汽車以太網的案例
汽車以太網會最終勝出嗎？
針對汽車和其他時間敏感的應用而出現的以太網似乎是首選。
但這一選擇是否已成定局？
以太網會取代所有其他的車載網絡嗎？
至少到目前為止，還不清楚。
Synopsys的高級市場經理Joe Mallett說：
“現在對汽車以太網是否真的會成為首選的總線仍有爭議。
它減少了線束，無論何時減少線束都是好事。
但服務質量一直是個挑戰。
”
整體汽車架構會強烈影響網絡的走向。
Zonal架構傾向于強大的骨干網絡，以太網似乎在這方面有優勢。
但最終的選擇還未定，即使以太網成為首選的主干網，連接到傳感器和顯示器的各種本地節點仍是一個問題。
汽車工程師協會（SAE）已經定義了A到D四個級別的網絡。
Rambus的安全技術產品經理Thierry Kouthon說：
“A只有很少的信息，比如開/關。
B介于每秒幾百kb的速度。
C會更快。
而D超過1Mbps。
在2000年之前的傳統汽車中，這基本上已經足夠了。
”
雖然最快的網絡級別是1Mbps以上，但以今天的標準來看非常慢，新的數據要求比這快3或4個數量級的網絡。
始于信息娛樂系統
車載網絡的大部分工作最初是由信息娛樂的需求驅動的。這意味著通過網絡與內容源的外部連接，至少可以處理音頻和視頻的需求。
雖然許多系統都有普通以太網，但它不能處理音頻/視頻（A/V）的時間敏感需求，因為時間不是確定的。
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。
感知傳感器的以太網連接
由于汽車里面用了大量的感知傳感器（攝像頭、激光雷達和毫米波雷達），這些傳感器通過整個車身，既要滿足高速數據傳輸、信號完整性，又要求低成本和低重量。考慮整個傳感器方案如何去迭代，就成了一個很有意思的對線束和連接器的考量要素。
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。
展開 基于新架構的智能汽車整車線束設計研究
在工作中還需要注意到：零件供應商的工作階段，要根據自身測試規范，對電子器件進行合理驗證，以保證電子器件的構建滿足汽車廠家的設計要求，符合硬件、軟件、機械系統的開發。
5）對整車系統架構的設計方案進行驗證。在實際驗證工作中，要基于相關的測試規范，為其找出適合整車電子電氣架構方案驗證工作。
6）在對整車電子電氣架構設計目標進行驗證期間，需要對存在的目標可信性進行思考，保證電子電氣架構設計需求目標得以優化實現。
3. 電子電氣架構發展趨勢
隨著汽車向電動化、智能化、網聯化方向發展，整車電器功能越來越復雜，為實現復雜度越來越高的汽車功能配置，汽車電子電氣系統也在不斷進行適用性調整，出現各式各樣的汽車電子電氣新架構。汽車電子電氣新架構總體發展方向主要如下幾個方面：
1）電控單元（ECU）的整合程度將提升，控制單元的集成化越來越高，單個控制器的功能范圍擴大，整車的控制器數量呈現下降趨勢。
2）車載傳感器數量將飛速增加，為確保車輛有充足的安全冗余，汽車將安裝具有多個具備相似功能的傳感器。從長期考慮，汽車行業將開發更完善的傳感器解決方案來減少傳感器數量和成本，從而使汽車的成本下降。
3）傳感器將更智能，為實現信息傳輸的高效性，集成化的智能傳感器將需要完成部分傳統ECU完成的工作。為確保傳感器的正常運轉，新一代傳感器清潔系統，例如除冰除塵等，將是新發展趨勢。
4）“汽車以太網”勢不可擋將成為整車支柱。汽車交互的數據量的提升，互聯環境下的安全保障，以及跨行業標準協議的需求很有可能催生汽車以太網。本地互聯網絡、控制器區域網絡等傳統網絡將繼續在汽車上應用，但僅限于封閉式的低級網絡。
展開 
軟件和整車電子架構正重新定義汽車行業
據估算，一輛自動駕駛汽車每小時產生的數據量將達4TB，因此，傳感器將需要完成部分傳統由ECU完成的工作。為確保正確運轉，新一代傳感器清潔系統，例如除冰除塵等，將尤為必要。
趨勢6：全電力和數據網絡冗余將變得至關重要
對可靠性要求較高的安全類關鍵應用，將利用整個冗余圈來完成所有對安全行駛至關重要的工作，如數據傳輸和電力供應等。電動汽車、中央計算機和高耗能分散式計算網絡都會需要具備冗余性的新型能源管理網絡。線控轉向和其他HAD功能所需的高容錯性同樣需要冗余系統設計。這一切尚難以在目前的故障保護監控應用架構上完成，仍有待進一步突破。
趨勢7：“汽車以太網”勢不可當將成為整車支柱
數據量的提升、HAD的冗余要求、互聯環境下的安全保障，以及跨行業標準協議的需求很有可能催生汽車以太網，并使其成為冗余中央數據總線的關鍵助推因素。以太網解決方案可以實現跨域通信，并通過添加以太網擴展，例如音-視頻橋接（AVB）和時間敏感網絡（TSN）等，來滿足實時性要求。
本地互聯網絡、控制器區域網絡等傳統網絡將繼續在車輛上運用，但僅用于封閉式的低級網絡，如傳感器和執行器等。FlexRay和MOST等技術有可能被汽車以太網及其擴展（如AVB、TSN等）取代。
趨勢8：整車企業會嚴控與功能安全及HAD相關的數據互連，但將為第三方訪問數據開放接口
發送與接收安全關鍵數據的中央互聯網關將始終直接且僅連接到整車企業的后臺，第三方會被允許進行數據訪問（被監管法規排除的場景除外）。然而，在車輛APP化的推動下，資訊娛樂系統的新興開放接口將允許內容和應用程序供應商加載內容，而整車企業將盡可能嚴格地保持各自的標準。
展開 基于新架構的智能汽車整車線束設計研究
在工作中還需要注意到：零件供應商的工作階段，要根據自身測試規范，對電子器件進行合理驗證，以保證電子器件的構建滿足汽車廠家的設計要求，符合硬件、軟件、機械系統的開發。
5）對整車系統架構的設計方案進行驗證。在實際驗證工作中，要基于相關的測試規范，為其找出適合整車電子電氣架構方案驗證工作。
6）在對整車電子電氣架構設計目標進行驗證期間，需要對存在的目標可信性進行思考，保證電子電氣架構設計需求目標得以優化實現。
3. 電子電氣架構發展趨勢
隨著汽車向電動化、智能化、網聯化方向發展，整車電器功能越來越復雜，為實現復雜度越來越高的汽車功能配置，汽車電子電氣系統也在不斷進行適用性調整，出現各式各樣的汽車電子電氣新架構。汽車電子電氣新架構總體發展方向主要如下幾個方面：
1）電控單元（ECU）的整合程度將提升，控制單元的集成化越來越高，單個控制器的功能范圍擴大，整車的控制器數量呈現下降趨勢。
2）車載傳感器數量將飛速增加，為確保車輛有充足的安全冗余，汽車將安裝具有多個具備相似功能的傳感器。從長期考慮，汽車行業將開發更完善的傳感器解決方案來減少傳感器數量和成本，從而使汽車的成本下降。
3）傳感器將更智能，為實現信息傳輸的高效性，集成化的智能傳感器將需要完成部分傳統ECU完成的工作。為確保傳感器的正常運轉，新一代傳感器清潔系統，例如除冰除塵等，將是新發展趨勢。
4）“汽車以太網”勢不可擋將成為整車支柱。汽車交互的數據量的提升，互聯環境下的安全保障，以及跨行業標準協議的需求很有可能催生汽車以太網。本地互聯網絡、控制器區域網絡等傳統網絡將繼續在汽車上應用，但僅限于封閉式的低級網絡。
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 MACH SYSTEMS—總線接口轉換工具
網關既可以用作LIN主站，也可以用作從站
有兩種型號可供選擇：LIN至CAN和LIN至RS-232
典型應用場景：網關設備通過具有RS-232端口的PLC，通過PLC控制或監視LIN總線，或者僅將LIN網絡橋接到CAN總線
- 車載以太網-USB轉換器
100BASE-T1USB媒體轉換器可將100BASE-T1網絡連接到任何具有USB端口的計算機
插入USB端口時，該轉換器充當以太網接口卡
該接口可輕松將帶有OPEN Alliance BroadR-Reach（OABR）端口的汽車以太網設備（例如攝像機或ECU）直接連接到任何PC，而無需板載網卡
該轉換器具有DSUB9連接器（BroadR-Reach）和MicroUSB連接器
- 車載以太網-快速以太網轉換器
100BASE-T1 (OPEN Alliance BroadR-Reach–OABR) 和100BASE-TX（快速以太網）之間的雙向物理層轉換器
用戶能夠輕松地將具有OABR/汽車以太網的汽車攝像頭或ECU連接到標準計算機網絡
該接口在非屏蔽雙絞線汽車以太網 （IEEE100BASE-T1）端口和快速以太網端口之間建立點對點鏈接
可通過開關按鈕或通過編程將BroadR-Reach通道配置為主設備或從設備，并且可以通過DSUB9連接器或USB為設備供電
- 多接口轉換器
支持以太網、CAN(FD)、LIN、COM、I/O的靈活接口轉換器
2路CAN FD、 1路LIN、1路Fast Ethernet、1路RS232、1路模擬量輸入、1路數字量輸出
應用場景靈活，可作為ETH- CAN FD/LIN接口卡，CAN
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 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 科普 | 車載以太網入門介紹
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。
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英特佩斯總線采集測試仿真工具
RAD-Galaxy 車載以太網的多路動態探測與網關工具
英特佩斯的RAD-Galaxy是一款在汽車以太網應用中的多用途以太網介質轉換器和多路動態檢測工具。使用汽車以太網，您可以監控至多6路雙端BroadR-Reach?(100BASE-T1)連接，或者將您的筆記本電腦連接到多達12路BroadR-Reach?ECU或其他設備上。
RAD-Galaxy有12個BroadR-Reach?(100BASE-T1)的PHY，它可以支持8x CAN FD通道，4 LIN通道，DoIP功能，以及脫機運行模式。
? 功能特性
? 以亞微秒的時延動態探測主從節點間的全雙工通信數據
? 具有基本的過濾和路有能力
? 可作為BroadR-Reach?至千兆以太網橋接設備
? 支持時間協議（PTP）
? 支持音頻視頻橋協議（av B）
? 包含Vehicle Spy 3的License
? 應用
? ECU級和系統級別的自動測試
? 車載以太網通訊監控
? 網絡仿真/總線仿真
? 車載以太網到CAN FD或LIN的網關應用
? 數據采集功能
? 基于CAN FD或車載以太網的多節點刷寫功能
? 系統級/網關ECU測試
RAD-Galaxy擁有的特性使其可以測試一個由多達6個連接到車載以太網網關的ECUs/節點組成的系統，以及8路CAN FD網絡。使其成為網關ECU測試以及系統測試的理想測試工具。
展開 面向智能汽車的以太網開發及測試解決方案
千兆物理層IOP測試系統：經緯恒潤可提供千兆車載以太網IOP自動化測試系統，且兼容車載百兆IOP測試。
最新研發產品及技術成果
合作伙伴
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 如何看待下一代汽車總線架構里面的以太網和PCIe
▲圖3.以太網的帶寬挑戰
▲圖4.自動駕駛所需要的帶寬是最大的
這么多數據輸入給核心平臺，也就是中心的計算中轉輸入數據需要有200Gbps的能力；同時，采用熱備份的計算中心1和計算中心2之間還要進行數據交互。所以，車載以太網玩不轉了，我們還是順應時代潮流和超算學吧。
▲圖5.所有以太網的挑戰，
是需要和中央計算機的PCIe的總線對接
Part 2 計算平臺的通信接口
PCIe? 是滿足下一代集中式汽車架構關鍵性高帶寬和超低延遲計算需求的解決方案，是目前的主要研究方向。
我們會發現它同時滿足了工業數據中心的高帶寬、超低延遲等性能需求，那么拿過來放到汽車上一點沒問題。
備注：TI、Rosenberger和GG Group已經開始為汽車電纜通道擬定了PCIe規范，越來越多的供應商開始接觸這個領域。
PCI E 是一種行業標準的、高性能通用串行I/O芯片對芯片和板對板互連方式，采用經濟高效的低引腳數接口來實現每引腳的最大帶寬。
優點主要包括：
1）高帶寬點對點互連：
傳輸速率為8GHz時I/O帶寬可擴展至64Gbps
2）可擴展帶寬：
支持來自1-32PCI Express通道的多個互連寬度
3）支持高級功能：
電源管理、熱交換和熱插拔、數據完整性、高級錯誤記錄和報告
▲圖6.什么是PCIe的接口1
▲圖7.什么是PCIe的接口2
需要注意的是，通過汽車通道實現PCIe時需要仔細考慮整個物理互連。
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