車載以太網
關注創建者：經緯恒潤 創建時間：2020-07-15
車載以太網的視頻教程
車載以太網的實例教程
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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。
展開 隨著汽車智能化、網聯化的發展，傳統車載網絡如CAN、LIN等已無法滿足日益增長的數據傳輸需求。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 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 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。
1.2 車載以太網協議架構
車載以太網協議架構對應OSI參考模型，主要分為物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層、應用層，每一層都有各自的功能，車載以太網的協議架構圖和支持的應用協議及協議簇見圖1。
1.2.1 物理層與數據鏈路層
車載以太網的物理層采用博通公司的BroadR-Reach技術，源于100Base-TX及1000Base-T技術，由博通公司聯合恩智浦、飛思卡爾、哈曼國際等發起成立的OPEN聯盟（One- Pair Ethernet Alliance）進行推動，并成為開放的產業標準。
BroadR-Reach技術在—對UTP上全雙工傳輸100 Mb/s原始數據，傳輸距離可以達到5 m，因此，BroadR-Reach技術也稱為百兆以太網技術。BroadR-Reach車載以太網信號具備3電平，采用PAM-3編碼，傳輸頻率66.66 MHz，1 bit時間間隔為15 ns。
展開 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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車載網絡：車載以太網、CAN總線、車載無線通信(5G/V2X)、數據安全與網關。
5. 線束、連接器與測試技術 (Components & Testing)
連接技術：汽車線束、連接器、電子電路板、傳感器組件。
測試測量：自動駕駛仿真測試、EMC測試(電磁兼容)、芯片可靠性測試、軟件功能安全測試(ISO 26262)。
6.
產品品牌：永嘉微電VINKA
產品型號：VK2C21D
封裝形式：SOP16
VK2C21D是一個點陣式存儲映射的LCD驅動器，可支持 最大32點（8SEGx4COM）或者最大32點（4SEGx8COM） 的LCD屏。單片機可通過I2C接口配置顯示參數和讀寫顯 示數據，也可通過指令進入省電模式。其高抗干擾,低功 耗的特性適用于水電氣表以及工控儀表類產品。
應對新技術企標： 面對車載以太網、新型刺破式連接、鋁導線等，實驗室應提前配備高頻網絡分析儀、自動化微觀切片等前沿裝備。
數據追溯體系： 實驗室必須打通自動化數據采集，生成不可篡改的測試圖譜。這是應對主機廠苛刻審廠的核心底氣。
總結來說，線束測試正在從"導通性驗證"向"材料級、系統級的深度可靠性解析"演進。只有精準把控指標，引入智能化的測試裝備，才能在產業競爭中構筑技術護城河。
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簡介
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