车载以太网-两个世界的深度拥抱--科普

车载以太网——两个世界的深度拥抱| 科普

本文作者：老涂编辑：谷磊2017-04-09 19:29

导语：车载以太网不仅具备了适应ADAS、影音娱乐、汽车网联化等所需要的带宽，而且还具备了支持未来更高性能的潜力，它将成为实现多层它将成为实现多层面高速通信的基石

雷锋网(公众号：雷锋网)按：本文作者老涂，汽车电子工程师，供职于国内某汽车技术中心，从事汽车智能网联技术研发。

汽车智能化、网联化，甚至自动驾驶大浪已经来临；浪潮带来的是ADAS技术的不断革新、高品质车载娱乐影音的影音推进、以及OTA远程升级、V2X、大数据、云计算等一系列技术的发展；这推进了车载网络容量需求的爆发式发展，显然这已经超出了CAN或FlexRay等传统车载网络的历史使命。这也正是以太网与汽车深度拥抱集成的契机。

车载以太网不仅具备了适应ADAS、影音娱乐、汽车网联化等所需要的带宽，而且还具备了支持未来更高性能的潜力（如自动驾驶时代所需要的更大数据传输）。它将成为实现多层面高速通信的基石，相对于20世纪90年代的控制器局域网（CAN）革命，它的规模将更大，意义将更深远。专家预测，到2020年，汽车中部署的以太网端口将达5亿个。

↑ Etherent,FlexRay,MOST节点装载数量预测

一、传统汽车总线技术

1、传统车载网络

当前主流的车载网络主要由CAN、LIN、FlexRay、MOST 、LVDS等构成。除了LVDS这些网络标准基本上都是面向汽车行业制定，有着浓重的汽车行业特色。表1中对各种不同网络形式对了简要的对比。

表1 传统车载网络对

比

CAN主要用于车上控制数据传输，是现役车载网络应用最为广泛的标准，最大传输速度为 1 Mb/s，可以说兴起于20世纪90年代的控制器局域网（CAN）革命，对于整个汽车电子行业发展的推动是巨大的。

LIN 是一种低成本通用串行总线，在汽车领域主要用于车门、天窗、座椅控制等，最大传输速度为20 kb/s。

FlexRay 是继CAN 和LIN 之后的新一代汽车控制总线技术，同样属于共享式总线技术，带宽可达10Mbps。FlexRay 的主要优势在于相比CAN 总线具有较高的带宽，可以满足汽车关键应用的要求，但是同样作为共享式总线技术，其成本却很高，主要适用于中高端车中的线控系统（如悬架控制、变速箱控制、制动器控制、转向控制等）。

MOST主要支持的多媒体流数据传输，MOST150标准的最大带宽为150 Mb/s的，在车载多媒体数据传输应用较多，MOST150支持基于IP的应用程序，由于单一供应商的问题，基础开发成本较高。LVDS是一种电气数字信号系统，通过铜缆双绞线传输高速数据（最高可达850 Mb/s，最长传输距离10 m），是计算机总线的一部分。在汽车领域LVDS 主要用于屏幕和摄像头之间的数据传输。

2、深度拥抱的契机

如果说2013年宝马在X5仅仅是拉开了以太网进军车载系统的帷幕（图例），那么可以毫不夸张的说时至今日以太网与汽车将迎来了一次深度拥抱的契机，它们也将共同演绎一场“融合”大戏。

↑ 宝马车载以太网搭载

大家耳熟能详的摩尔定律告诉我们微处理器上的晶体管数目每两年就会增加一倍；这一定律似乎同样适合汽车行业，随着处理器运算能力和硬件的高速发展，使得许多创新在汽车环境下得到迅速推进，汽车电子产品在整车中所占比重也与日俱增，连接ECU的网络带宽需求也相应的增大，这一需求将远远超出CAN或FlexRay等传统车载网络的容量极限。此外，伴随着车辆网联化、智能的推进，智能手机与车载设备的联动、云和大数据的运用，以及高级驾驶辅助系统（ADAS）的普及，构筑新电子网络总线平台已经成为新一代汽车的必然任务，一直被汽车行业拒之门外的以太网不会放过这次绝佳的契机。

↑ 未来智能网联汽车

二、车载以太网技术

1、车载以太网相关优势

低成本下的高带宽

新的汽车功能，如自动泊车系统、车道偏离检测系统、盲点检测和高级信息娱乐系统等引发了对新的数据总线需求。显然未来我们需要的是更加开放、高速，且易于与其他电子系统或者设备集成的车载网络，同时有助于减少功耗，线束重量和部署成本。对于上述需求以太网似乎能提供一揽子的解决方案，以博通公司采用的突破性BroadR-Reach 技术为例，其可用单对的非屏蔽双绞线进行信号传输，并能够提供100Mbit/s 及更高的宽带性能，并使电缆重量减轻30%、降低连接成本可达80%。

↑ 2015年CES发布的下一代BroadR-Reach 车载以太网芯片

支持不同应用的多种协议和功能

传统车载网络支持的通信协议较为单一，而车载以太网可以同时支持AVB、TCP/IP、DOIP、SONIP 等多种协议或应用形式。其中，Ethernet AVB 是对传统以太网功能的扩展，通过增加精确时钟同步、带宽预留等协议增强传统以太网音视频传输的实时性，是极具发展潜力的网络音视频实时传输技术。SOME/IP(Scalable Service-Oriented MiddlewarE on IP)则规定了车载摄像头应用的视频通信接口要求，可应用于车载摄像头领域，并通过API实现驾驶辅助摄像头的模式控制。

作为AVB协议的扩展，车载时间敏感网络(TSN, Time-Sensitive Networking)则引入时间触发式以太网的相关技术，能高效的实现汽车控制类信息的传输。此外，1Gbit 速率通信标准的车载以太网同时还支持POE(Power Over Ethernet)功能和高效节能以太网(EEE, Energy-Efficient Ethernet)功能，POE 功能可在双绞线传输数据的同时为连接的终端设备供电，省去了终端外接电源线，降低了供电的复杂度。

适应未来的能力

历史经验告诉我们，以太网之所以长期以来如此成功，主要原因之一便是以太网是一种可持续更新、发展的技术。在经历了标准以太网(10Mbps)、快速以太网(100Mbps)和千兆以太网(Gigabit Ethernet)推进和发展后，以太网还在继续着不断的自我迭代升级。当然在支持带宽持续增长的同时，它任然保持对原有系统的兼容性。所以说：一旦以太网技术推广至汽车行业，它带来的不仅仅是一种成熟的通信技术，更是一种对未来的适应能力。

无线功能

多年来，最能体现以太网是如何适应新需求的、发掘新潜力的事例之一就是当前非常流行的无线网络wifi的引入。类似于Broadcom公司的BroadR-Reach，WiFi也有专供汽车使用的变体，“汽车环境无线存取”WAVE；2010年发布的IEEE802.11p通信规范对WAVE进行了定义，后被写入