以太網的案例
科普 | 車載以太網入門介紹
寫在最后
隨著智能汽車的發展，相信車載以太網將會更加廣泛地應用。但同時我們應該注意，傳統以太網已經發展多年，車載以太網也已經應用了十多年。這期間積累的各式協議和規范浩如煙海，我們作為汽車工程師要去熟悉每份協議實屬困難。
也許我們可以從抽象的高層次去理解車載以太網，然后再根據各自的具體需求再有針對性地查閱相關具體的協議。例如對如業務應用的算法工程師來說，也許了解下SOME/IP協議就足夠了，底層的IP協議、MAC協議等對于上層應用不可見，無需多花時間。而這也是以太網分層協議的初衷。希望這篇文章能夠拋磚引玉，幫助大家勾起生活中對以太網的常識，同時對車載以太網有所初識。
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以太網技術著重分層思想，例如底層使用百兆以太網還是千兆以太網，并不影響其上層的TCP協議，這就為平臺化提供了良好的土壤。高端車型和入門車型可以方便的在某一層替換，而不影響其他層的應用。
車載以太網與家用以太網
既然以太網這么多成熟的技術可以借鑒，那是不是把我們家里的路由器和網線往車上一裝就完事了？那顯然不是。汽車作為工業皇冠的明珠，具有很多獨特的要求。而家用以太網和車載以太網主要有這些差別：
1. 物理連接魯棒性。
家里用的電腦和網線等都處于穩定狀態，動來動去的機會不多。但是汽車本身的使用環境就要求了車載以太網連接必須皮實，能耐振動、耐腐蝕、抗高低溫和抗電磁干擾等。
圖4:家用與車載以太網的連接器對比
2. 物理線束重量和成本敏感度。
家用以太網常用的RJ45接口需要用8根線來傳輸。但是汽車對線束的重量和成本都很敏感。車載以太網一般都基本采用帶T1的標準，如IEEE 100BASE-T1、IEEE 1000BASE-T1，使用一對雙絞線共兩根線進行數據傳輸。
圖5:家用與車載以太網的線束對比
3. 網絡管理。
家里的路由器一般插上電就一直在工作，而電腦等終端設備可以采用Wake on LAN來進行網絡喚醒。但是車上的電量異常寶貴，以太網網絡拓撲也較復雜。因此車載以太網需要更為完善復雜的網絡管理機制來保證各個節點正確地休眠喚醒。
4. 時間/丟包敏感度。
大家上網看視頻或者用手機打游戲的時候遇到網絡卡頓或者丟幀的情況，雖然不爽，但也算可以接受。
展開 汽車以太網會最終勝出嗎？
汽車以太網互操作
改善汽車以太網中TSN功能還有更多的工作需要去做。以太網是一個OSI第二層協議，附著在各種PHY（第一層）選項上。對于標準的以太網（例如用于辦公室網絡）第三層通常是IP，第四層通常是TCP，但偶爾是UDP。
因此，雖然以太網在許多應用中發揮著作用，但它只是整個網絡堆棧中的一層。但是，今天的“汽車以太網”的概念采用了第二層的概念，并將其分配給整個堆棧。事實上，隨著TSN功能的標準化，這似乎已經進入了人們的思維。
Schlechter說：“在以太網之前，汽車領域的每一個通信協議都是一個完整的堆棧。在汽車以太網中，他們實際上是在談論一些傳輸的問題。”
圖2：七層OSI網絡堆棧。在左邊，一個典型的桌面計算堆棧通過傳輸層顯示出來。在右邊，TSN的功能已經跨越了通常遠遠超出以太網范圍的層。
TSN的功能是在提供系統間互操作的層面上指定的，它包括傳統上可能存在于更高層次的元素。全棧傾向于用軟件來實現上層，硬件在第一層和第二層的一部分占主導地位。事實證明，雖然系統可以互操作，但TSN規范還沒有被設定在一個允許芯片明確互操作的水平。
Swanson說：“結果是，針對這些不同的市場提供了不同‘口味’的以太網。有一個汽車配置文件，一個工業配置文件，一個服務供應商配置文件，以及一個航空航天配置文件。還可能有其他一些。
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車載以太網總體架構
正由于上述IEEE組織，OPEN Aliance SIG組織, AVNU組織，AUTOSAR組織的共同發展與合作，進而規范了車載以太網符合OSI模型的整體架構，如下圖1所示：
圖1 車載以太網OSI總體架構
首先針對圖1中AVNU，IEEE，AUTOSAR以及OPEN Aliance SIG組織做簡要介紹，以便能夠較為清晰地了解各組織在車載以太網總體架構的主要貢獻及主要目標。
AVNU： 致力于推進AVB/TSN時間敏感網絡在汽車領域的應用，使以太網成為一種時間確定性的實時網絡；
IEEE： 電氣與電子工程師協會，其中802.3工作小組致力于推進以太網相關標準的制定與完善；
AUTOSAR: 汽車開放式系統架構組織，致力于實現汽車軟硬之間解耦的標準同時也為車載以太網軟件層級作出了相關規范說明；
OPEN Aliance SIG: 為非盈利性的汽車行業和技術聯盟，旨在鼓勵大規模使用以太網作為車聯網標準；
同時，從上圖中可以看出標記為“IT”則為傳統以太網技術協議規范，而標記為“Automotive”則為車載以太網技術協議規范。
顯而易見，除了物理層、UDP-NM、DOIP、SOME/IP、SD這五個模塊為車載以太網技術協議規范之外，其余均為傳統以太網技術。
物理層
車載以太網與傳統以太網相比，車載以太網僅需要使用1對雙絞線，而傳統以太網則需要多對，線束較多。
同時，傳統以太網一般使用RJ45連接器連接，而車載以太網并未指定特定的連接器，連接方式更為靈活小巧，能夠大大減輕線束重量。
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標準
在車載網絡方面，玩家是很多的，也推出了各自的標準，如下：
其中OPEN Alliance和電氣與電子工程師協會（IEEE）制定的標準是車載以太網領域比重最大和應用最廣泛的，例如我們熟知的100BASE-T1和1000BASE-T1。
自1980年以來，IEEE一直負責以太網的維護、開發和標準化。盡管各個公司都可提供專有的以太網解決方案，但大多數時候公司都會交給IEEE進行標準化以確保更廣泛的應用。802工作組則專門負責以太網，因此，所有與以太網相關的標準都以802開頭（例如，IEEE 802.1，IEEE 802.2，IEEE 802.3等）。
OPEN Alliance SIG是由汽車制造商和供應商組成的聯盟，目的是促進以太網在汽車工業中的進一步發展。OPEN Alliance SIG與IEEE合作，將汽車以太網轉換為通用標準。就目前的車載以太網標準方面，主流標準的是如下幾個，目前主要是第二個100BASE-T1：用單對雙絞線實現100Mbit/s的數據傳輸，走的靠前的OEM則使用更快的千兆以太網。
車載以太網的網絡分層和拓撲
OSI七層網絡模型（OSI=Open Systems Interconnection）是互聯網發展過程中一個很重要的模型。OSI是一個開放性的通信系統互連參考模型，其含義就是建議所有公司使用這個規范來控制網絡。只有統一通信規范時，才能實現真正的互聯化。
展開 技術分享 | 車載以太網技術的深度解析與核心應用
車載以太網憑借其高帶寬、低延遲和標準化優勢，正成為新一代汽車電子架構的核心通信技術。
本文將系統介紹車載以太網的技術特點、技術細節，并解析康謀(Keymotek)在該領域的創新產品和解決方案。
一、車載以太網概述
車載以太網(Automotive Ethernet)是專為汽車環境設計的以太網技術，在傳統以太網基礎上進行了汽車級適應性改造。它采用單對非屏蔽雙絞線實現高速數據傳輸，同時滿足汽車行業對電磁兼容性、溫度范圍和可靠性的嚴苛要求。
與傳統IT以太網相比，車載以太網具有以下特點：
（1）物理層優化：采用單對雙絞線(如100BASE-T1)而非四對雙絞線；
（2）滿足汽車EMC要求：更強的抗干擾能力；
（3）支持時間敏感網絡(TSN)：確保關鍵控制指令的實時性；
（4）工作溫度范圍更廣：-40°C至+125°C；
（5）輕量化設計：減少線束重量和復雜度。
二、車載以太網的重要性與必要性
車載以太網作為智能汽車數字化轉型的核心基礎設施，其應用不僅是技術演進的選擇，更是行業發展的必然要求。下面將從帶寬、架構、實時性、成本及未來擴展五個關鍵維度，解釋其重要性與必要性。
（1）高帶寬需求驅動
智能駕駛與傳感器融合：L3及以上自動駕駛需要處理大量傳感器數據（攝像頭、激光雷達、雷達等），傳統總線（如CAN、LIN）帶寬不足（CAN最高僅1 Mbps），而車載以太網可提供1 Gbps甚至10 Gbps的帶寬，滿足實時數據傳輸需求；
高分辨率信息娛樂系統：4K/8K屏幕、AR-HUD、多屏互動等依賴高速網絡，以太網支持多媒體數據的低延遲傳輸。
展開 詳解各類以太網標準
來源 |
汽車ECU開發
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以太網（Ethernet）是現實世界中最普遍的一種計算機網絡，最早是由美國的Xerox公司和Stanford大學合作研制出來的。1980年，DEX、Intel和Xerox 3個公司合作制定了有關以太網的工業標準，提出了Ethernet規范V1.0，即藍皮書《以太網：數據鏈路層和物理層規范1.0版》。1982年修改為第二版規范，即DIX Ethernet V2，成為世界上第一個局域網產品的規范。1983年，IEEE802委員會以DIX Ethernet V2為基礎，推出了IEEE802.3。IEEE802.3標準是以太網核心的內容，也是一個不斷發展的協議體系。截止到現在IEEE802.3工作組總共定義了標準以太網、快速以太網、千兆以太網、萬兆以太網、新型以太網五大以太網標準體系。這些標準最明顯的區別就是速率不同。
展開 車載以太網技術發展與測試方法
基于這些考慮，以太網技術進入了人們的視線。但傳統的以太網主要應用于工業和消費級領域，汽車電子環境更為嚴酷，應力條件和EMC要求更高，因此傳統的以太網技術在汽車中并不適用。為了解決這些問題，車載以太網應運而生，具備更高的傳輸速率 （100 Mb/s & 1000 Mb/s），適應嚴苛的汽車電子應用環境（溫度、應力、復雜電子環境），成本更低、質量更輕，高可靠性、低功耗，低電磁輻射、滿足特定EMC標準。
2008年，BMW第—次將100Base-T應用到車載診斷系統（OBD）。2011年，博通推出了BroadR-Reach車載以太網技術，實現以太網從OBD應用到車載網絡的過渡。2011年11月，由博通、恩智浦、飛思卡爾和哈曼國際發起的OPEN聯盟（One-Pair Ethernet Alliance）成立，旨在推動將基于以太網的技術標準應用于車聯網中。2014年，BMW-X5成為首款采用BroadR-Reach以太網技術的量產車型。目前，眾多品牌車型上都使用了BroadR-Reach技術，如寶馬X3、X4、 X5、X6、i3、i8、6系和7系，捷豹XJ、XF，大眾帕薩特等。未來，將會有越來越多的量產車型采用車載以太網技術。
1. 車載以太網技術
1.1 車載以太網技術簡介
車載以太網是一種用以太網連接車內電子控制單元（ECU）的新型局域網技術。與普通以太網技術采用4對非屏蔽雙絞線傳輸數據不同，車載以太網是在單對非屏蔽雙絞線上可實現100 Mb/s甚至1 Gb/s的數據傳輸速率。相比普通的以太網，能夠更加適應車輛環境，滿足汽車行業對高可靠性、低電磁輻射、低功耗、帶寬分配、低延遲以及同步實時性等方面的要求。
展開 車載通訊系統：車載以太網的協議簇泛讀
BroadR-Reach技術是一種汽車專用的以太網標準，車載以太網與傳統以太網最大的不同就是PHY的不同，專用汽車的PHY（收發器芯片）實現了在一對非屏蔽雙絞線（UTP）上能夠進行雙向傳輸，提供100Mbit/s 及更高的寬帶性能，并進行了優化處理以滿足車載EMC要求。與此同時，保留了標準的IEEE MAC接口，用于支持AVB、TCP/IP、DoIP等多種協議或應用形式。
車載以太網開發咨詢服務
經驗及資質
? 18年車載網絡工程咨詢服務經驗
? 8年車載以太網專項研發經驗
? 40人以上車載以太網專職工程咨詢團隊
? 多個車載以太網量產車型項目經驗
? 多個相關領域團隊及經驗支撐：架構&硬件&軟件&EMC&功能安全&信息安全
? 行業核心技術聯盟成員：OPEN、aVnu、AUTOSAR
? 多個國外專業公司合作伙伴及代理產品
? 長城、吉利、北汽認證車載以太網測試實驗室
車載以太網部分關鍵技術
聯盟資質
經緯恒潤
北京市海淀區知春路7號致真大廈D座6層
郵箱：market_dept@hirain.com
網址：www.hirain.com
展開 輕量、便捷、高效—經緯恒潤AETP助力車載以太網測試
車載以太網作為一種快速且擴展性好的網絡技術，已經逐步成為了汽車主干網的首選。此外，為了滿足車載網絡日益復雜的通信需求（時延、抖動、Qos需求），越來越多的協議被使用，如DDS、TSN等，隨之而來的則是更多新技術的測試驗證需求。
經緯恒潤自主研發的車載以太網AETP（Automotive Ethernet Test Package）測試套件覆蓋全面，滿足車載以太網各個協議棧的測試需求，使用簡單且擴展性好，有助于提高測試質量、縮短測試周期。
AETP歸屬于經緯恒潤INTEWORK產品線，是基于測試軟件INTEWORK-TAE開發的車載以太網測試套件。AETP測試范圍覆蓋全面，既能夠完成TC8 V3.0國際標準測試，也能夠滿足主機廠自定義的車載以太網測試需求；AETP擁有輕量化的測試環境、便捷的操作模式以及高效的二次開發環境等特點，具有廣泛的應用場景。同時，隨著車載以太網技術不斷發展，經緯恒潤AETP也基于以往版本的基礎上，不斷進行更新迭代，滿足新興的AVB/TSN、DDS測試、服務接口測試等需求。
經緯恒潤于2013年開始以太網車載業務的技術預研和布局。目前，車載以太網團隊已經為五十余位客戶提供了開發及測試咨詢服務，助力整車廠實現高效、可靠的產品測試。未來，經緯恒潤將繼續緊跟智能駕駛行業發展趨勢，聚焦智能化和網聯化技術變革，持續創新，為汽車行業發展貢獻自己的一份力量！
展開 
感知傳感器的以太網連接
特別是從傳統的同軸電纜切換到以太網傳輸——我們來探討一下這個對于將來線束和連接器設計很重要的話題。
▲圖1.感知傳感器的以太網
汽車以太網技術都使用單根雙絞線（T1）和點對點網絡拓撲，主要區別在于數據速率和編碼方法。
Part 1
傳統的處理
在汽車里面，同軸電纜供電（PoC）提供了一個緊湊型解決方案，配備了廣泛使用的平板顯示器（FPD）鏈路III數字視頻接口。解串器通過同軸電纜輸電與控制信號，而串行器通過同一根電纜發回視頻信號。
▲圖2.同軸電纜的作用
在大眾的原有三域控制里面，ICAS1 網關接上了前視和后視控制模塊。也就是車企開始嘗試使用以太網100Base-T1（IEEE 802.3bw 中100Mb/s以太網標準），最初是Broadcom BroadR-Reach，使用 PAM3 編碼、全雙工通信和點對點拓撲。100Base-T1 用于需要中等高數據速率的應用，它的主要目的是取代了現有技術（更重和更昂貴的電纜的MOST和LVDS），目前在ADAS領域的幾個攝像頭都可以用來做取代。
▲圖3.大眾MEB的里面的變化
Part 2
成本的差異比較
在之前泊車分析中，其實有一種替代的考慮，也就是在上一代Taycan J1平臺切換到后續的以太網連接，把同軸線纜做替代。主要在攝像頭、線束和主控模塊幾方面有調整。
展開 車載以太網的防火墻
典型的區域劃分比如有車聯網與車載網絡的劃分，以太網與CAN-FD的劃分，算力平臺與傳感器的劃分等。
有了不同的區域劃分，那么跨區域的訪問或者通訊就需要有相應的控制約束，才能實現安全。當然在網絡中，要控制的不是熊熊烈火，而是滾滾的數據流量。
圖1：防火墻概念圖
傳統CAN或者LIN等通訊機制簡單，應用防火墻技術顯得比較雞肋。只有在車載以太網上數據量大、情況復雜的網絡場景下才值得用防火墻來保護。同時，防火墻技術的底層支撐是相應的軟硬件資源，電子控制器必需具備一定的計算能力才能應用防火墻技術。
隨著汽車智能化和網聯化的發展，汽車網絡信息安全的重要性越來越明顯。車載以太網的應用日益廣泛，控制器的計算能力也日益強大。此時，源自傳統互聯網的防火墻技術，無疑是汽車網絡信息安全的一枚重要武器。
車載以太網防火墻部署
上文提到，防火墻的位置部署與區域隔離息息相關。因此，在介紹防火墻之前，我們先簡單介紹下車載以太網的區域劃分。
如下圖2是一種典型的車載網絡架構，主要由幾個關鍵功能域控制器及其下屬的傳感器和控制器組成。域控制器及其相關控制器組成一個虛擬局域網（VLAN），然后通過以太網連接到中央網關（GATEWAY）上。而中央網關作為車載以太網的重要節點，主要體現在：
1. 作為局域網之間溝通的路由器（Router），溝通各個車載本地網絡，如下圖的ADAS域與Powertrain域之間的通信。
2. 作為車內、車外網絡的分界線。例如下圖中Connectivity區域通常包含Tbox, WLAN、 藍牙等無線連接器件，也是通過中央網關與車內網絡脫開。
展開 車載以太網的未來：OPEN Alliance下17個技術委員會的最新進展與行業影響（上）
TC7 Gigabit Ethernet over Optical Fiber（in progress）
TC7的目標是推動汽車多千兆以太網光纖技術的發展，滿足車載網絡對高速數據傳輸的需求。因此，TC7負責制定IEEE802.3cz/dh標準的補充文檔，范圍涵蓋連接器接口、封裝、測試套件等關鍵技術要素。為了確保全球技術標準的統一和協調，TC7小組還負責將提案提交至ISO 21111系列進行文檔維護。
注：ISO 21111系列標準包括車載以太網要求和測試計劃。一般來說，以太網要求在ISO/IEC/IEEE 8802-3中進行規定。ISO 21111系列提供了補充規范（例如喚醒、I/O功能），這些規范是車載以太網應用所必需的。
由于從2022年12月開始小組活動擴展廣泛，為了更靈活地適應不斷增長的工作需求TC7內部進行了一次重組。每個子組會根據活動情況每月召開1-4次會議，確保工作能夠高效推進。目前，各子組不同程度的進展如下：
TC7 PMD光學線束和組件子組（PMD Optical Harness and components SG）
該子組成員包括OEM、線束供應商和設備供應商等，在2023年的第二和第四季度，討論范圍從物理層的通信通道符合光學通信要求到基于IEEE 802.3cz/dh標準定義的鏈路段符合多千兆以太網光纖，并計劃將這些要求轉化為ISO/IEC規范。盡管在第四季度由于IEEE 802.3dh的撤銷，某些活動計劃被撤回，但子組仍然在每月的第二個星期四定期舉行會議，以推進文檔的完善和標準化工作。
展開 三菱Q系列PLC和WinCC以太網通訊的組態步驟
工控課堂
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（DownLoad）
WinCC 從 V7.0 SP2 版本開始增加了三菱以太網驅動程序，支持和三菱 FX3U、Q 系列 PLC 進行以太網通訊。本文檔主要介紹了 WinCC 和三菱Q 系列以太網通訊的組態步驟。
