車載以太網的案例
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。
展開 技術分享 | 車載以太網技術的深度解析與核心應用
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。
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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 車載以太網技術發展與測試方法
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 
車載通訊系統：車載以太網的協議簇泛讀
來源 |
不架構的汽車電子電氣
車載以太網協議——物理層
物理層的內容我們在前邊的內容中提過了很多，這也是車載以太網和常規以太網的重要的區別點：PHY芯片的不同。
Automotive ethernet的現階段的物理層協議主要是100Mbase-T1的IEEE802.3bw；1000Mbase-T1的IEEE802.3bp；IEEE802.3ch對應的2.5G 5G10G。【備注：現階段的10M車載以太網還沒有開始推進使用對應的物理層協議IEEE 802.3cg】
因此對于物理層的內容大家可以通過以上四份IEEE文件來學習，一般情況下了解基本的組成結構以及link-up的過程、config的流程即可，剩下的交給專業的EE硬件工程師來完成吧。
展開 一文入門車載以太網，吐血整理! 不看可惜！
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。
展開 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 知薦 | 一文熟悉車載以太網
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 【新品發布】 AETP—支持TC8 v3.0的車載以太網測試套件
OPEN聯盟于5月8日正式發布了TC8車載以太網ECU測試規范3.0版本。相比2.0版本，3.0版本規范刪除了部分不適合車載環境的測試用例，并更新了2.0版本部分用例存在的描述問題。
為了可靠地解決車載以太網Layer 3-7的一致性測試問題，經緯恒潤自主開發了覆蓋TC8 v3.0 Layer 3-7全部測試用例的自動化測試套件AETP。
TC8 v3.0測試規范主要更新點
在了解AETP產品之前，不妨隨我們一起來看一下TC8 v3.0的主要更新點。
測試規范一分為三，形成TC8 v3.0 Layer 1，Layer 2，Layer 3-7三份規范。
總結來看，TC8 v3.0測試規范更加成熟，更加符合車載環境下的測試需求，對于車載以太網ECU級測試提供了更清晰的測試指導。
AETP—符合TC8 v3.0的車載以太網測試工具
AETP（Automotive Ethernet Test Package）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。針對TC8 v2.0測試規范的AETP測試腳本在2019年中就已開發完成，截止目前已完成了超過50個車載以太網測試樣件的驗證。
AETP軟件界面
經緯恒潤作為OPEN聯盟成員、TC8小組聯席主席Ruetz的合作伙伴，在TC8 v3.0規范討論期間持續跟蹤更新進度。從TC8 v3.0內部成員版本公開起就著手AETP適配更新工作，并在TC8 v3.0正式版公布后進行了與TC8 v2.0版本的對比分析，調整測試腳本并完成測試驗證，完成了覆蓋TC8 v3.0規范的測試套件。
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。
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康謀產品 | 車載以太網：智能汽車通信的加速器
3、順暢升級
隨著自動駕駛技術進步，NETLion 10G的前瞻性設計保障了車載網絡面對未來技術升級和擴展的能力，為智能出行的未來發展保駕護航。
隨著10GBase-T1標準的推廣和應用，車載以太網的性能將得到顯著提升。NETLion 10G作為這一標準的產品，不僅能夠滿足高速數據傳輸的需求，還能夠通過其先進的技術和功能，確保數據傳輸的穩定性和可靠性。
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 一網打盡車載以太網之SOME/IP(上)
為了便于大家理解，以下是本文的主題大綱：
總體介紹
正如之前文章
一文入門車載以太網，吐血整理! 不看可惜！
中所介紹的那樣，車載以太網協議棧總共可劃分為五層，分別為物理層，數據鏈路層，網絡層，傳輸層，應用層，其中今天所要介紹的內容SOME/IP就是一種應用層協議。
SOME/IP協議內容按照AUTOSAR中的描述，我們可以更進一步的拆分為三類子協議：應用層的SOME/IP標準協議，SOME/IP-SD協議以及TP層的SOME/IP-TP協議，這三部分內容相輔相成，完整詳細的闡述了SOME/IP協議的全部內容，是研究SOME/IP協議的必經之路。
由于SOME/IP協議內容較多且關聯復雜，為了讓大家對SOME/IP有一個循序漸進的了解過程，限于篇幅本文將主要講解應用層的SOME/IP標準協議，其他協議內容會在下篇繼續給大家分享，敬請大家多多關注！
產生背景與動機
2011年寶馬公司開發設計了一套中間件，該中間件能夠實現以服務為導向的通信方式，該中間件區別于傳統以信號為導向的通信方式，不僅能夠大大減少網絡負載以提高通信雙方的效率，同時引入以太網通信也能夠大大滿足未來車輛不斷增長的通信需求。
面向信號的數據傳輸不管網絡需不需要始終會不斷循環發送，而面向服務的通信方式則不同，只有當網絡中至少存在一個接收方需要這些數據時，發送方才會發送數據，這是一種面向服務通信方式的顯著優點。
寶馬將該面向服務的通信方式叫做SOME/IP(全稱為：Scalable service-Oriented MiddlewarE over IP)。正如其名，可見該協議跟以太網密切相關。
沒錯！
展開 RTaW—基于車載以太網TSN的下一代E/E架構設計優化工具
RTaW-Pegase（V4.2.7）全面支持CAN（FD）、車載以太網以及TSN協議的設計仿真及性能評估。該軟件功能強大且使用便捷，ZeroConfig功能可根據用戶輸入一鍵式自動完成車載以太網TSN協議參數配置工作，優化TSN網絡拓撲以及調度機制。不斷新增的功能也將在更廣的范圍內支持車載網絡全網時間分析及優化。
經緯恒潤持續關注車載以太網國際新趨勢，為客戶提供各類優質先進的車載以太網相關工程咨詢服務，涉及車載以太網設計、AVB/TSN量產應用、SOA架構、網絡安全設計和測試等多個領域。RTaW兩年前由經緯恒潤引入國內，是該公司在中國的重要合作伙伴。恒潤已為國內多家知名汽車企業提供了基于RTaW-Pegase產品的車載以太網TSN設計工程咨詢服務，更多資訊請訪問經緯恒潤官網或官微。
[1]O. Creighton, N. Navet, P. Keller, J. Migge, “Towards Computer-Aided, Iterative TSN-and Ethernet-based E/E Architecture Design,” IEEE Standards Association (IEEE-SA) Ethernet & IP @ Automotive Technology Day, 2020.
[2]J. Yoshida, “Unveiled: BMW’s Scalable AV Architecture,” EE|Times, 4 2020.
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