標注：本文來自本實驗室杜興華的研究成果。

2 構建車載以太網數字孿生模型客戶端

2.1 AddEthernetType

在車載以太網數組孿生模型中，AddEthernetType 表示引入以太網的類型。本文中以太網類型為車載以太網。

在該模型中，引用 MDD 的Blocks 功能，將車載以太網加入到模型中，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

在車載以太網數字孿生模型中，GetEthernetType 可以識別引入的以太網的類型，從而建立通信。本文中以太網類型為車載以太網。

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

圖 2-2： GetEthernetType 模型

2.3 AddMAC

車載以太網數字孿生模型中，AddMAC 表示在引入以太網的 MAC 地址。

用長度為 255 的char 類型數組來表示 MAC 地址，引用 MDD 的Blocks 功能，引入以太網的 MAC 地址。模型見圖 2-3。

圖 2-3： AddMAC 模型

2.4 GetMAC

車載以太網數字孿生模型中，GetMAC 表示得到以太網的 MAC 地址。

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

圖 2-4： GetMAC 模型

2.5 Test01

在車載以太網數字孿生模型中，Test01 表示使用TCP/IP 協議、UDP 協議、MAC 協議等模擬出車載以太網的模型。

在該模型中，將TCP/IP 協議和 SerialPackger 塊連接起來，建立車載以太網的網絡， 車載以太網客戶端徹底組建完成，待與后端建立網絡連接之后，便可以進行車載以太網和車載網絡之間的通信。Test01 模型如圖 2-5 所示。

2-5： Test01 模型

3 建立車載以太網后端服務器

在本文的車載以太網數字孿生模型中，后端服務器用 python 代碼實現，使用 python模擬 TCP/IP 服務器，輸入和輸出的數據形式為以太網第二層數據幀。

3.1 設置 HOST 地址和 MAC 地址

我們首先設置一個給車載以太網 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 設置以太網 IEEE 802.3 接口的全局定義

在車載以太網網址中定義 ETH_ALEN，占據八個字節，在車載以太網類型字段中定義 ETH_TLEN，占據八個字節，設置 ETH_DATA_LEN = 2，表示車載以太網報文有效載荷長度為 2，設置 ETH_FRAME_LEN = 1514，表示在 FCS 中的八位字節中最大值為 1514。代碼如圖 3-2 所示。

圖 3-2： 車載以太網全局設置

3.3 以太網可聯通性檢查工具

可連通性測試可以讓我們知道服務器訪問互聯網的狀況。可連通性測試提供了一種可靠的方式，使外部來源檢查以太網網絡連接。當我們認為一切都正確配置，但無法測試連接時，該測試會提供即時反饋，讓我們明白我們的配置是否可以真正進行外部訪問。可連通性測試代碼如圖 3-3 所示。

圖 3-3： 以太網可聯通性檢查工具

3.4 生成一個隨機的 MAC 地址及其原始字符

首先生成一個隨機的 MAC 地址，讓以太網服務器擁有物理地址。代碼如圖 3-4 所示。

圖 3-4： MAC 地址隨機生成函數

3.5 建立服務器與車載以太網模型的通信

首先服務器在端口上監聽車載以太網模型發出的數據包，監聽到數據包之后進行解析，并且獲得通信目標的 MAC 地址。獲得地址之后進行數據的偏移，檢測獲得目標的MAC 地址是否和機器的 MAC 地址一致，如果不一致，返回一條錯誤信息，如果一致， 則建立通信連接，在給目標發送數據包時需要交換源地址和目標地址。通信代碼如圖 3-5 所示。

圖 3-5： 建立通信

首先我們運行python 的服務器代碼，讓服務器處于監聽狀態，之后在 OpenModelica里面運行車載以太網的仿真模型，讓兩者建立通信，并且查看建模仿真結果。運行服務器代碼結果如圖 4-1 所示。

圖 4-1： python 代碼運行結果

由此圖可以看出服務器正在監聽，暫時還沒有收到數據包。

接下來運行 OpenModelica 里面的車載以太網模型，結果如圖 4-2 所示。

4-2： 模型運行結果

此時我們回看服務器運行結果，可以看到服務器與車載以太網模型已經建立通信連接。結果如圖 4-3 所示。

圖 4-3： 通信連接

編輯：jq