以太网--车载以太网

绝地灬酷狼 2022-09-06 00:05 439阅读 0赞

### 以太网--车载以太网 ###

*  1 介绍
 *   *  1.1 以往车载总线技术
     *  1.2 车载以太网
     *  1.3 线束影响
 *  2 优点
 *   *  2.1 满足带宽
     *  2.2 减少ECU数量
     *  2.3 降低线束成本
 *  3 应用
 *   *  3.1 汽车
 *  4 知识点
 *   *  TSN
     *  车载以太网架构图
     *  标准化
 *  参考

# 1 介绍 #

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4ODgwMzgw_size_16_color_FFFFFF_t_70]

## 1.1 以往车载总线技术 ##

主要包括CAN、LIN、FlexRay、MOST、LVDS等。其中CAN是应用最广泛且最为大众所知的网络总线技术，他们的应用场景主要包括:

*  CAN（控制器局域网）— 1983 年  
    CAN 是 Bosch 公司开发的一种共享串行总线，其传输速率可达到 1 Mbps。CAN 后来经过 ISO 批准，成为一种国际标准。它的优点是经济高效，而且可靠性高。但缺点是共享访问，带宽较低。CAN 主要在动力总成、底盘和车身电子设备中使用。
 *  LVDS（低压差分信令）— 1994 年  
    LVDS 是一种点到点链路，不是共享总线。它的成本比 MOST（媒体定向系统传输）低得多，很多汽车制造商都用它来传输摄像头和视频数据。不过，每个 LVDS 链路一次只能连接一个摄像头或视频输出。
 *  LIN（局域互连网络）— 1998 年  
    LIN 是由汽车制造商和技术合作伙伴联盟开发的。其速率只有 19,200 比特/秒，并且只需要一条共享线路，而 CAN 需要 2 条。LIN 采用了主从体系结构，而 CAN 将所有节点都视为是平等的。LIN 的成本比 CAN 低，其速度和成本正好适合车身电子设备，例如镜子、电动座椅和配件等。因此不占用CAN总线性能，在现代汽车应用中，LIN总线通常被用作CAN总线的补充网络。
 *  MOST（媒体定向系统传输）— 1998 年  
    MOST 采用环形体系结构，使用光纤或铜缆互连，数据速率可达到 150 Mbps （MOST150）。每个环可以包含 64 个 MOST 器件。它内置流媒体数据通道，高数据带宽，并支持多种光缆路由方法。电磁兼容性能良好，主要用于汽车音视频数据传输。
 *  FlexRay — 2000  
    FlexRay 是一种数据速率高达 10 Mbps 的共享串行总线。它是由 FlexRay 联盟开发的。该联盟是由半导体制造商、汽车制造商和基础设施提供商所建立的一个组织。与 CAN 不同，它没有内置的误码恢复功能，而是将误码处理留给了应用层。它的优势是带宽比 CAN 高，但缺点在于成本较高，而且需要共享使用媒体。FlexRay 主要用于高性能动力总成和安全系统，如线控驱动、主动悬架和自适应巡航控制。用于满足汽车环境中独特的网络要求，支持重要的安全线控技术应用，如线控转向和线控制动等。
 *  CAN FD（灵活数据速率）— 2012 年  
    CAN FD 是 BOSCH 公司在 2012 年发布的一种标准，它是对原始 CAN 总线协议的扩展。其设计初衷是为了满足汽车网络对更高带宽的要求。CAN FD 通过最大限度缩短协议时延和提供更高带宽，实现更精确和接近实时的数据传输。CAN FD 可以与现有的 CAN 网络兼容。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4ODgwMzgw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

## 1.2 车载以太网 ##

*  如今汽车越来越智能，当汽车中需要LIDAR、RADAR、摄像头和 V2X 设备等，以往的车载总线技术带宽不能满足，由此催生了车载以太网。
 *  车载以太网是在汽车中连接电子元器件的一种有线网络。其设计初衷是希望满足汽车行业对带宽、延迟、同步、干扰（例如 电磁干扰（EMI））、安全性和网络管理等方面的要求。车载以太网的概念最初是由 Broadcom 提出的，后来 OPEN（单对以太网）联盟采纳了这一标准并承担起管理职责。OPEN 推广 Broadcom 的 100 Mbps BroadR-Reach 作为多供应商许可解决方案。100 Mbps PHY 实施借鉴了 1 Gbps 以太网的技术，能够在一对线缆上实现 100 Mbps 双向传输。此技术使用了更先进的编码方案，可以消除回声，将基本频率（从 125 MHz）降至 66 MHz。

## 1.3 线束影响 ##

汽车中就重量和成本而言，连接汽车各系统的**线束**在所有汽车部件中排名第三。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4ODgwMzgw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]

# 2 优点 #

## 2.1 满足带宽 ##

## 2.2 减少ECU数量 ##

以往分布式运算，需要增加更多的ECU，增加成本，同时增加算力资源浪费。采用车载以太网能降低成本。

## 2.3 降低线束成本 ##

一辆低端车的线束系统成本只要大约300美元，重量大约30公斤，长度大约1500米，线束大约600根，1200个接点。而目前一辆豪华车的线束系统成本大约550-650美元，重量大约60公斤，线束大约1500根，长度大约5000米，3000个接点。如果沿用目前的电子架构体系，无人车时代的线束成本不会低于1000美元，重量可达100公斤。车载以太网使用单对非屏蔽电缆以及更小型紧凑的连接器，使用非屏蔽双绞线时可支持15m的传输距离(对于屏蔽双绞线可支持40m)，这种优化处理使车载以太网可满足车载EMC要求。可减少高达80%的车内连接成本和高达30%的车内布线重量。100M车载以太网的PHY采用了1G以太网的技术，可通过使用回声抵消在单线对上实现双向通信。

# 3 应用 #

## 3.1 汽车 ##

*  奥迪A8网络架构，以太骨干网、域控制器是核心
 *  特斯拉采用以太骨干网
 *  蔚来汽车网络架构，以太骨干网、域控制器是核心
 *  英特尔的无人车运算平台，也是应用了以太骨干网

# 4 知识点 #

## TSN ##

TSN主要定位数据链路层，在物理层方面，IEEE也做了新标准，这就是IEEE 802.3bp和IEEE 802.3bw，IEEE的目标不仅是车载领域，还包括了工业以太网。  
TSN主要支持者包括思科、英特尔、瑞萨、德国工业机器人巨头KUKA、三星哈曼、宝马、通用汽车、现代汽车、博世、博通、德州仪器、NXP、三菱电机、LG、Marvell、模拟器件，通用电气。  
TSN是一系列标准，非常庞大，也非常灵活，可以按需求选择，不过对技术实力差的厂家来说就很痛苦，不知如何选择。

## 车载以太网架构图 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4ODgwMzgw_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4ODgwMzgw_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4ODgwMzgw_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]

## 标准化 ##

车载以太网标准化方面，IEEE802.3和IEEE802.1工作组，AUTOSAR、OPEN联盟以及AVnu联盟起到了主要了推动作用。

*  IEEE  
    其中IEEE802.3制定的局域网标准代表了业界主流的以太网标准，车载以太网技术是在IEEE802.3基础上开始研制的，因此IEEE是目前最为重要的车载以太网国际标准化机构。为了满足车内的要求，涉及到IEEE802和802.1两个工作组内的多个新规范的制定和原有规范的修订，包括PHY规范，AVB规范，单线对数据线供电等。另外AVB中有关AV的传输、定时同步等规范还需要IEEE的其他技术委员会的标准化，如IEEE1722、IEEE1588。
 *  OPEN联盟  
    OPEN联盟于2011年11月由博通（Broadcom）、恩智浦（NXP）以及宝马（BMW）公司发起成立的开放产业联盟，旨在推动将基于以太网的技术标准应用于车内联网。其主要标准化目标是制定 100Mbit/s BroadR-R 的物理层标准、制定OPEN的互通性要求。
 *  AUTOSAR  
    AUTOSAR 是由汽车制造商、供应商以及工具开发商发起的联盟，旨在制定一个开放的、标准化的车用软件架构，目前AUTOSAR 规范已经包含车用 TCP/UDP/IP协议栈。
 *  AVnu  
    AVnu 联盟是由博通联合思科、哈曼和英特尔成立，致力于推广IEEE 802.1的AVB标准和时间同步网络（TSN）标准，建立认证体系，并解决诸如精确定时、实时同步、带宽预留以及流量整形等重要的技术和性能问题。

# 参考 #

1、  
2、  
3、[车载以太网-扫盲篇][-]  
4、[四足机器人通信架构][Link 1]  
5、[雅马哈机器人以太网通信\_四足机器人通信架构][Link 2]  
6、[为什么自动驾驶系统需要车载以太网][Link 3]  
7、[车载以太网技术简介][Link 4]  
8、[【车载以太网】【架构】整体架构与协议标准][Link 5]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4ODgwMzgw_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220829/8baf1b94689e432fb2c9f529228197fa.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4ODgwMzgw_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]: /images/20220829/82a684f1176b4fcabbfe86dd98d043df.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4ODgwMzgw_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]: /images/20220829/26751193792848c2a92a2a08ec16dec6.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4ODgwMzgw_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]: /images/20220829/db1a3928ff234eb992df25ee334e1a00.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4ODgwMzgw_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]: /images/20220829/eb7e79d3923543faa73e6e66c862af17.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzM4ODgwMzgw_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]: /images/20220829/87fba3b4ec294335b708538a176e651e.png
[-]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/125619730
[Link 1]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/146206452
[Link 2]: https://blog.csdn.net/weixin_39916479/article/details/112284817
[Link 3]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/92934384
[Link 4]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/97480727
[Link 5]: https://blog.csdn.net/anwei20000/article/details/114305375?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7EBlogCommendFromBaidu%7Edefault-5.base&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-2%7Edefault%7EBlogCommendFromBaidu%7Edefault-5.base