汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化，甚至自動駕駛大浪已經(jīng)來臨；浪潮帶來的是ADAS技術的不斷革新、高品質(zhì)車載娛樂影音的影音推進、以及OTA遠程升級、V2X、大數(shù)據(jù)、云計算等一系列技術的發(fā)展；這推進了車載網(wǎng)絡容量需求的爆發(fā)式發(fā)展，顯然這已經(jīng)超出了CAN或FlexRay等傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡的歷史使命。這也正是以太網(wǎng)與汽車深度擁抱集成的契機。

車載以太網(wǎng)不僅具備了適應ADAS、影音娛樂、汽車網(wǎng)聯(lián)化等所需要的帶寬，而且還具備了支持未來更高性能的潛力（如自動駕駛時代所需要的更大數(shù)據(jù)傳輸）。它將成為實現(xiàn)多層面高速通信的基石，相對于20世紀90年代的控制器局域網(wǎng)（CAN）革命，它的規(guī)模將更大，意義將更深遠。專家預測，到2020年，汽車中部署的以太網(wǎng)端口將達5億個。

↑ Etherent，F(xiàn)lexRay，MOST節(jié)點裝載數(shù)量預測

一、 傳統(tǒng)汽車總線技術

1、傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡

當前主流的車載網(wǎng)絡主要由 CAN、LIN、FlexRay、MOST 、LVDS等構成。除了LVDS這些網(wǎng)絡標準基本上都是面向汽車行業(yè)制定，有著濃重的汽車行業(yè)特色。表1中對各種不同網(wǎng)絡形式對了簡要的對比。

表1 傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡對比

CAN主要用于車上控制數(shù)據(jù)傳輸，是現(xiàn)役車載網(wǎng)絡應用最為廣泛的標準，最大傳輸速度為 1 Mb／s，可以說興起于20世紀90年代的控制器局域網(wǎng)（CAN）革命，對于整個汽車電子行業(yè)發(fā)展的推動是巨大的。

LIN 是一種低成本通用串行總線，在汽車領域主要用于車門、天窗、座椅控制等，最大傳輸速度為 20 kb／s。

FlexRay 是繼 CAN 和 LIN 之后的新一代汽車控制總線技術，同樣屬于共享式總線技術，帶寬可達 10Mbps。FlexRay 的主要優(yōu)勢在于相比CAN 總線具有較高的帶寬，可以滿足汽車關鍵應用的要求，但是同樣作為共享式總線技術，其成本卻很高，主要適用于中高端車中的線控系統(tǒng)（如懸架控制、變速箱控制、制動器控制、轉向控制等）。

MOST主要支持的多媒體流數(shù)據(jù)傳輸，MOST150標準的最大帶寬為150 Mb／s的，在車載多媒體數(shù)據(jù)傳輸應用較多，MOST150支持基于IP的應用程序，由于單一供應商的問題，基礎開發(fā)成本較高。

LVDS是一種電氣數(shù)字信號系統(tǒng)，通過銅纜雙絞線傳輸高速數(shù)據(jù)（最高可達 850 Mb／s，最長傳輸距離10 m），是計算機總線的一部分。在汽車領域 LVDS 主要用于屏幕和攝像頭之間的數(shù)據(jù)傳輸。

2、深度擁抱的契機

如果說2013年寶馬在X5僅僅是拉開了以太網(wǎng)進軍車載系統(tǒng)的帷幕（圖例），那么可以毫不夸張的說時至今日以太網(wǎng)與汽車將迎來了一次深度擁抱的契機，它們也將共同演繹一場“融合”大戲。

↑ 寶馬車載以太網(wǎng)搭載

大家耳熟能詳?shù)哪柖筛嬖V我們微處理器上的晶體管數(shù)目每兩年就會增加一倍；這一定律似乎同樣適合汽車行業(yè)，隨著處理器運算能力和硬件的高速發(fā)展，使得許多創(chuàng)新在汽車環(huán)境下得到迅速推進，汽車電子產(chǎn)品在整車中所占比重也與日俱增，連接ECU的網(wǎng)絡帶寬需求也相應的增大，這一需求將遠遠超出CAN或FlexRay等傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡的容量極限。此外，伴隨著車輛網(wǎng)聯(lián)化、智能的推進，智能手機與車載設備的聯(lián)動、云和大數(shù)據(jù)的運用，以及高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的普及，構筑新電子網(wǎng)絡總線平臺已經(jīng)成為新一代汽車的必然任務，一直被汽車行業(yè)拒之門外的以太網(wǎng)不會放過這次絕佳的契機。

↑ 未來智能網(wǎng)聯(lián)汽車

二、 車載以太網(wǎng)技術

1、車載以太網(wǎng)相關優(yōu)勢

低成本下的高帶寬

新的汽車功能，如自動泊車系統(tǒng)、車道偏離檢測系統(tǒng)、盲點檢測和高級信息娛樂系統(tǒng)等引發(fā)了對新的數(shù)據(jù)總線需求。顯然未來我們需要的是更加開放、高速，且易于與其他電子系統(tǒng)或者設備集成的車載網(wǎng)絡，同時有助于減少功耗，線束重量和部署成本。對于上述需求以太網(wǎng)似乎能提供一攬子的解決方案，以博通公司采用的突破性 BroadR－Reach 技術為例，其可用單對的非屏蔽雙絞線進行信號傳輸，并能夠提供 100Mbit／s 及更高的寬帶性能，并使電纜重量減輕 30％、降低連接成本可達80％。

↑ 2015年CES發(fā)布的下一代BroadR－Reach 車載以太網(wǎng)芯片

支持不同應用的多種協(xié)議和功能

傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡支持的通信協(xié)議較為單一，而車載以太網(wǎng)可以同時支持AVB、TCP／IP、DOIP、SONIP等多種協(xié)議或應用形式。其中，Ethernet AVB 是對傳統(tǒng)以太網(wǎng)功能的擴展，通過增加精確時鐘同步、帶寬預留等協(xié)議增強傳統(tǒng)以太網(wǎng)音視頻傳輸?shù)膶崟r性，是極具發(fā)展?jié)摿Φ木W(wǎng)絡音視頻實時傳輸技術。SOME／IP（Scalable Service－Oriented MiddlewarE on IP）則規(guī)定了車載攝像頭應用的視頻通信接口要求，可應用于車載攝像頭領域，并通過API實現(xiàn)駕駛輔助攝像頭的模式控制。

作為AVB協(xié)議的擴展，車載時間敏感網(wǎng)絡（TSN，  Time－Sensitive Networking）則引入時間觸發(fā)式以太網(wǎng)的相關技術，能高效的實現(xiàn)汽車控制類信息的傳輸。此外，1Gbit 速率通信標準的車載以太網(wǎng)同時還支持 POE（Power Over Ethernet）功能和高效節(jié)能以太網(wǎng)（EEE， Energy－Efficient Ethernet）功能，POE 功能可在雙絞線傳輸數(shù)據(jù)的同時為連接的終端設備供電，省去了終端外接電源線，降低了供電的復雜度。

適應未來的能力

歷史經(jīng)驗告訴我們，以太網(wǎng)之所以長期以來如此成功，主要原因之一便是以太網(wǎng)是一種可持續(xù)更新、發(fā)展的技術。在經(jīng)歷了標準以太網(wǎng)（10Mbps）、快速以太網(wǎng)（100Mbps）和千兆以太網(wǎng)（Gigabit Ethernet）推進和發(fā)展后，以太網(wǎng)還在繼續(xù)著不斷的自我迭代升級。當然在支持帶寬持續(xù)增長的同時，它任然保持對原有系統(tǒng)的兼容性。所以說：一旦以太網(wǎng)技術推廣至汽車行業(yè)，它帶來的不僅僅是一種成熟的通信技術，更是一種對未來的適應能力。

無線功能

多年來，最能體現(xiàn)以太網(wǎng)是如何適應新需求的、發(fā)掘新潛力的事例之一就是當前非常流行的無線網(wǎng)絡wifi的引入。類似于Broadcom公司的BroadR－Reach，WiFi也有專供汽車使用的變體，“汽車環(huán)境無線存取”WAVE；2010年發(fā)布的IEEE802．11p通信規(guī)范對WAVE進行了定義，后被寫入IEEE802．11－2012主標準中。車載以太網(wǎng)的普及無疑將成為WAVE引入汽車最佳催化劑，而在智能交通時代，WAVE也將為V2X提供新的想象空間。

↑ V2X通訊場景

2、車載以太網(wǎng)發(fā)展趨勢

↑ 車載以太網(wǎng)技術發(fā)展路線

以太網(wǎng)作為一種新型車載網(wǎng)絡的進入汽車網(wǎng)絡，肯定是無法一蹴而就，在短期內(nèi)是無法取代現(xiàn)有的車載網(wǎng)絡，因此以太網(wǎng)在進入汽車網(wǎng)絡時考慮分階段、從子系統(tǒng)開始逐步深入，并最終統(tǒng)籌汽車網(wǎng)絡的演進過程?，F(xiàn)今可預期的車載以太網(wǎng)的發(fā)展主要可分為三個階段：

第一階段（已經(jīng)有實用案例），基于DoIP標準的車載診斷系統(tǒng)（OBD）和ECU軟件刷新。以ECU軟件刷新為例，和原有的CAN（1M／S）相比，刷新時間將縮短為原來的百分之一，該應用將大大提升診斷和刷新效率，節(jié)省時間、生產(chǎn)及服務成本。

第二階段車載以太網(wǎng)在信息娛樂系統(tǒng)和駕駛員輔助系統(tǒng)的使用，伴隨著BroadR－Reach技術的日益成熟和標準化的不斷推進，基于AVB，SOME／IP等技術將逐步推廣使用，車載以太網(wǎng)將以單節(jié)點或多個節(jié)點的形式進行搭載，如使用高分辨率的IP攝像頭的全景泊車等駕駛輔助系統(tǒng)，多屏互動的高清信息娛樂系統(tǒng)等進入人們的視野。

↑ 基于車載以太網(wǎng)技術的全景泊車

第三階段，前兩個階段專注于一個特定的應用領域，在經(jīng)歷的前兩個階段的積累和磨練，第三階段將使用以太網(wǎng)為車載網(wǎng)絡骨干，集成動力總成、底盤、車身、多媒體、輔助駕駛，真正形成一個域級別的汽車網(wǎng)絡。

3、挑戰(zhàn)

雖然不乏OPEN ALLIANCE、IEEE、AVNU、AUTOSAR等組織在積極推動車載以太網(wǎng)的發(fā)展，但是各類標準的完善和落地還需一些時日；雖然Broadcom、NXP、Marvell等半導體公司對車載以太網(wǎng)保持著積極的研發(fā)投入，但是市場上其他各類配套開發(fā)、測試技術似乎才邁出“萬里長征第一步”。因此，現(xiàn)階段對于車載以太網(wǎng)的推進而言相關開發(fā)工具、配套測試裝備的相對匱乏將成為最大的難題。此外，車載以太網(wǎng)的引入，將給汽車帶來新的數(shù)據(jù)信息安全風險，相關應對措施也值得開發(fā)人員的思考。

↑ 車載以太網(wǎng)標準化組織

三、基于域控制器的混合車載網(wǎng)絡

如第二部分所述，汽車電子發(fā)展的趨勢似乎表明以太網(wǎng)將取代CAN成為骨干網(wǎng)，而子網(wǎng)將是由若干域控制器（Domain Controller）組成的車載網(wǎng)絡結構。如圖，該車載網(wǎng)絡以高速以太網(wǎng)作為骨干，將5個核心域控制器（動力總成、底盤控制、車身、娛樂、ADAS）連接在一起。各個域控制器在實現(xiàn)專用的控制功能的同時，還提供強大的網(wǎng)關功能。這種基于域控制器的架構改變傳統(tǒng)的車載網(wǎng)絡中ECU到ECU的點到點通信方式，如：在車身控制域內(nèi)部，各部件通過CAN、LIN溝通實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享（類似于傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡架構），在娛樂子網(wǎng)中，娛樂域控制器與其子部件的通信將通過以太網(wǎng)實現(xiàn)；當一個域需要與其他域交換信息時則經(jīng)由網(wǎng)關、以太網(wǎng)路由實現(xiàn)。

↑ 面向域控制器的混合車載網(wǎng)絡架構

四、總結

當然，這并不意味著車載以太網(wǎng)將策底顛覆傳統(tǒng)的車載網(wǎng)絡。這些傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡不僅價格低廉、久經(jīng)考驗而且性能穩(wěn)定。以太網(wǎng)不會完全取代所有車載網(wǎng)絡，尤其是CAN、LIN，這兩種網(wǎng)絡在許多方面還保持著對以太網(wǎng)的優(yōu)勢。汽車電子元件多元化也意味網(wǎng)絡模式的多元化。以太網(wǎng)的目標不是去顛覆原本沒有問題的地方，而是填補新形勢下的需求空白，讓我們一起期待這一時代的到來。