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CANoe与虚拟机
创提信息
2023/07/31
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“转载自维克多汽车技术（上海）有限公司，作者Vector China”
在汽车软件的开发周期中，基于POSIX标准的操作系统（如Linux）广泛应用于AUTOSAR Adaptive平台的ECU原型开发、算法或功能评估中。该领域的嵌入式软件开发人员通常倾向于在运行Linux系统（如Ubuntu/Debian）的虚拟机中进行开发，因为它提供了与嵌入式平台相似的可访问的接口和组件。
Vector提供的CANoe软件是进行网络/总线和ECU开发、测试和分析的全面工具，支持总线网络开发从需求分析到系统实现的全过程，包括模型创建、仿真、测试、诊断及通信分析等。但和大多数网络开发工具一样只适用于Windows操作系统，因此开发人员需要考虑如何实现Linux环境和CANoe工具之间的数据交互。
图1:CANoe与被测软件的虚拟化执行环境
为了满足用户多样化虚拟执行环境的测试需求，除了CANoe以外，Vector还提供了专注于SIL测试的CANoe4SW，可以对软件组件、软件子系统以及整个软件系统进行开发，测试和分析。以及面向服务器版本的CANoe4SW SE（CANoe4SW Server Edition），支持Linux或Windows服务器环境运行CANoe工程，支持Docker容器化运行。
本文主要介绍CANoe与虚拟机通过以太网交互的几种常用方法。
01/Shared Networking
共享意味着CANoe和被测应用程序共享主机的TCP/IP协议栈，这种方式在使用WSL（Windows Subsystem for Linux）时最为便捷。WSL有WSL2和WSL1两个版本，主要区别在于WSL2使用了真实的 Linux 内核、支持完整的系统调用兼容性以及跨 Linux 和 Windows 操作系统的性能。
接下来以WSL2环境为例演示虚拟机与CANoe基于Shared Networking的通信配置过程。在CANoe端需要创建一个UDP通信节点，将其TCP/IP Stack配置为使用操作系统的网络协议栈，然后通过CAPL函数创建socket通过本地环回地址（127.0.0.1）实现UDP报文的发送和接收；在WSL2端无需特殊配置，可直接通过指令去监听UDP报文并向CANoe发送UDP数据。通信过程如下图。
图2: CANoe与WSL2通信过程
这种方式配置简单，但是无法直接在CANoe的Trace窗口中显示通信数据，并且可能会受到主机上其他应用程序的串扰，另外Windows防火墙也可能会抑制通信流量。
Shared Networking同样也适用于其他的虚拟化工具，如VMware Workstation、Virtual Box等。只是需要一些额外配置，对于其他虚拟化环境更推荐使用后面介绍的方式。
02/Virtual Ethernet Link
该方式适用于运行Linux虚拟机的各种虚拟化环境，如VMware Workstation 和Microsoft Hyper-V。接下来以VMware环境为例介绍其配置过程。
>安装Vector Network Driver
在CANoe的安装路径下包含有该驱动的安装程序（参考路径：C:\Program Files\Vector CANoe 16.3.110\Installer Additional Components\Vector Network Driver），以管理员权限安装即可。
>安装Microsoft环回适配器
在Window搜索栏中输入“hdwwiz”打开添加硬件配置选项，选择手动从列表中选择硬件安装，在硬件类型中选择“网络适配器”，在下一步中厂商选择“MicroSoft”，型号选择“Microsoft KM-TEST环回适配器”进行安装。
安装完成之后就可以在PC的网络连接中查看到Microsoft环回适配器了。
图3：安装环回适配器
>将Microsoft环回适配器映射到VM
打开VMware Workstation，在编辑菜单下打开虚拟网络编辑器，选择VMnet0并将其桥接到Microsoft环回适配器。
图4：配置桥接模式
>配置CANoe使用Microsoft环回适配器
在CANoe界面，Hardware -> Network Hardware-> Ehernet channel-> Hardware Type中选择Microsoft环回适配器。
图5：配置使用网卡
所有配置完成之后，来自CANoe中的以太网数据就可以通过映射的以太网链路发送到VMware中，同样VMware中的以太网数据也可以发送给CANoe。
以VMware中Ubuntu环境为例，验证CANoe与Ubuntu之间的通信链路，过程如下图。
图6: CANoe与Ubuntu通信过程
03/TUN/TAP Server
CANoe从15.0版本开始，新增了Virtual Link（TUN/TAP）功能，支持使用TUN/TAP设备驱动程序将VM虚拟的网络设备连接到CANoe进行仿真。这种模式的通信是双向的，并且CANoe支持工作在真实总线及仿真总线模式下。
图7: TAP功能示意
主要配置过程如下。
>配置TUN/TAP Server
一是需要在本地Linux环境中编译TAP server，二是编译完成后需要在VM中创建虚拟的TAP设备，具体过程可以参考CANoe帮助文档的说明。
图8：TAP server配置
以VMware中CentOS7环境为例，演示下TAP server配置的具体过程：
图9: CenOS7中TAP server配置示例
>CANoe中激活Virtual Link
在CANoe中打开Option页面，激活virtual link并选择TAP server映射的网络。
图10：CANoe中激活TAP server配置
>CANoe中UDP通信配置
在CANoe中创建一个UDP通信节点，配置其TCP/IP stack信息。
图11：TCP/IP stack配置
所有配置完成后，运行CANoe就可以在write窗口查看到“Tap Server Discovery on 192.168.24.255:33000”及“Connected to Tap Server 192.168.24.131:35802”的信息，表明CANoe与TAP server端的配置已经完成并建立了连接。为了验证虚拟机与CANoe之间的通信，可以通过Ping指令或者UDP API去进行验证，结果如下。
图12: CANoe与TAP server通信过程