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車載以太網(wǎng)協(xié)議——物理層

物理層的內(nèi)容我們?cè)谇斑叺膬?nèi)容中提過(guò)了很多，這也是車載以太網(wǎng)和常規(guī)以太網(wǎng)的重要的區(qū)別點(diǎn)：PHY芯片的不同。

Automotive ethernet的現(xiàn)階段的物理層協(xié)議主要是100Mbase-T1的IEEE802.3bw；1000Mbase-T1的IEEE802.3bp；IEEE802.3ch對(duì)應(yīng)的2.5G 5G10G。【備注：現(xiàn)階段的10M車載以太網(wǎng)還沒(méi)有開始推進(jìn)使用對(duì)應(yīng)的物理層協(xié)議IEEE 802.3cg】

因此對(duì)于物理層的內(nèi)容大家可以通過(guò)以上四份IEEE文件來(lái)學(xué)習(xí)，一般情況下了解基本的組成結(jié)構(gòu)以及l(fā)ink-up的過(guò)程、config的流程即可，剩下的交給專業(yè)的EE硬件工程師來(lái)完成吧。

物理層主要作用：

1）定義硬件接口；

2）定義信號(hào)與編碼；

3）定義數(shù)據(jù)與信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換收發(fā)；

4）定義link模式確認(rèn)master/slave；

車載以太網(wǎng)協(xié)議——數(shù)據(jù)鏈路層

數(shù)據(jù)鏈路層的協(xié)議對(duì)應(yīng)的內(nèi)容就多起來(lái)了，主要是分成三個(gè)大部分：

1、Etherent MAC，對(duì)于介質(zhì)訪問(wèn)控制協(xié)議的了解大家可以參考常規(guī)以太網(wǎng)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)來(lái)學(xué)習(xí)；

• 數(shù)據(jù)發(fā)送，MAC協(xié)議會(huì)判斷當(dāng)前是否適合發(fā)送數(shù)據(jù)，若能，它會(huì)在將要發(fā)送的數(shù)據(jù)上附加一些控制信息，最終使數(shù)據(jù)以規(guī)定的格式到達(dá)物理層；
• 數(shù)據(jù)接收，它會(huì)判斷數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)誤，如果沒(méi)有錯(cuò)誤的話，它會(huì)去掉附加的控制信息發(fā)送至LCC（邏輯鏈路控制）子層；
• SMI接口包括MDIO（控制和管理PHY以獲取PHY的狀態(tài)）和MDC（為MDIO提供時(shí)鐘）；
• MDC由MAC提供，MDIO是一根雙向的數(shù)據(jù)線。用來(lái)傳送MAC層的控制信息和物理層的狀態(tài)信息；
• MDIO數(shù)據(jù)與MDC時(shí)鐘同步，在MDC上升沿有效；

2、VLAN協(xié)議，局域網(wǎng)協(xié)議保持跟常規(guī)以太網(wǎng)的完全一致，因此這部分大家也可以參考常規(guī)以太網(wǎng)的內(nèi)容來(lái)學(xué)習(xí)；

VLAN將一個(gè)物理的LAN在邏輯上劃分成多個(gè)廣播域的通信技術(shù)。VLAN內(nèi)的主機(jī)間可以直接通信，而VLAN間不能直接通信，從而將廣播報(bào)文限制在一個(gè)VLAN內(nèi)；

當(dāng)Node數(shù)目較多時(shí)會(huì)導(dǎo)致沖突嚴(yán)重、廣播泛濫、性能顯著下降甚至造成網(wǎng)絡(luò)不可用等問(wèn)題，通過(guò)VLAN可以解決沖突嚴(yán)重的問(wèn)題，隔離廣播報(bào)文和提升網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量；

用VLAN可以劃分不同的用戶到不同的工作組，同一工作組的用戶也不必局限于某一固定的物理范圍，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和維護(hù)更方便靈活。

3、AVB&&TSN協(xié)議，更應(yīng)該稱之為協(xié)議簇，正常的AVB協(xié)議發(fā)展成為今天的TSN協(xié)議，這部分內(nèi)容是車載以太網(wǎng)相對(duì)比較獨(dú)特的部分，TSN協(xié)議族包含了定時(shí)與同步、延時(shí)、可靠性、資源管理這四個(gè)類別的子協(xié)議。

TSN協(xié)議相對(duì)而言包含了眾多的協(xié)議內(nèi)容，但是TSN協(xié)議是在二層以上，建立在數(shù)據(jù)鏈路層的上的協(xié)議簇：

Published TSN Standards

Referred to AVB standards

Ongoing TSN Projects

車載以太網(wǎng)協(xié)議——網(wǎng)絡(luò)層

車載以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)層支持的協(xié)議應(yīng)該有很多，但是我們實(shí)際的使用中主要是兩個(gè)：ARP協(xié)議和IP協(xié)議。

ARP協(xié)議：控制報(bào)文協(xié)議，也稱地址解析協(xié)議，是根據(jù)IP地址獲取物理地址的一個(gè)TCP/IP協(xié)議。它可以解決同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)主機(jī)或路由器的IP地址和MAC地址的映射問(wèn)題。

IP協(xié)議： 主要是包含了IPv4和IPv6兩個(gè)版本，工作中IPv4最為主要和常用。IP主要包含三方面內(nèi)容：IP編址方案、分組封裝格式及分組轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則。

對(duì)于CIDR（無(wú)類域間路由），無(wú)類域間路由（Classless Inter-Domain Routing，CIDR）它不區(qū)分A 類、B 類、C 類地址，而是使用CIDR 前綴的值指定地址中作為網(wǎng)絡(luò)ID 的位數(shù)。這個(gè)前綴可以位于地址空間的任何位置，讓管理者能夠以更靈活的方式定義子網(wǎng)，以簡(jiǎn)便的形式指定地址中網(wǎng)絡(luò)ID 部分和主機(jī)ID 部分。

基本上網(wǎng)絡(luò)層的協(xié)議保持了一致性，只是在一定程度上禁用了部分功能，但是主體上車載和非車載協(xié)議內(nèi)容保持了完全的一致性。IP協(xié)議最為重要，應(yīng)用層的大部分協(xié)議是基于IP協(xié)議來(lái)作為基礎(chǔ)的。

車載以太網(wǎng)協(xié)議——傳輸層

傳輸層的情況基本上是類似網(wǎng)絡(luò)層，保持了車載和非車載的一致性，主要是支持ICMP、UDP、TCP。

ICMP保持了我們最基礎(chǔ)的測(cè)試命令的使用場(chǎng)景：PING和tracert功能，本身相對(duì)使用情況比較單一，大家可以熟悉一下邏輯即可；

UDP和TCP協(xié)議兩者的區(qū)別和使用場(chǎng)景有很多的文章展示這部分內(nèi)容，后期有時(shí)間可以好好的總結(jié)一下相關(guān)的內(nèi)容；

傳輸層的主要是UDP和TCP兩種傳輸協(xié)議，大家對(duì)于這部分內(nèi)容可以查閱協(xié)議，內(nèi)容較多，在此就不展開描述了。

車載以太網(wǎng)協(xié)議——應(yīng)用層

應(yīng)用層的協(xié)議多數(shù)是依托網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議，傳輸層的TCP/UDP協(xié)議來(lái)展開的，車載以太網(wǎng)的應(yīng)用層協(xié)議主要是：UDPNM（網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議）、DHCP（動(dòng)態(tài)主機(jī)配置協(xié)議）、SOME/IP（服務(wù)中間件）、DoIP（診斷協(xié)議）以及XCP（標(biāo)定協(xié)議）等。

DoIP：基于以太網(wǎng)的診斷傳輸協(xié)議，能夠?qū)DS進(jìn)行封裝并基于IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸；應(yīng)用于車輛檢查和維修、車輛或ECU軟件的重編程、車輛或ECU的下線檢查和維修等，其主要工作原理類似于Diagnostic over CAN（或稱為DoCAN）。

備注：現(xiàn)階段的OBD的診斷接口是使用的常規(guī)以太網(wǎng)TX協(xié)議來(lái)完成，后期可以完全實(shí)現(xiàn)車載系統(tǒng)，并需要診斷設(shè)備的支持。

XCP 全稱UniversalCalibration Protocol，是由ASAM (Association for Standardization ofAutomation and Measuring Systems,簡(jiǎn)稱ASAM)組織在2003年提出的可在不同的通信總線上進(jìn)行標(biāo)定的新型標(biāo)定協(xié)議，這里的X代表不同的傳輸層上傳輸(CAN、Ethernet、FlexRay、SCI、SPI、USB)。

XCPon Ethernet能夠基于以太網(wǎng)進(jìn)行車載控制器的標(biāo)定，主要用于標(biāo)定、測(cè)量、少量的編程和刷新（大部分刷新會(huì)利用診斷協(xié)議）、ECU旁路功能等。基于以太網(wǎng)的XCP既可以使用TCP也可以使用UDP。

那么XCP主要的用處以下總結(jié)為四點(diǎn)：

a.標(biāo)定

b.測(cè)量（反饋一些變量的值供上位機(jī)或測(cè)試系統(tǒng)查看，如轉(zhuǎn)速等）

c.編程和刷新（例如更新一部分地址的數(shù)據(jù)值，甚至重編程等，這部分用的較少一般用UDS）

d.對(duì)ECU功能進(jìn)行旁路，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是模擬ECU的數(shù)據(jù)

UDPNM：是AUTOSAR組織制定的基于汽車以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議，能夠有效的實(shí)現(xiàn)車載以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的協(xié)同睡眠和喚醒，其主要工作原理類似于AUTOSAR的CANNM。正常情況下：應(yīng)用層的UDPNM+物理層TC10完成整個(gè)汽車以太網(wǎng)系統(tǒng)的休眠喚醒設(shè)計(jì)。

SOME/IP協(xié)議 作為和DDS同類的中間件協(xié)議，也成為SOA架構(gòu)下重要協(xié)議類型

特點(diǎn)：

基于服務(wù)的通信方式；

占用空間小；

與autosar兼容；

可伸縮性（大小平臺(tái)都可以使用）；

兼容性——可用于車內(nèi)各種操作系統(tǒng)（Autosar 、OSEK、QNX以及Linux）

A

BOUT Ethernet

汽車以太網(wǎng)協(xié)議

由OPEN聯(lián)盟倡議的BroadR-Reach標(biāo)準(zhǔn)得到了大多數(shù)的業(yè)界支持，IEEE根據(jù)BroadR-Reach標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布了“更通用的標(biāo)準(zhǔn)”。這些標(biāo)準(zhǔn)包括100Base-T1和1000Base-T1及剛發(fā)布的10Base-T1S。

BroadR-Reach技術(shù)是一種汽車專用的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，車載以太網(wǎng)與傳統(tǒng)以太網(wǎng)最大的不同就是PHY的不同，專用汽車的PHY（收發(fā)器芯片）實(shí)現(xiàn)了在一對(duì)非屏蔽雙絞線（UTP）上能夠進(jìn)行雙向傳輸，提供100Mbit/s 及更高的寬帶性能，并進(jìn)行了優(yōu)化處理以滿足車載EMC要求。與此同時(shí)，保留了標(biāo)準(zhǔn)的IEEE MAC接口，用于支持AVB、TCP/IP、DoIP等多種協(xié)議或應(yīng)用形式。