📚 课程目录第4章车载以太网帧结构与VLAN工程配置

4. 车载以太网帧结构与VLAN工程配置

车载以太网承载的是摄像头、雷达、诊断、OTA、控制指令等混合流量。如果所有帧都在同一个广播域里转发，不仅浪费带宽，还会让安全关键流量与娱乐流量争抢出口。解决这一问题的核心手段，就是理解以太网帧结构，并在 ST Stellar 这类车载网关/交换机芯片上正确配置 VLAN 过滤与插入。本节从帧格式讲到实际配置，最后给出一个可参考的车载 VLAN 划分案例。

一、以太网 II 帧格式与 802.1Q 标签

车载以太网最常用的是 Ethernet II 帧。它的基本结构为：目的 MAC（6 字节）、源 MAC（6 字节）、类型/长度字段（2 字节）、数据载荷（46～1500 字节）、帧校验序列 FCS（4 字节）。类型字段常见取值如 0x0800 表示 IPv4、0x0806 表示 ARP、0x86DD 表示 IPv6。当需要携带 VLAN 信息时，在源 MAC 之后插入 4 字节的 802.1Q 标签，此时类型字段变为 0x8100，表示“后面跟着 VLAN 标签”，真正的上层类型字段被后移。

802.1Q 标签的 4 个字节由三部分组成：16 位 TPID（固定 0x8100）、3 位 PCP（Priority Code Point，优先级）、1 位 DEI（Drop Eligible Indicator，可丢弃指示）、12 位 VID（VLAN Identifier，VLAN 标识）。PCP 取值 0～7，数值越大优先级越高，车载中通常把安全关键控制流量放在 5～7，音视频放在 3～4，普通诊断和 OTA 放在 0～2。VID 取值 1～4094，其中 0 表示优先级标签但无 VLAN 归属，4095 保留。DEI 置 1 表示该帧在网络拥塞时可以被优先丢弃，常用于标记“可牺牲”的流量。

二、ST Stellar 上的 VLAN 过滤与插入

ST Stellar 作为车载网络处理器，其以太网交换/路由模块支持基于端口的 VLAN 处理。工程上要区分两个动作：VLAN 过滤（Filtering）决定一个入帧是否被允许进入某个端口或某个 VLAN；VLAN 插入（Insertion）决定出帧是否被加上标签、加哪个 VID 和 PCP。典型配置围绕“端口默认 VLAN（PVID）”“成员集合（Member Set）”“标签/非标签出口（Tagged/Untagged Egress）”三个概念展开。

以 ST Stellar 的交换配置为例，一个端口通常需要设置：端口模式（Access/Trunk/Hybrid）、PVID、可接收的 VLAN 列表、以及每个 VLAN 的出口标签策略。Access 口只属于一个 VLAN，入帧无标签时按 PVID 归类，出帧去标签；Trunk 口可承载多个 VLAN，入帧必须带标签，出帧保留标签。下面是一段示意性配置片段，用于说明字段含义，具体寄存器名和 API 以所用 Stellar 型号的参考手册为准：

/* 示意：ST Stellar 交换端口 VLAN 配置（伪代码，非实测） */
port0.mode      = ACCESS;      /* 接摄像头，仅属于 VLAN 10 */
port0.pvid      = 10;
port0.egress    = UNTAGGED;    /* 出帧去掉标签 */

port1.mode      = TRUNK;       /* 上联骨干，承载 VLAN 10/20/30 */
port1.accept_vlan = {10, 20, 30};
port1.egress    = TAGGED;      /* 出帧保留 802.1Q 标签 */

/* 入帧过滤：无标签帧按 PVID 归类，VID 不在 accept_vlan 内则丢弃 */
/* 出帧插入：按 VLAN 表查 PCP，写入 802.1Q 标签 */

配置完成后，判断是否生效可以从三个观察点入手：一是用抓包工具看指定端口出帧是否带 0x8100 标签、VID 与 PCP 是否符合预期；二是查看芯片 VLAN 成员表和端口统计寄存器，确认被过滤帧计数在增加；三是构造一个 VID 不在允许列表内的帧，确认它被丢弃而不是被泛洪。若发现该丢的没丢，优先检查端口模式是否误设为 Hybrid 且未限制 accept_vlan；若发现该带标签的帧没带，检查出口 egress 是否被设成了 Untagged。

三、典型车载 VLAN 划分案例

下面给出一个教学用示例划分，假设一辆车有前视摄像头、毫米波雷达、中央网关、座舱主机和 OTA 模块。划分原则是：安全关键控制流量独立成 VLAN 并给高 PCP，音视频流量单独成 VLAN 给中等 PCP，诊断与 OTA 放在低优先级 VLAN，避免与实时流量争抢。

VLAN ID	用途	典型成员	PCP 建议	出口标签
10	ADAS 感知	前视摄像头、雷达、域控制器	6	Trunk 带标签
20	车身控制	网关、BCM、执行器	5	Trunk 带标签
30	座舱音视频	座舱主机、显示屏、功放	3	Trunk 带标签
40	诊断与 OTA	OBD 口、OTA 模块、网关	1	Trunk 带标签

在这个案例中，摄像头接在 Access 口、PVID=10，出帧去标签直接送给域控制器；域控制器上联口设为 Trunk，承载 VLAN 10/20/30/40，出帧保留标签。这样，当音视频流量突发时，PCP=6 的感知帧仍能被优先调度，而 PCP=1 的 OTA 帧在拥塞时可以被丢弃。需要注意，PCP 只是优先级标记，真正能否获得优先转发还取决于交换机队列调度和 TSN 配置，二者要配合使用。

工程建议：先画清楚“哪个端口属于哪个 VLAN、出口是否带标签”，再写配置。VLAN 划分混乱往往不是配置命令写错，而是端口成员关系没有提前定义清楚。

常见错误：把 Trunk 口误设为 Access 口，导致多个 VLAN 的帧被错误归类到 PVID；或把安全关键流量的 PCP 设得过低，在拥塞时被音视频流量挤占。配置后务必用抓包和统计寄存器双重确认。

掌握帧结构与 VLAN 配置后，下一步才能在此基础上讨论 TSN 的时间感知调度、帧抢占和流量整形。本节的重点是：先看清帧里有什么，再决定端口怎么过滤、怎么插入标签，最后用实际抓包和计数验证配置是否达到预期。