车载以太网基础介绍

车载以太网是用于连接汽车内各种电气设备的一种物理网络。车载以太网的设计是为了满足车载环境中的一些特殊需求。例如:满足车载设备对于电气特性的要求(EMI/RF);满足车载设备对高带宽、低延迟以及音视频同步等应用的要求;满足车载系统对网络管理的需求等。因此可以理解为,车载以太网在民用以太网协议的基础上,改变了物理接口的电气特性,并结合车载网络需求专门定制了一些新标准。针对车载以太网标准,IEEE组织也对IEEE 802.1和IEEE 802.3标准进行了相应的补充和修订。

当这些车载以太网新特性没有纳入IEEE之前,有一些商业组织负责和参与了前期的网络规格定义,例如:

OPEN(One Pair EtherNet) Alliance

这个联盟最先提倡在车载上使用Broadcom(博通)公司设计的10/100Mbps BroadR-Reach解决方案。BroadR-Reach技术使用一对差分信号实现10/10/100Mbps数据的双向传输,并且使用了特殊的编码方式,使数据传输的基频变为了66MHz(民用以太网为125MHz),通过这种方式来改善EMI/RF等电气特性,从而满足了车载设备的对于辐射和抗扰规的要的要求。OPEN Alliance统合了IC厂商,车厂以及车载设备供应商,在前期定义了车载以太网的物理规格和一些网络协议,形成了最初的10M/100Mbps车载以太网的解决方案。后期IEEE根据BroadR-Reach为基础,命名了IEEE 100Base-T1的电气规格。因此,车载以太网接口也常被称作BroadR-Reach接口。

AVnu Alliance

这个联盟主要致力于IEEE802.1音视频桥接(Audio Video Bridging,AVB)以及时间敏感网络(Time Sensitive Networking,TSN)的实现以及标准的定义。这些协议使网络传输增加了确定性,能够更加精准的控制延迟和音视频之间的同步。

传统以太网已经存在了20年以上,为什么一直没有被应用在车载上面?

(1) 传统以太网不能满足汽车OEM厂商对于EMI(电磁干扰)和RF(辐射)的要求,民用的100BASE-TX和1000BASE-TX的辐射噪声很难控制,并且承受噪声干扰(抗扰)的能力比较差。

(2) 车载系统对于传感器及控制系统的响应速度有非常高的要求,而传统以太网不能保证ms级别(或更小)的传输延迟。

(3) 传统以太网没有提供网络带宽分配的方法,因此在不同的数据流同时传输时,无法保证每个数据流所需要的带宽。

(4) 传统以太网没有提供网络设备之间进行时钟同步的方法,无法保证多个设备同一时刻针对数据进行同步采样(尤其是音视频数据)。

什么促使以太网被应用在汽车上?

1. 数据带宽需求

汽车上的电子设备变得越来越复杂,各种控制系统以及传感器的使用越来越多,车内的各种处理器和域控制器需要更多的数据交互,这种大量的数据交互对于车内数据传输带宽的要求越来越高。

应用举例:

车联网应用:在万物互联的大趋势下,汽车也慢慢变成了互联网的一部分,很多汽车中都配备了4G/Wi-Fi。通过联网,用户和汽车OEM厂商可以对汽车中的电子设备的软件进行OTA升级,对汽车进行远程诊断和状态监控。同时,车内设备也可以通过互联网获得实时交通信息和娱乐信息,这些数据的交互都需要更高的车内总线带宽。

智能驾驶应用:智能驾驶的实现必须依赖于大量的传感器(例如激光雷达,摄像头),这些传感器数的据的传输和处理也依赖于更高的车内总线带宽。

2. 车内布线需求

通常,车内各个电子设备之间都是通过专用的电缆进行连接,这使车内的线缆的布置和连接变得更加复杂,同时也带来了车内线缆成本和重量的成倍增加(车内线束的重量是在整车成本排名第三位,同时成本也仅次于动力总成和底盘排名第三)。博通(Broadcom)和博世(Bosch)通过一起研究和评估,实现了通过使用非屏蔽双绞线(UTP)作为10/10/100Mbps以太网的传输介质,而且可以使用更小的连接器端子,这样可以使得线缆的重量大大减少。并且通过以车载太网的应用,车内的电子设备可以抛弃点对点的传统布线连接,只需要将各个设备连接到车载网关控制器上即可,这样也大大减少了车内布线的复杂度。

车载Ethernet的种类和动向

车载以太网基础介绍

使用例1:DoIP(通过以太网进行诊断)

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使用例2:XCP on Ethernet

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使用例3:驾驶辅助

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使用例4:信息娱乐

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使用例5:车载network backbone

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来源:电控知识搬运工

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