车载以太网两个世界的深度拥抱科普.docx

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车载以太网两个世界的深度拥抱科普

车载以太网-两个世界的深度拥抱--科普

车载以太网——两个世界的深度拥抱|科普

本文作者：

老涂

编辑：

谷磊

2017-04-0919:

29

导语：

车载以太网不仅具备了适应ADAS、影音娱乐、汽车网联化等所需要的带宽，而且还具备了支持未来更高性能的潜力，它将成为实现多层它将成为实现多层面高速通信的基石

雷锋网（公众号：

雷锋网）按：

本文作者老涂，汽车电子工程师，供职于国内某汽车技术中心，从事汽车智能网联技术研发。

汽车智能化、网联化，甚至自动驾驶大浪已经来临；浪潮带来的是ADAS技术的不断革新、高品质车载娱乐影音的影音推进、以及OTA远程升级、V2X、大数据、云计算等一系列技术的发展；这推进了车载网络容量需求的爆发式发展，显然这已经超出了CAN或FlexRay等传统车载网络的历史使命。

这也正是以太网与汽车深度拥抱集成的契机。

车载以太网不仅具备了适应ADAS、影音娱乐、汽车网联化等所需要的带宽，而且还具备了支持未来更高性能的潜力（如自动驾驶时代所需要的更大数据传输）。

它将成为实现多层面高速通信的基石，相对于20世纪90年代的控制器局域网（CAN）革命，它的规模将更大，意义将更深远。

专家预测，到2020年，汽车中部署的以太网端口将达5亿个。

↑Etherent,FlexRay,MOST节点装载数量预测

一、传统汽车总线技术

1、传统车载网络

当前主流的车载网络主要由CAN、LIN、FlexRay、MOST、LVDS等构成。

除了LVDS这些网络标准基本上都是面向汽车行业制定，有着浓重的汽车行业特色。

表1中对各种不同网络形式对了简要的对比。

↑未来智能网联汽车

二、车载以太网技术

1、车载以太网相关优势

低成本下的高带宽

新的汽车功能，如自动泊车系统、车道偏离检测系统、盲点检测和高级信息娱乐系统等引发了对新的数据总线需求。

显然未来我们需要的是更加开放、高速，且易于与其他电子系统或者设备集成的车载网络，同时有助于减少功耗，线束重量和部署成本。

对于上述需求以太网似乎能提供一揽子的解决方案，以博通公司采用的突破性BroadR-Reach技术为例，其可用单对的非屏蔽双绞线进行信号传输，并能够提供100Mbit/s及更高的宽带性能，并使电缆重量减轻30%、降低连接成本可达80%。

↑2015年CES发布的下一代BroadR-Reach车载以太网芯片

支持不同应用的多种协议和功能

传统车载网络支持的通信协议较为单一，而车载以太网可以同时支持AVB、TCP/IP、DOIP、SONIP等多种协议或应用形式。

其中，EthernetAVB是对传统以太网功能的扩展，通过增加精确时钟同步、带宽预留等协议增强传统以太网音视频传输的实时性，是极具发展潜力的网络音视频实时传输技术。

SOME/IP（ScalableService-OrientedMiddlewarEonIP）则规定了车载摄像头应用的视频通信接口要求，可应用于车载摄像头领域，并通过API实现驾驶辅助摄像头的模式控制。

作为AVB协议的扩展，车载时间敏感网络（TSN, Time-SensitiveNetworking）则引入时间触发式以太网的相关技术，能高效的实现汽车控制类信息的传输。

此外，1Gbit速率通信标准的车载以太网同时还支持POE（PowerOverEthernet）功能和高效节能以太网（EEE,Energy-EfficientEthernet）功能，POE功能可在双绞线传输数据的同时为连接的终端设备供电，省去了终端外接电源线，降低了供电的复杂度。

适应未来的能力

历史经验告诉我们，以太网之所以长期以来如此成功，主要原因之一便是以太网是一种可持续更新、发展的技术。

在经历了标准以太网（10Mbps）、快速以太网（100Mbps）和千兆以太网（GigabitEthernet）推进和发展后，以太网还在继续着不断的自我迭代升级。

当然在支持带宽持续增长的同时，它任然保持对原有系统的兼容性。

所以说：

一旦以太网技术推广至汽车行业，它带来的不仅仅是一种成熟的通信技术，更是一种对未来的适应能力。

无线功能

多年来，最能体现以太网是如何适应新需求的、发掘新潜力的事例之一就是当前非常流行的无线网络wifi的引入。

类似于Broadcom公司的BroadR-Reach，WiFi也有专供汽车使用的变体，“汽车环境无线存取”WAVE；2010年发布的IEEE802.11p通信规范对WAVE进行了定义，后被写入IEEE802.11-2012主标准中。

车载以太网的普及无疑将成为WAVE引入汽车最佳催化剂，而在智能交通时代，WAVE也将为V2X提供新的想象空间。

↑V2X通讯场景

2、车载以太网发展趋势

↑车载以太网技术发展路线

以太网作为一种新型车载网络的进入汽车网络，肯定是无法一蹴而就，在短期内是无法取代现有的车载网络，因此以太网在进入汽车网络时考虑分阶段、从子系统开始逐步深入，并最终统筹汽车网络的演进过程。

现今可预期的车载以太网的发展主要可分为三个阶段：

第一阶段（已经有实用案例），基于DoIP标准的车载诊断系统（OBD）和ECU软件刷新。

以ECU软件刷新为例，和原有的CAN（1M/S）相比，刷新时间将缩短为原来的百分之一，该应用将大大提升诊断和刷新效率，节省时间、生产及服务成本。

第二阶段车载以太网在信息娱乐系统和驾驶员辅助系统的使用，伴随着BroadR-Reach技术的日益成熟和标准化的不断推进，基于AVB，SOME/IP等技术将逐步推广使用，车载以太网将以单节点或多个节点的形式进行搭载，如使用高分辨率的IP摄像头的全景泊车等驾驶辅助系统，多屏互动的高清信息娱乐系统等进入人们的视野。

↑基于车载以太网技术的全景泊车

第三阶段，前两个阶段专注于一个特定的应用领域，在经历的前两个阶段的积累和磨练，第三阶段将使用以太网为车载网络骨干，集成动力总成、底盘、车身、多媒体、辅助驾驶，真正形成一个域级别的汽车网络。

3、挑战

虽然不乏OPEN ALLIANCE、IEEE、AVNU、AUTOSAR等组织在积极推动车载以太网的发展，但是各类标准的完善和落地还需一些时日；虽然Broadcom、NXP、Marvell等半导体公司对车载以太网保持着积极的研发投入，但是市场上其他各类配套开发、测试技术似乎才迈出“万里长征第一步”。

因此，现阶段对于车载以太网的推进而言相关开发工具、配套测试装备的相对匮乏将成为最大的难题。

此外，车载以太网的引入，将给汽车带来新的数据信息安全风险，相关应对措施也值得开发人员的思考。

↑车载以太网标准化组织

三、基于域控制器的混合车载网络

如第二部分所述，汽车电子发展的趋势似乎表明以太网将取代CAN成为骨干网，而子网将是由若干域控制器（Domain Controller）组成的车载网络结构。

如图，该车载网络以高速以太网作为骨干，将5个核心域控制器（动力总成、底盘控制、车身、娱乐、ADAS）连接在一起。

各个域控制器在实现专用的控制功能的同时，还提供强大的网关功能。

这种基于域控制器的架构改变传统的车载网络中ECU到ECU的点到点通信方式，如：

在车身控制域内部，各部件通过CAN、LIN沟通实现数据共享（类似于传统车载网络架构），在娱乐子网中，娱乐域控制器与其子部件的通信将通过以太网实现；当一个域需要与其他域交换信息时则经由网关、以太网路由实现。

↑面向域控制器的混合车载网络架构

四、总结

当然，这并不意味着车载以太网将策底颠覆传统的车载网络。

这些传统车载网络不仅价格低廉、久经考验而且性能稳定。

以太网不会完全取代所有车载网络，尤其是CAN、LIN，这两种网络在许多方面还保持着对以太网的优势。

汽车电子元件多元化也意味网络模式的多元化。

以太网的目标不是去颠覆原本没有问题的地方，而是填补新形势下的需求空白，让我们一起期待这一时代的到来。

雷锋网特约稿件，XXXX。

详情见转载须知。