车载以太网为汽车网络带来根本性变革 | 厚势汽车

厚势按：未来，以太网技术将成为汽车所有数据传输的基础，通过提供一个共同的协议栈，减少不同协议之间对于网关的需求，以及硬件和相关的软件成本。

本文来自 2018 年 3 月 20 日出版的《 汽车与配件 》，作者是 Marvell 公司汽车应用和架构部高级总监 Christopher Mash。

车载网络技术有待改进

目前汽车中采用的车载网络是基于几种不同数据网络协议的组合，其中一些已经使用了几十年：

• 第一种叫作控制器局域网（CAN），主要负责动力总成和其它相关功能；

• 第二个是本地互联网络（LIN），主要用于对时间不敏感（如气候控制、环境照明、座椅调整等）的乘客和驾驶员舒适性用途；

• 第三种是针对信息娱乐系统开发的面向媒体的系统传输（MOST）；

• 第四种是用于防抱制动（ABS）、电子助力转向（EPS）和车辆稳定功能的 FlexRay™。

由于采用了不同的协议，这些网络需要使用网关在网络设施中传输数据，每个网络所需的布线增大了车辆的重量，由此产生的复杂性也增加了汽车厂商的制造成本，从而会影响车辆的燃油经济性。对于一辆汽车而言，布线的重量在整车中占比仅次于发动机和底盘之后，名列第三；同样在成本方面，布线也是第三贵的零部件类别。此外，这些网关也存在延迟问题，势必会影响到需要快速响应的安全关键性应用。

另一方面，汽车电子控制单元（ECU）的数量在不断增加，目前豪华车型通常拥有 150 甚至更多个ECU，甚至标准车型也拥有近 80～90 个ECU。由于我们正朝着开发更高级别的自动驾驶汽车迈进，数据密集型应用在不断出现，以支持高级驾驶员辅助系统（ADAS）的实施。高清摄像头和激光雷达技术也开始使用，所有这些都导致数据速率和整体带宽显著提高。

因此，对于目前车载网络的改进从整体技术来讲，需要根本性的改变。首先是所使用的拓扑结构，其次是它所依赖的底层技术。

目前，汽车内部的网络设施基于域的架构。针对每个关键功能都有不同的域：一个用于车身控制，一个用于信息娱乐，一个用于远程信息处理，一个用于动力总成等。通常情况下，不同的域使用不同种网络协议的组合（如 CAN、LIN 以及其它协议）。

随着网络复杂性的不断提高，汽车工程师越来越清楚地认识到，这种不同的域使用不同协议的方法效率越来越低。因此，在未来几年中，将需要从目前基于域的体系架构转向区域架构。

以太网技术将成为汽车数据传输的基础

区域架构实施方案可以使来自不同传统领域的数据依据车辆中 ECU 的位置（区域）连接到该同一个 ECU。这种安排将大大减少所需的布线，从而降低重量和成本，反过来将转化为更高的燃油效率。而以太网技术将成为基于区域的车载网络技术的关键。

以太网技术除了能够支持高数据速率之外，还同时支持广受认可的 OSI 通信模型。作为一种稳定、历史悠久、且广为人知的技术，以太网已经在数据通信和工业自动化领域得到广泛应用。与其它车载网络协议不同，以太网明确定义了面向更高速度等级的发展路线图，而 CAN，LIN 等协议却已经是某些应用发展的瓶颈，而且也没有明确的升级路径来缓解问题。

展望未来，以太网技术将成为汽车所有数据传输的基础，通过提供一个共同的协议栈，减少不同协议之间对于网关的需求（以及硬件和相关的软件成本）。结果将是整个车辆采用单一的同构网络，其中所有的协议和数据格式都是一致的。这意味着车载网络将具有可扩展性，不仅能够满足需要更高速度（例如 10 G）和超低延迟的功能，同时还能满足低速功能的需求。无论是用于传输成像传感数据的 1 Gbps 设备，还是自动驾驶汽车中新一类低数据速率传感器要求的以 10 Mbps 运行的设备，以太网 PHY 将可以根据具体的应用和带宽需求而进行选择。