速銳得車載以太網的信息性能優點硬件及應用研究

車載通訊技術的發展從串行通訊，到工業總線，再到總線網絡。隨着車載電子控制和信息裝置的增長以及信息服務需求不斷增長，更高級的計算機網絡在車上應用是必然的，尤爲是多媒體信息，以及電子地圖、因特網信息等在車上的應用，像CAN這樣的總線已經只能知足部分功能，但難知足帶寬以及傳輸形式，從如今看來，車載以太網已經在各豪華車系隨之落地。
因爲以太網技術的成熟以及普遍應用，人們天然會想到把它用到車上去知足這部分需求，只是當下軟硬件的成本都相對偏大，由於車載環境以及車上網絡數據傳輸需求，又和以太網設計初衷存在很大差別，在車上使用以太網，就要對其進行適當修改，既要保持以太網的優點和特色，又要知足車輛環境的要求，這就是所謂的車載以太網。

圖一：速銳得破解特斯拉以太網數據

速銳得根據汽車上網絡通訊中不一樣的數據類型及網絡通訊的傳輸框架，採集車載以太網車載信息通訊的數據，以特斯拉爲例，速銳得已具有特斯拉Model 3網絡拓補及整車電路圖，經過LIN、CAN、CAN-FD及以太網獲取左（L）右（R）車身控制器單元BCM、電機控制器單元、前車身控制器數據，做爲整車控制策略數據研究、數據獲取及採集開發、教學，車載網絡部分3路CAN、4路LIN，雖然不比LBCM（5路CAN、4路LIN）、RBCM（10路CAN、14路LIN（超聲波雷達佔用12路）），算是很多的資源。

1、車載以太網傳輸的信息
車上傳輸的數據信息類型以及對這些數據的使用要求，決定了傳輸網絡的特性要求，也是車載網絡標準的選擇或設計的依據，汽車上控制系統及信息系統使用和傳輸的數據能夠分爲控制命令參數、安全及輔助駕駛信息數據、娛樂信息（多媒體）數據、信息服務類數據。
一、控制命令參數
1）低帶寬的控制應用：這些車內控制子系統須要的帶寬較低，服務質量要求也不高，包括車內那些並不嚴格要求安全性的控制系統，如電動後視鏡摺疊及電動座椅。
2）實時控制應用：這些車內系統對帶寬的要求相對較低，但要求較高、實時性強的，如懸架和制動系統、ABS、牽引力控制系統，這些服務要求質量是相對較高的。
二、安全及輔助駕駛信息數據
愈來愈多的現代汽車都配備了許多內置的駕駛輔助安全系統，包括使用激光雷達或者雷達傳感器自適應巡航控制系統，倒車雷達和應用紅外線傳感器的夜間行人檢測，這些數據會影響駕駛安全，要求高的可靠性和實時性。
三、娛樂信息（多媒體）數據
除了傳統的信息娛樂系統，車上安裝愈來愈多的視頻音頻裝置，傳輸的都是多媒體數據，要求較高的帶寬，並根據應用的不一樣，又有較高的服務質量要求，包括一些被動安全系統，如給駕駛員看的360全景倒車攝像機，也包括主動安全系統，使用先後光學攝像機的車道偏離檢測，這些也是傳輸以太網中傳輸的典型信息
四、信息服務類數據
信息服務類數據除了傳統的定位導航的電子地圖數據外，隨着車輛與互聯網的鏈接以及獲取信息能力上和上傳信息能力的提升，這些與傳統互聯網絡傳輸的信息相似的數據量會大量增長，即便在車載環境中，從用戶使用以及工業技術基礎的方面，以太網仍然是這些數據合適的傳輸網絡，只不過由於目前造價和研發成本太高，沒有大量普及而已。

2、車載以太網的性能
與傳統以太網應用環境相比，車載系統具有如下特色：
1）分佈範圍小，密度大。
2）、結點差別性大，數據類型多，對數據傳輸的帶寬、實時性、可靠性等需求複雜，變化範圍寬。
3）、要求行業技術以及設備標準化，結構開放、擴展靈活。
4）、對硬件技術指標有更高的要求，對成本更爲敏感，要考慮以太網數據應用中數據採集、維護、佈線和可採集數據清單及效率要求。
5）、硬件標準不能過低，要知足汽車行業標準，對可靠性、使用環境參數、電磁兼容性、環保以及低功耗等方面要求儘可能靠前。

3、使用以太網的優點
雖然以太網設計的初衷並非在車輛環境應用的網絡，但因爲其在計算機網絡領域的技術和應用基礎，以及車輛上的技術發展和應用需求，使得以太網上車後具備一些其餘標準不能比擬的優點，主要有如下幾方面：
一、技術成熟，軟硬件開發生產有基礎，可縮短研發生產週期，提升效率，下降成本。
二、應用功能易於與其餘系統對接，各類基於網絡的信息應用技術和產品能夠移植到車載系統，和裝個電腦相似。
三、符合車載信息技術技術發展趨勢，之後車聯網及物聯網的互聯，必須依賴以太網技術，結合5G，後續能夠有無窮盡的想象空間。
四、有利於成熟IT技術進入汽車行業，促進車載信息技術、車輛信息化和智能化發展。
五、已經熟悉以太網的用戶更易於接受基於車載以太網的信息服務功能和系統。
六、有利於車輛智能化和各類基於信息技術的車輛安全技術的推廣，今後開啓軟件定義汽車的時代。
七、支持車載以太網的物理層需求的硬件技術以及成本已經獲得了驗證，一些車載以太網系統的應用驗證了在車輛上使用以太網構建車載網絡的可行性，例如保時捷的車載無線終端：

圖二：保時捷網關集成以太網

4、支持車載以太網的硬件
隨着車載以太網技術的發展，在不斷完善相關協議標準的同時，支持車載以太網的硬件電路也在不斷被開發出來。車載以太網的硬件電路也能夠分爲兩類，一類是車載以太網通訊介質芯片，一類是支持車載以太網通訊協議的處理器，與通常以太網相比，車載以太網特色是使用及儲存溫度範圍、電磁兼容性等方面符合汽車環境要求。基於對車載信息技術及產品潛在發展的預期，不只傳統的車載電子元器件生產商積極開發車載以太網技術及產品，一些屬於網絡行業的企業也積極加入車載以太網的研究開發。

圖三：支持以太網數據採集和傳輸的終端（速銳得V81）

邁威爾與麥瑞半導體在2012年就發佈了符合標準的用於車載網絡的以太網實體元件；飛思卡爾推出支持AVB iMX 6系列應用處理器，爲面向車載信息娛樂系統以及融合車載信息服務和信息娛樂平臺的設計提供了方便，並經過硬件和以太網交換機解決方案支持真正汽車以太網AVB開發；速銳得科技基於iMX 6開發出V81系列TBOX產品，應用於大量基於庫函數調用、整車控制策略、CAN報文采集與傳輸、5G及車聯網終端；Xilinx與哈曼國際集團公司合做開發了CORETM IP內核適用於現場可編程門陣列（FPGA）平臺；恩智浦推出了面向車載以太網絡收發器TJA1100與以太網絡交換器SJA1105的產品組合，其擁有車載以太網要求的多項硬件功能，符合OPEN聯盟指定的標準；博通公司全新BCM89811物理收發器在信息娛樂系統、高級駕駛人輔助系統、以及遠程信息處理、儀表組、汽車音響主機和中控臺模塊等鏈接的車載以太網具備普遍的應用場景；瑞薩的車載信息終端SOC R-CAR 系列，以及車載AV BZ/A 系列等已經實現了對車載以太網AVB的支持。

5、以太網訪問基本過程
以太網沒有主從節點的區別，爲了協調各個節點經過網絡線路傳輸信息，採用CSMA/CD機制得到總線使用權，其基本工做過程以下：
一、一個節點要經過網絡發送數據，首先查看網絡是否「空閒」（網絡中沒有數據在傳的狀態），若是網絡「忙」（網絡中有數據處於傳送狀態），則繼續查詢等待。
二、到網絡空閒時，該節點開始發送數據。這時，可能有多個節點在等待這個「空閒」時刻，而且一旦「空閒」，便都開始發送本身的數據。
三、若是發送的節點判斷有「阻礙」，則數據的發送將被中斷，已發數據也會被刪除。通過一個隨機等待後，網絡從新進行一輪的數據發送。
CSMA/CD網絡訪問方式要求以太網絡的範圍受到必定限制，以控制數據包的最長傳輸時間。數據包參數以下表：

表：以太網數據包參數：
序號 字段名 長度/B 做用 說明

1 前導碼 7 網絡節點保持同步時鐘脈衝 前導碼和界定符結合具備時鐘同步的做用
幀起始定界符 1 數據包起始標誌
2 目標地址 6 數據接收點的MAC地址
3 源地址 6 數據發送點的MAC地址
4 類型/長度 2 以太網數據保重數據的準確長度 範圍從0-1500
5 數據 46-1500 數據信息 當數據少於46字節時需填充
6 幀校驗序列 4 校驗碼 用於接收端對數據進行校驗

6、基於車載以太網的應用
汽車生產商開始不斷重視車載以太網應用技術，已經有不少主流汽車生產商加入車載以太網相關標準的制定並促進其普及。
寶馬X5在鏈接周邊監控用攝像頭模塊和ECU傳輸影像的路徑採用了可實現100Mbit/s傳輸速率的車載以太網技術，並在鏈接車載信息終端和中央網關的信息通訊系統的傳輸路徑應用以太網。
豐田制定了基於以太網的車載LAN接口規格，並與瑞薩電子及博通聯手合做，開始開展在實現國際標準化的活動。
以太網數據傳輸技術中，可用一對UTP（非屏蔽雙絞線）實現100Mbit/s的傳輸速率。物理層用恩智浦TJA1100做爲模擬傳輸介質和數據MAC控制器之間的接口，知足汽車工業EMC需求，能夠支持大概到25M的電纜長度，2014款和2015款寶馬X五、2015款捷豹XJ和2015款大衆帕薩特就有用到車載以太網技術了。
車載以太網在高級駕駛輔助系統中應用有效解決了信息傳輸和融合的需求。最新ADAS系統一般採用高速以太網構建數據鏈路，鏈接多個高動態範圍百萬級像素攝像頭。
車載設備及裝置之間的通訊，主要採用有線車載網絡​。根據信息傳輸的不一樣，採用CAN、LIN、MOST、FlexRay、車載以太網等網絡​。某些裝置，因爲要實現通訊的是相對運動的部件，沒法或者不方便直接經過導線鏈接，就會採用無線傳輸的方式，例如胎壓監測系統​。

以上​。​