汽車以太網(wǎng)有望替代CAN,成為車內(nèi)唯一總線
發(fā)布時(shí)間:2017-12-04 來(lái)源:Franklin Zhao 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】預(yù)計(jì)到2025年,所有的汽車都將實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)。到2035年,將有75%的汽車實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛。一方面,汽車中有越來(lái)越多的設(shè)備加入,另一方面,汽車中有各種各樣的網(wǎng)絡(luò),包括CAN總線、LIN總線、FlexRay、MOST和以太網(wǎng)等。未來(lái)汽車中亟需有一個(gè)通用的高帶寬網(wǎng)絡(luò),來(lái)替代所有的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)?,F(xiàn)在來(lái)看,汽車以太網(wǎng)是最有可能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)。
網(wǎng)絡(luò)帶寬的演進(jìn)
下圖顯示了以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、光纖網(wǎng)和MOST網(wǎng)這幾種網(wǎng)的帶寬演進(jìn)??梢钥闯?,以太網(wǎng)從最低端一直到最高端,覆蓋所有其他網(wǎng)絡(luò)的帶寬,并從最開(kāi)始就持續(xù)有發(fā)展。除了在汽車中的應(yīng)用,它在通信領(lǐng)域也是最普遍的一種網(wǎng)絡(luò)。這樣一種大家最熟、覆蓋最全、應(yīng)用最豐富的網(wǎng)絡(luò),被應(yīng)用到汽車中是必然趨勢(shì)。
相比其他總線,以太網(wǎng)可降低80%成本和30%線纜重量
鄧超表示,以太網(wǎng)解決方案相比其他解決方案可以降低80%成本,包括線纜和連接器成本。另外可以降低30%線纜重量。傳統(tǒng)的100MBPS以太網(wǎng)是4根線,而博通的100MBPS BROADR-REACH以太網(wǎng)是2線。它采用一對(duì)雙絞線就能達(dá)到傳統(tǒng)兩對(duì)的帶寬,并且是全雙工通信。此外,它可以用非屏蔽的線,來(lái)過(guò)EMI/EMC標(biāo)準(zhǔn)。“這個(gè)是最重要的。BROADR-REACH現(xiàn)在已經(jīng)是汽車以太網(wǎng)的一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)了。為什么要選擇非標(biāo)的技術(shù)?最主要的原因是傳統(tǒng)以太網(wǎng)不能過(guò)EMI/EMC,而B(niǎo)ROADR-REACH卻可以(做了相應(yīng)改進(jìn))。”鄧超說(shuō)。
汽車以太網(wǎng)和傳統(tǒng)以太網(wǎng)僅僅是物理層有所區(qū)別,其他(比如數(shù)據(jù)鏈路層)完全一樣,因此傳統(tǒng)以太網(wǎng)在汽車?yán)镆粯涌梢怨ぷ鳌?/div>
“為什么一對(duì)以太網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信?其原因是它每個(gè)PHY內(nèi)部有算法。收到的信息是自己發(fā)的和對(duì)方發(fā)的相疊加,自己發(fā)的信息已知,把它去掉就是對(duì)方發(fā)的信息。”鄧超解釋。
汽車以太網(wǎng)典型應(yīng)用及環(huán)視系統(tǒng)
下圖是以太網(wǎng)的典型應(yīng)用。它和CAN的連接通過(guò)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。以太網(wǎng)目前還不是用來(lái)取代CAN的,主要還是應(yīng)用在非CAN的部分。“CAN通過(guò)變頻變換來(lái)控制,這比以太網(wǎng)好,因此在一段時(shí)間內(nèi)都不會(huì)被以太網(wǎng)取代。但是到2021年以后,隨著ESN這個(gè)新以太網(wǎng)協(xié)議推出,估計(jì)汽車會(huì)陸續(xù)去掉CAN總線,而僅有以太網(wǎng)通信。”
下圖是用攝像頭和電子控制單元組成的環(huán)視系統(tǒng)框圖。博通的汽車以太網(wǎng)產(chǎn)品主要有兩類,一類是收發(fā)器PHY,一類是Switch。“收發(fā)器實(shí)現(xiàn)的功能就像我們家里電腦上的網(wǎng)卡。一個(gè)小的ECU在一個(gè)以太網(wǎng)內(nèi),要連接到另一個(gè)以太網(wǎng)上,掛一個(gè)PHY就可以了。而Switch則相當(dāng)于路由器。”鄧超解釋。
汽車以太網(wǎng)發(fā)展歷史
下圖是汽車以太網(wǎng)的發(fā)展歷史。OPEN聯(lián)盟是由博通、寶馬和哈曼這幾家公司在2011年創(chuàng)建,現(xiàn)在發(fā)展到300多家會(huì)員。博通將其BroadR-Reach專利汽車以太網(wǎng)技術(shù)免費(fèi)放在這個(gè)聯(lián)盟里,聯(lián)盟里的任何會(huì)員都可以免費(fèi)下載和使用。2013年,第一臺(tái)采用汽車以太網(wǎng)的汽車——寶馬X5(四個(gè)攝像頭拼接的環(huán)視)量產(chǎn)。2014年,IEEE出了新的規(guī)范802.3 100BASE-T1(802.3 100BASE-T是傳統(tǒng)以太網(wǎng)規(guī)范,1代表1對(duì)線),和OPEN聯(lián)盟中的規(guī)范完全一樣,這意味著B(niǎo)roadR-Reach成為了真正的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。2015年,寶馬全系列(7系、5系、3系和i系電動(dòng)車)、捷豹、路虎和大眾的帕薩特都集成了汽車以太網(wǎng)技術(shù),而且寶馬車?yán)镆呀?jīng)不是單純的環(huán)視,而是整車系統(tǒng)都基于汽車以太網(wǎng)來(lái)設(shè)計(jì)。2016年更是有更多車型采用了這個(gè)技術(shù)。Broadcom現(xiàn)在已經(jīng)出貨1900萬(wàn)顆以太網(wǎng)芯片。
汽車以太網(wǎng)各種規(guī)范解讀
以下是汽車以太網(wǎng)的一些規(guī)范?,F(xiàn)在100BASE-T1可能有人覺(jué)得不夠用,因此IEEE也發(fā)布了1000BASE-T1千兆以太網(wǎng)規(guī)范。博通千兆以太網(wǎng)芯片會(huì)在明年2月份流片。IEEE 802.1 AVB(Audio Video Bridging的簡(jiǎn)寫(xiě))是目前汽車以太網(wǎng)當(dāng)中最廣泛的一個(gè)協(xié)議,用于多媒體應(yīng)用。IEEE 802.1 TSN(Time-Sensitive Networking的簡(jiǎn)寫(xiě))是AVB的下一代,有快速轉(zhuǎn)發(fā)和安全性的考慮,因此未來(lái)可以取代CAN總線。IEEE 802.3bu 1PPoDL(1-Pair Power over Data Lines)可以把電源疊到兩根數(shù)據(jù)線上,這樣就可以用2根線實(shí)現(xiàn)攝像頭連接。這個(gè)協(xié)議博通也有方案推出。
ADAS新應(yīng)用/新需求可采用這顆MCU應(yīng)對(duì)
除了PHY和Switch,博通還開(kāi)發(fā)了MCU,應(yīng)對(duì)如下新應(yīng)用和新需求。這款MCU采用28nm工藝,針對(duì)ADAS應(yīng)用,集成了汽車以太網(wǎng)PHY、攝像頭ISP、片上Flash和DDR、AVB(提供802.1as和1722a支持),以及1080p/60幀編解碼和圖像處理引擎、DSP視頻識(shí)別等等。
另外,對(duì)于觀眾提問(wèn),以后汽車中會(huì)否采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。鄧超回答道,汽車需要滿足功能安全,而無(wú)線傳輸不牢靠,且車內(nèi)環(huán)境比較復(fù)雜,用戶感受不理想。因此,車外(車車、車與基礎(chǔ)設(shè)施)通信是無(wú)線連接,但車內(nèi)ECU之間的連接必須得是有線連接。
本文轉(zhuǎn)載自EDN電子技術(shù)設(shè)計(jì)。
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