server配置示例
>CANoe中啟動Virtual Link
在CANoe中打開Option頁面，啟動virtual link並選擇TAP server映射的網路。
圖10：CANoe中啟動TAP server配置
>CANoe中UDP通信配置
在CANoe中創建一個UDP通信節點，配置其TCP/IP stack資訊。
圖11：TCP/IP stack配置
所有配置完成後，運行CANoe就可以在write視窗查看到“Tap Server Discovery on 192.168.24.255:33000”及“Connected to Tap Server 192.168.24.131:35802”的資訊，表明CANoe與TAP server端的配置已經完成並建立了連接。為了驗證虛擬機器與CANoe之間的通信，可以通過Ping指令或者UDP API去進行驗證，結果如下。
圖12: CANoe與TAP server通信過程