對(duì)車載以太網(wǎng)的一個(gè)基本概念介紹

本文主要是針對(duì)車載以太網(wǎng)的一個(gè)基本概念介紹，包括為什么要用以太網(wǎng)，以太網(wǎng)包含哪些優(yōu)勢(shì)。針對(duì)以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)，在物理鏈路層要考慮哪些基本特性，以及目前以太網(wǎng)有哪些組織，涉及到哪些標(biāo)準(zhǔn)。 ?

1 車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展簡史

1.1 車用電子設(shè)備的不斷增加對(duì)汽車的綜合布線和信息的交互共享提出了更高的要求



在汽車沒有上網(wǎng)絡(luò)之前，各個(gè)控制器之間主要通過硬線鏈接。各個(gè)控制器想要獲取對(duì)方的信息沒有相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)，只能通過點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊模式獲取。當(dāng)所有控制器數(shù)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加的時(shí)候，汽車所需要的硬線數(shù)量成幾何數(shù)增加，進(jìn)而導(dǎo)致了各種問題：

布線繁亂，不易維修

增加成本和重量

信號(hào)利用率低

當(dāng)車用電子設(shè)備不斷增加的時(shí)候，對(duì)汽車的綜合布線及信息交互共享提出了更高的要求。



隨著汽車網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)逐步發(fā)展出CAN線，LIN線，F(xiàn)lexray，MOST等網(wǎng)絡(luò)。 最早隨著整車車用電器增多，需要有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行共享的時(shí)候，由BOSCH提出CAN網(wǎng)絡(luò)的概念，CAN網(wǎng)絡(luò)，即整車控制器局域網(wǎng)。

之后出現(xiàn)了LIN線，LIN更多的被理解為CAN總線的一個(gè)輔助網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)用于在車輛不需要CAN總線的移動(dòng)場合。因?yàn)長IN線是用單根線鏈接，CAN線是雙絞線，用LIN線輔助CAN線可以大大降低整車在線束的成本以及減輕線束的重量。隨著技術(shù)的延伸，進(jìn)而誕生了FlexRay網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)lexRay可能大家有點(diǎn)感到陌生，它具備冗余功能，速率能達(dá)10M，目前出現(xiàn)在一些高檔品牌車型，比如奔馳、寶馬，主要應(yīng)與底盤安全領(lǐng)域。

接下來就有了USB，USB也被稱作一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，隨后慢慢開始用到MOST網(wǎng)絡(luò)，MOST主要應(yīng)用于語音視頻。發(fā)展到現(xiàn)在，目前各個(gè)廠家在車輛中低速網(wǎng)絡(luò)開始應(yīng)用CANFD網(wǎng)絡(luò)。隨著車輛電器的增加，比如激光雷達(dá)，角雷達(dá)，毫米波雷達(dá)的應(yīng)用，車輛信息的傳輸量暴增，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求更高，于是就有了百兆網(wǎng)，后面又出現(xiàn)1G網(wǎng)絡(luò)。

綜上所述，在車輛上,低速網(wǎng)絡(luò)，我們用CAN總線升級(jí)CANFD進(jìn)行通訊；高速網(wǎng)絡(luò)，車載以太網(wǎng)將會(huì)成為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的主骨干網(wǎng)絡(luò)。 ?

2 車載以太網(wǎng)應(yīng)用背景

2.1 以太網(wǎng)的誕生 前文提到，由于車輛用電器的數(shù)量增多，對(duì)于車輛點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的硬線模式，需要一個(gè)局域網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的共享。隨著車輛智能網(wǎng)聯(lián)化程度的加深，車用電器越來越多之后，原有的CAN, CANFD或者M(jìn)OST等已經(jīng)無法滿足車輛現(xiàn)有的需求，于是就誕生以太網(wǎng)這個(gè)概念。



2004年寶馬預(yù)測(cè)，在2008年之后其量產(chǎn)的車型上面會(huì)引入一個(gè)我們現(xiàn)在所說的網(wǎng)關(guān)功能。根據(jù)寶馬的預(yù)測(cè)，在2008年其整車的音頻數(shù)據(jù)量會(huì)達(dá)到1G，如果采用當(dāng)時(shí)的CAN，即便是高速CAN，最高傳輸速率是500K。如果要進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新或者FOTA的時(shí)候，刷1G的流量或者數(shù)據(jù)量的時(shí)候所需要的時(shí)間會(huì)達(dá)到16小時(shí)。這是不能被容忍的，所以寶馬提出這個(gè)引入的中央網(wǎng)關(guān)功能需要結(jié)合兩個(gè)功能：第一是在車內(nèi)不同的CAN, FlexRay和MOST之間進(jìn)行路由數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；第二是作為與外界診斷接口和軟件刷新接口。 同時(shí)在這個(gè)需求背景之下，車載網(wǎng)絡(luò)也一直在面對(duì)數(shù)據(jù)量變大的一個(gè)外部現(xiàn)狀：

數(shù)據(jù)量大：高精度的ECU應(yīng)用代碼，需要更大的ECU內(nèi)存；

數(shù)量多：不斷增加的ECU數(shù)量，導(dǎo)致車內(nèi)總線帶寬的瓶頸

新的應(yīng)用場景：遠(yuǎn)程刷新，遠(yuǎn)程診斷，大數(shù)據(jù)傳輸和車聯(lián)網(wǎng)

外部的現(xiàn)狀促使我們必須要有一個(gè)新的總線來解決現(xiàn)有的通訊問題，同時(shí)針對(duì)這個(gè)新的總線我們也提出對(duì)應(yīng)的介質(zhì)需求：

帶寬：可以滿足新的需求（ADAS/車載娛樂）

可靠性：物理總線連接后，通信要穩(wěn)定可靠

EMC：新的總線需要滿足車規(guī)級(jí)的電磁兼容性

成本：成本低

2.2 車載以太網(wǎng)應(yīng)用趨勢(shì)



車載以太網(wǎng)應(yīng)用趨勢(shì) 在08年的時(shí)候，寶馬開始以太網(wǎng)的應(yīng)用研究，后來慢慢到2020年之后，許多廠家陸陸續(xù)續(xù)推出應(yīng)用以太網(wǎng)的量產(chǎn)車型。 以太網(wǎng)分為100BASE-T1和100BASE-TX。100BASE-TX更多用于車輛與外部診斷接口相連，這就意味著需要兩對(duì)以太網(wǎng)，兩對(duì)雙絞線TX/RX，還有一根喚醒線，總共是5條線。 2.3 車載以太網(wǎng)優(yōu)勢(shì)

簡化車載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

以前車上有很多網(wǎng)關(guān)/網(wǎng)絡(luò)，很多個(gè)網(wǎng)絡(luò)/網(wǎng)關(guān)進(jìn)行數(shù)據(jù)連接，引入以太網(wǎng)之后，只需要通過一個(gè)基本功能網(wǎng)關(guān)來執(zhí)行多種CAN的連接，比如底盤CAN, info CAN，隨著攝像頭和激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)的引入，整個(gè)帶寬的需求增加，進(jìn)而衍生了域（Domain）的概念，域的概念就是車輛會(huì)有一個(gè)中央網(wǎng)關(guān)，每一塊功能上網(wǎng)的時(shí)候會(huì)有對(duì)應(yīng)域，比如智能域，底盤域，娛樂域等。

域與中央網(wǎng)關(guān)通過以太網(wǎng)連接，而在域之下可以通過以太網(wǎng)甚至CAN/CANFD進(jìn)行連接。這樣可以保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)是基于服務(wù)來獲取我們所需要的信息和資源。

輕量化，降低線束重量

前面提到整個(gè)車載網(wǎng)絡(luò)的推行如果要落地，肯定是要具備相應(yīng)的成本優(yōu)勢(shì)。常規(guī)以太網(wǎng)是100BASE-TX，采用兩對(duì)雙絞線，一對(duì)雙絞線傳輸數(shù)據(jù)，另外一對(duì)雙絞線傳輸電源，而載以太網(wǎng)采用一對(duì)雙絞線，在一對(duì)雙絞線的基礎(chǔ)上面，同時(shí)進(jìn)行信號(hào)和電源的傳輸，這樣就大大會(huì)減少整個(gè)線束的重量，同時(shí)也會(huì)降低線束的成本。 ?

3 車載以太網(wǎng)概述

3.1 車載以太網(wǎng)定義

車載以太網(wǎng)是在單對(duì)雙絞線身上，匹配以太網(wǎng)連接器，同時(shí)進(jìn)行供電和數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)100Mbit/s甚至1Gbit/s數(shù)據(jù)傳輸，整個(gè)鏈路特性阻抗為100歐姆。 車載以太網(wǎng)開發(fā)了PoDL，可以在一對(duì)線纜上為電子控制單元ECU的正常運(yùn)行提供12V電壓

3.2 汽車以太網(wǎng)通信協(xié)議相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及組織

Open 聯(lián)盟：由博通公司聯(lián)合半導(dǎo)體公司飛思卡爾創(chuàng)建，更多的關(guān)注線纜也就是物理層信息

IEEE和AVNU：重點(diǎn)關(guān)注鏈路層信息

AUTOSAR組織：重點(diǎn)關(guān)注整個(gè)以太網(wǎng)刷新的接口跟外部的統(tǒng)一

ISO：聚焦包括所有速率的汽車以太網(wǎng)相關(guān)研究

六大標(biāo)準(zhǔn)組織在鏈路層及應(yīng)用層上的貢獻(xiàn)



這里著重講解一下OPEN聯(lián)盟和IEEE在物理層和整個(gè)鏈路層上面的一些應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

物理層：

TCX標(biāo)準(zhǔn)：由OPEN聯(lián)盟制定的標(biāo)準(zhǔn)，從TC1到TC12包含線纜、ECU、EMC的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，TC2，TC3 TC7和TC9是整個(gè)物理層上面的標(biāo)準(zhǔn)。

802.3bp與802.3bw：IEEE組織推出，可以跟OPEN聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行等效，比如說802.3等效成TC9，802.3bw等效成TC2

鏈路層：

PoDL（Power over Data Line）標(biāo)準(zhǔn)：前文提到以太網(wǎng)用一對(duì)雙絞線來傳輸，既能傳輸信號(hào)又能傳輸電源，這是因?yàn)椴捎靡粋€(gè)PoDL標(biāo)準(zhǔn)。

TSN（Time Sensitive Networking）：IEEE標(biāo)準(zhǔn)小組發(fā)展的關(guān)于時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)

AVB（Audio Video Bridging）：音視頻橋接標(biāo)準(zhǔn)

3.3 車載以太網(wǎng)在汽車上的應(yīng)用



最后講解一下整個(gè)車載以太網(wǎng)的一個(gè)應(yīng)用，車載以太網(wǎng)的出現(xiàn)是為了滿足隨著一些攝像頭，比如說毫米波雷達(dá)，激光雷達(dá)，ADAS，智能輔助駕駛，慢慢的應(yīng)用之后必須要有一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)，來替代以前的一些CAN, CANFD, FlexRay，MOST的需求而誕生的網(wǎng)絡(luò)。目前車載以太網(wǎng)主要用用在三大領(lǐng)域：

信息娛樂：車輛大屏HSD線已經(jīng)逐漸用以太網(wǎng)替代

ADAS：由于自駕域的出現(xiàn)，自駕域下面一些傳感器，比如中央處理器交互，以及后面?zhèn)鞲衅骺刂破鲾z像頭之間的交互，慢慢的需要用到ADAS

診斷和刷新：前面提到的寶馬刷新需求，如果要刷1G數(shù)據(jù)量，若用以前的CAN或者CANFD，刷新要用16小時(shí)或8小時(shí)，然而用以太網(wǎng)之后速率能達(dá)100M的。在保證接口不變的情況下，即用到的連接器的接口都不變，只需要把CAN線換成以太網(wǎng)的線，就能達(dá)到相應(yīng)的一個(gè)速率。

以上就是車載以太網(wǎng)在整個(gè)汽車上面應(yīng)用分享。

審核編輯：劉清