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車用以太網(wǎng)介紹
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作者:pro624991
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發(fā)布時(shí)間: 2017-11-30
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應(yīng)用背景
汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化，甚至自動(dòng)駕駛大浪已經(jīng)來臨；浪潮帶來的是ADAS技術(shù)的不斷革新、高品質(zhì)車載娛樂影音的影音推進(jìn)、以及OTA遠(yuǎn)程升級、V2X、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等一系列技術(shù)的發(fā)展；這推進(jìn)了車載網(wǎng)絡(luò)容量需求的爆發(fā)式發(fā)展，顯然這已經(jīng)超出了CAN或FlexRay等傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)的歷史使命。這也正是以太網(wǎng)與汽車深度擁抱集成的契機(jī)。
車載以太網(wǎng)不僅具備了適應(yīng)ADAS、影音娛樂、汽車網(wǎng)聯(lián)化等所需要的帶寬，而且還具備了支持未來更高性能的潛力（如自動(dòng)駕駛時(shí)代所需要的更大數(shù)據(jù)傳輸）。它將成為實(shí)現(xiàn)多層面高速通信的基石，相對于20世紀(jì)90年代的控制器局域網(wǎng)（CAN）革命，它的規(guī)模將更大，意義將更深遠(yuǎn)。專家預(yù)測，到2020年，汽車中部署的以太網(wǎng)端口將達(dá)5億個(gè)。
車載以太網(wǎng)不僅具備了適應(yīng)ADAS、影音娛樂、汽車網(wǎng)聯(lián)化等所需要的帶寬，而且還具備了支持未來更高性能的潛力（如自動(dòng)駕駛時(shí)代所需要的更大數(shù)據(jù)傳輸）。它將成為實(shí)現(xiàn)多層面高速通信的基石，相對于20世紀(jì)90年代的控制器局域網(wǎng)（CAN）革命，它的規(guī)模將更大，意義將更深遠(yuǎn)。專家預(yù)測，到2020年，汽車中部署的以太網(wǎng)端口將達(dá)5億個(gè)。
專有技術(shù)及優(yōu)勢
我司不但有完善的星型802.3標(biāo)準(zhǔn)的車載以太網(wǎng)解決方案。而且積極參與產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，率先引入在音視頻娛樂系統(tǒng)中，而環(huán)形以太網(wǎng)在全球極少家公司所了解，而我司更具優(yōu)勢的環(huán)形以太網(wǎng)解決方案。
了解其特點(diǎn)：半導(dǎo)體行業(yè)最寬，可投資組合核準(zhǔn)過所有領(lǐng)先的WW oem在車輛的連接性，強(qiáng)大的8位MCU組合，支持下一代32位ARM皮質(zhì)是人體電子的核心，汽車以太網(wǎng)和基于MCHP的環(huán)以太網(wǎng)的結(jié)合，為oem提供一個(gè)優(yōu)化的系統(tǒng)，系統(tǒng)成本(HW,SW開發(fā))，網(wǎng)絡(luò)軟件棧已就緒(無需成本)，保持IP作為標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議無延遲(音頻)和低延遲(視頻)。
了解其特點(diǎn)：半導(dǎo)體行業(yè)最寬，可投資組合核準(zhǔn)過所有領(lǐng)先的WW oem在車輛的連接性，強(qiáng)大的8位MCU組合，支持下一代32位ARM皮質(zhì)是人體電子的核心，汽車以太網(wǎng)和基于MCHP的環(huán)以太網(wǎng)的結(jié)合，為oem提供一個(gè)優(yōu)化的系統(tǒng)，系統(tǒng)成本(HW,SW開發(fā))，網(wǎng)絡(luò)軟件棧已就緒(無需成本)，保持IP作為標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議無延遲(音頻)和低延遲(視頻)。
行業(yè)發(fā)展趨勢
以太網(wǎng)作為一種新型車載網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)入汽車網(wǎng)絡(luò)，肯定是無法一蹴而就，在短期內(nèi)是無法取代現(xiàn)有的車載網(wǎng)絡(luò)，因此以太網(wǎng)在進(jìn)入汽車網(wǎng)絡(luò)時(shí)考慮分階段、從子系統(tǒng)開始逐步深入，并最終統(tǒng)籌汽車網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)過程?，F(xiàn)今可預(yù)期的車載以太網(wǎng)的發(fā)展主要可分為三個(gè)階段：
第一階段（已經(jīng)有實(shí)用案例），基于DoIP標(biāo)準(zhǔn)的車載診斷系統(tǒng)（OBD）和ECU軟件刷新。以ECU軟件刷新為例，和原有的CAN（1M/S）相比，刷新時(shí)間將縮短為原來的百分之一，該應(yīng)用將大大提升診斷和刷新效率，節(jié)省時(shí)間、生產(chǎn)及服務(wù)成本。
第二階段車載以太網(wǎng)在信息娛樂系統(tǒng)和駕駛員輔助系統(tǒng)的使用，伴隨著BroadR-Reach技術(shù)的日益成熟和標(biāo)準(zhǔn)化的不斷推進(jìn)，基于AVB，SOME/IP等技術(shù)將逐步推廣使用，車載以太網(wǎng)將以單節(jié)點(diǎn)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)的形式進(jìn)行搭載，如使用高分辨率的IP攝像頭的全景泊車等駕駛輔助系統(tǒng)，多屏互動(dòng)的高清信息娛樂系統(tǒng)等進(jìn)入人們的視野。
第三階段，前兩個(gè)階段專注于一個(gè)特定的應(yīng)用領(lǐng)域，在經(jīng)歷的前兩個(gè)階段的積累和磨練，第三階段將使用以太網(wǎng)為車載網(wǎng)絡(luò)骨干，集成動(dòng)力總成、底盤、車身、多媒體、輔助駕駛，真正形成一個(gè)域級別的汽車網(wǎng)絡(luò)。
第一階段（已經(jīng)有實(shí)用案例），基于DoIP標(biāo)準(zhǔn)的車載診斷系統(tǒng)（OBD）和ECU軟件刷新。以ECU軟件刷新為例，和原有的CAN（1M/S）相比，刷新時(shí)間將縮短為原來的百分之一，該應(yīng)用將大大提升診斷和刷新效率，節(jié)省時(shí)間、生產(chǎn)及服務(wù)成本。
第二階段車載以太網(wǎng)在信息娛樂系統(tǒng)和駕駛員輔助系統(tǒng)的使用，伴隨著BroadR-Reach技術(shù)的日益成熟和標(biāo)準(zhǔn)化的不斷推進(jìn)，基于AVB，SOME/IP等技術(shù)將逐步推廣使用，車載以太網(wǎng)將以單節(jié)點(diǎn)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)的形式進(jìn)行搭載，如使用高分辨率的IP攝像頭的全景泊車等駕駛輔助系統(tǒng)，多屏互動(dòng)的高清信息娛樂系統(tǒng)等進(jìn)入人們的視野。
第三階段，前兩個(gè)階段專注于一個(gè)特定的應(yīng)用領(lǐng)域，在經(jīng)歷的前兩個(gè)階段的積累和磨練，第三階段將使用以太網(wǎng)為車載網(wǎng)絡(luò)骨干，集成動(dòng)力總成、底盤、車身、多媒體、輔助駕駛，真正形成一個(gè)域級別的汽車網(wǎng)絡(luò)。
與傳統(tǒng)總線對比
CAN主要用于車上控制數(shù)據(jù)傳輸，是現(xiàn)役車載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)，最大傳輸速度為 1 Mb/s，可以說興起于20世紀(jì)90年代的控制器局域網(wǎng)（CAN）革命，對于整個(gè)汽車電子行業(yè)發(fā)展的推動(dòng)是巨大的。
LIN 是一種低成本通用串行總線，在汽車領(lǐng)域主要用于車門、天窗、座椅控制等，最大傳輸速度為 20 kb/s。
FlexRay 是繼 CAN 和 LIN 之后的新一代汽車控制總線技術(shù)，同樣屬于共享式總線技術(shù)，帶寬可達(dá) 10Mbps。FlexRay 的主要優(yōu)勢在于相比CAN 總線具有較高的帶寬，可以滿足汽車關(guān)鍵應(yīng)用的要求，但是同樣作為共享式總線技術(shù)，其成本卻很高，主要適用于中高端車中的線控系統(tǒng)（如懸架控制、變速箱控制、制動(dòng)器控制、轉(zhuǎn)向控制等）。
MOST主要支持的多媒體流數(shù)據(jù)傳輸，MOST150標(biāo)準(zhǔn)的最大帶寬為150 Mb/s的，在車載多媒體數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用較多，MOST150支持基于IP的應(yīng)用程序，由于單一供應(yīng)商的問題，基礎(chǔ)開發(fā)成本較高。
LVDS是一種電氣數(shù)字信號系統(tǒng)，通過銅纜雙絞線傳輸高速數(shù)據(jù)（最高可達(dá) 850 Mb/s，最長傳輸距離10 m），是計(jì)算機(jī)總線的一部分。在汽車領(lǐng)域 LVDS 主要用于屏幕和攝像頭之間的數(shù)據(jù)傳輸。
CAN主要用于車上控制數(shù)據(jù)傳輸，是現(xiàn)役車載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用最為廣泛的標(biāo)準(zhǔn)，最大傳輸速度為 1 Mb/s，可以說興起于20世紀(jì)90年代的控制器局域網(wǎng)（CAN）革命，對于整個(gè)汽車電子行業(yè)發(fā)展的推動(dòng)是巨大的。
LIN 是一種低成本通用串行總線，在汽車領(lǐng)域主要用于車門、天窗、座椅控制等，最大傳輸速度為 20 kb/s。
FlexRay 是繼 CAN 和 LIN 之后的新一代汽車控制總線技術(shù)，同樣屬于共享式總線技術(shù)，帶寬可達(dá) 10Mbps。FlexRay 的主要優(yōu)勢在于相比CAN 總線具有較高的帶寬，可以滿足汽車關(guān)鍵應(yīng)用的要求，但是同樣作為共享式總線技術(shù)，其成本卻很高，主要適用于中高端車中的線控系統(tǒng)（如懸架控制、變速箱控制、制動(dòng)器控制、轉(zhuǎn)向控制等）。
MOST主要支持的多媒體流數(shù)據(jù)傳輸，MOST150標(biāo)準(zhǔn)的最大帶寬為150 Mb/s的，在車載多媒體數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用較多，MOST150支持基于IP的應(yīng)用程序，由于單一供應(yīng)商的問題，基礎(chǔ)開發(fā)成本較高。
LVDS是一種電氣數(shù)字信號系統(tǒng)，通過銅纜雙絞線傳輸高速數(shù)據(jù)（最高可達(dá) 850 Mb/s，最長傳輸距離10 m），是計(jì)算機(jī)總線的一部分。在汽車領(lǐng)域 LVDS 主要用于屏幕和攝像頭之間的數(shù)據(jù)傳輸。
而車載以太網(wǎng)其主要特點(diǎn)為以下幾個(gè)方面
1)低成本下的高帶寬
新的汽車功能，如自動(dòng)泊車系統(tǒng)、車道偏離檢測系統(tǒng)、盲點(diǎn)檢測和高級信息娛樂系統(tǒng)等引發(fā)了對新的數(shù)據(jù)總線需求。顯然未來我們需要的是更加開放、高速，且易于與其他電子系統(tǒng)或者設(shè)備集成的車載網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)有助于減少功耗，線束重量和部署成本。對于上述需求以太網(wǎng)似乎能提供一攬子的解決方案，以博通公司采用的突破性 BroadR-Reach 技術(shù)為例，其可用單對的非屏蔽雙絞線進(jìn)行信號傳輸，并能夠提供 100Mbit/s 及更高的寬帶性能，并使電纜重量減輕 30%、降低連接成本可達(dá)80%。
1)低成本下的高帶寬
新的汽車功能，如自動(dòng)泊車系統(tǒng)、車道偏離檢測系統(tǒng)、盲點(diǎn)檢測和高級信息娛樂系統(tǒng)等引發(fā)了對新的數(shù)據(jù)總線需求。顯然未來我們需要的是更加開放、高速，且易于與其他電子系統(tǒng)或者設(shè)備集成的車載網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)有助于減少功耗，線束重量和部署成本。對于上述需求以太網(wǎng)似乎能提供一攬子的解決方案，以博通公司采用的突破性 BroadR-Reach 技術(shù)為例，其可用單對的非屏蔽雙絞線進(jìn)行信號傳輸，并能夠提供 100Mbit/s 及更高的寬帶性能，并使電纜重量減輕 30%、降低連接成本可達(dá)80%。
2)支持不同應(yīng)用的多種協(xié)議和功能
傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)支持的通信協(xié)議較為單一，而車載以太網(wǎng)可以同時(shí)支持AVB、TCP/IP、DOIP、SONIP等多種協(xié)議或應(yīng)用形式。其中，Ethernet AVB 是對傳統(tǒng)以太網(wǎng)功能的擴(kuò)展，通過增加精確時(shí)鐘同步、帶寬預(yù)留等協(xié)議增強(qiáng)傳統(tǒng)以太網(wǎng)音視頻傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，是極具發(fā)展?jié)摿Φ木W(wǎng)絡(luò)音視頻實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)。SOME/IP(Scalable Service-Oriented MiddlewarE on IP)則規(guī)定了車載攝像頭應(yīng)用的視頻通信接口要求，可應(yīng)用于車載攝像頭領(lǐng)域，并通過API實(shí)現(xiàn)駕駛輔助攝像頭的模式控制。
作為AVB協(xié)議的擴(kuò)展，車載時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN, Time-Sensitive Networking)則引入時(shí)間觸發(fā)式以太網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)，能高效的實(shí)現(xiàn)汽車控制類信息的傳輸。此外，1Gbit 速率通信標(biāo)準(zhǔn)的車載以太網(wǎng)同時(shí)還支持 POE(Power Over Ethernet)功能和高效節(jié)能以太網(wǎng)(EEE, Energy-Efficient Ethernet)功能，POE 功能可在雙絞線傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)為連接的終端設(shè)備供電，省去了終端外接電源線，降低了供電的復(fù)雜度。
3)無線功能
多年來，最能體現(xiàn)以太網(wǎng)是如何適應(yīng)新需求的、發(fā)掘新潛力的事例之一就是當(dāng)前非常流行的無線網(wǎng)絡(luò)wifi的引入。類似于Broadcom公司的BroadR-Reach，WiFi也有專供汽車使用的變體，“汽車環(huán)境無線存取”WAVE；2010年發(fā)布的IEEE802.11p通信規(guī)范對WAVE進(jìn)行了定義，后被寫入IEEE802.11-2012主標(biāo)準(zhǔn)中。車載以太網(wǎng)的普及無疑將成為WAVE引入汽車最佳催化劑，而在智能交通時(shí)代，WAVE也將為V2X提供新的想象空間。
傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)支持的通信協(xié)議較為單一，而車載以太網(wǎng)可以同時(shí)支持AVB、TCP/IP、DOIP、SONIP等多種協(xié)議或應(yīng)用形式。其中，Ethernet AVB 是對傳統(tǒng)以太網(wǎng)功能的擴(kuò)展，通過增加精確時(shí)鐘同步、帶寬預(yù)留等協(xié)議增強(qiáng)傳統(tǒng)以太網(wǎng)音視頻傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性，是極具發(fā)展?jié)摿Φ木W(wǎng)絡(luò)音視頻實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)。SOME/IP(Scalable Service-Oriented MiddlewarE on IP)則規(guī)定了車載攝像頭應(yīng)用的視頻通信接口要求，可應(yīng)用于車載攝像頭領(lǐng)域，并通過API實(shí)現(xiàn)駕駛輔助攝像頭的模式控制。
作為AVB協(xié)議的擴(kuò)展，車載時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)(TSN, Time-Sensitive Networking)則引入時(shí)間觸發(fā)式以太網(wǎng)的相關(guān)技術(shù)，能高效的實(shí)現(xiàn)汽車控制類信息的傳輸。此外，1Gbit 速率通信標(biāo)準(zhǔn)的車載以太網(wǎng)同時(shí)還支持 POE(Power Over Ethernet)功能和高效節(jié)能以太網(wǎng)(EEE, Energy-Efficient Ethernet)功能，POE 功能可在雙絞線傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)為連接的終端設(shè)備供電，省去了終端外接電源線，降低了供電的復(fù)雜度。
3)無線功能
多年來，最能體現(xiàn)以太網(wǎng)是如何適應(yīng)新需求的、發(fā)掘新潛力的事例之一就是當(dāng)前非常流行的無線網(wǎng)絡(luò)wifi的引入。類似于Broadcom公司的BroadR-Reach，WiFi也有專供汽車使用的變體，“汽車環(huán)境無線存取”WAVE；2010年發(fā)布的IEEE802.11p通信規(guī)范對WAVE進(jìn)行了定義，后被寫入IEEE802.11-2012主標(biāo)準(zhǔn)中。車載以太網(wǎng)的普及無疑將成為WAVE引入汽車最佳催化劑，而在智能交通時(shí)代，WAVE也將為V2X提供新的想象空間。
4)適應(yīng)未來的能力
歷史經(jīng)驗(yàn)告訴我們，以太網(wǎng)之所以長期以來如此成功，主要原因之一便是以太網(wǎng)是一種可持續(xù)更新、發(fā)展的技術(shù)。在經(jīng)歷了標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)(10Mbps)、快速以太網(wǎng)(100Mbps)和千兆以太網(wǎng)(Gigabit Ethernet)推進(jìn)和發(fā)展后，以太網(wǎng)還在繼續(xù)著不斷的自我迭代升級。當(dāng)然在支持帶寬持續(xù)增長的同時(shí)，它任然保持對原有系統(tǒng)的兼容性。所以說：一旦以太網(wǎng)技術(shù)推廣至汽車行業(yè)，它帶來的不僅僅是一種成熟的通信技術(shù)，更是一種對未來的適應(yīng)能力。
未來定位
隨著汽車的大量應(yīng)用，車載電子系統(tǒng)除了數(shù)量在增加外，復(fù)雜性也在不斷增加，需要的帶寬也隨之大幅增加，對車內(nèi)互連系統(tǒng)提出了更苛刻的要求。在不增加成本的前提下，如何將車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一簡化并兼具開放性、兼容性是整車廠的夢想。
而車載以太網(wǎng)使用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供了100Mbps 的帶寬，能更好地滿足當(dāng)前以及未來汽車發(fā)展對通信的需求。
而未來我公司深研車載以太網(wǎng)，并且要成為全球最具有資深、實(shí)力的領(lǐng)跑者；另外我公司為全球車場、供應(yīng)商等提供技術(shù)支持與咨詢服務(wù)。
歷史經(jīng)驗(yàn)告訴我們，以太網(wǎng)之所以長期以來如此成功，主要原因之一便是以太網(wǎng)是一種可持續(xù)更新、發(fā)展的技術(shù)。在經(jīng)歷了標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)(10Mbps)、快速以太網(wǎng)(100Mbps)和千兆以太網(wǎng)(Gigabit Ethernet)推進(jìn)和發(fā)展后，以太網(wǎng)還在繼續(xù)著不斷的自我迭代升級。當(dāng)然在支持帶寬持續(xù)增長的同時(shí)，它任然保持對原有系統(tǒng)的兼容性。所以說：一旦以太網(wǎng)技術(shù)推廣至汽車行業(yè)，它帶來的不僅僅是一種成熟的通信技術(shù)，更是一種對未來的適應(yīng)能力。
未來定位
隨著汽車的大量應(yīng)用，車載電子系統(tǒng)除了數(shù)量在增加外，復(fù)雜性也在不斷增加，需要的帶寬也隨之大幅增加，對車內(nèi)互連系統(tǒng)提出了更苛刻的要求。在不增加成本的前提下，如何將車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一簡化并兼具開放性、兼容性是整車廠的夢想。
而車載以太網(wǎng)使用最廣泛的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)提供了100Mbps 的帶寬，能更好地滿足當(dāng)前以及未來汽車發(fā)展對通信的需求。
而未來我公司深研車載以太網(wǎng)，并且要成為全球最具有資深、實(shí)力的領(lǐng)跑者；另外我公司為全球車場、供應(yīng)商等提供技術(shù)支持與咨詢服務(wù)。