汽車(chē)當中包括安全系統、信息娛樂(lè )系統和ADAS系統等等系統。這些系統之間需要相互配合。汽車(chē)中的一個(gè)趨勢是，把所有這些系統通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連起來(lái)。
預計到2025年，所有的汽車(chē)都將實(shí)現聯(lián)網(wǎng)。到2035年，將有75%的汽車(chē)實(shí)現無(wú)人駕駛。一方面，汽車(chē)中有越來(lái)越多的設備加入，另一方面，汽車(chē)中有各種各樣的網(wǎng)絡(luò )，包括CAN總線(xiàn)、LIN總線(xiàn)、FlexRay、MOST和以太網(wǎng)等。未來(lái)汽車(chē)中亟需有一個(gè)通用的高帶寬網(wǎng)絡(luò )，來(lái)替代所有的現有網(wǎng)絡(luò )?，F在來(lái)看，汽車(chē)以太網(wǎng)是最有可能實(shí)現這一目標的網(wǎng)絡(luò )。電子模塊
日前，在由Aspencore旗下《EDN電子技術(shù)設計》、《EET電子工程專(zhuān)輯》和《ESM國際電子商情》共同舉辦的Tech Shanghai汽車(chē)電子設計論壇上，博通公司（Broadcom）中國區汽車(chē)市場(chǎng)銷(xiāo)售經(jīng)理鄧超介紹了Broadcom芯片在汽車(chē)以太網(wǎng)方面的應用和工作原理。（該論壇另兩個(gè)報道見(jiàn)《電動(dòng)汽車(chē)和充電樁設計提出哪些新的光耦驅動(dòng)需求？》和《新廠(chǎng)商磨拳切入智能車(chē)聯(lián)網(wǎng)，但可靠性關(guān)口怎么跨？》）
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)始就持續有發(fā)展。除了在汽車(chē)中的應用，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、應用最豐富的網(wǎng)絡(luò )，被應用到汽車(chē)中是必然趨勢。
相比其他總線(xiàn)，以太網(wǎng)可降低80%成本和30%線(xiàn)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(xiàn)纜和連接器成本。另外可以降低30%線(xiàn)纜重量。傳統的100MBPS以太網(wǎng)是4根線(xiàn)，而博通的100MBPS BROADR-REACH以太網(wǎng)是2線(xiàn)。它采用一對雙絞線(xiàn)就能達到傳統兩對的帶寬，并且是全雙工通信。此外，它可以用非屏蔽的線(xiàn)，來(lái)過(guò)EMI/EMC標準。“這個(gè)是最重要的。BROADR-REACH現在已經(jīng)是汽車(chē)以太網(wǎng)的一個(gè)國際標準了。為什么要選擇非標的技術(shù)？最主要的原因是傳統以太網(wǎng)不能過(guò)EMI/EMC，而B(niǎo)ROADR-REACH卻可以（做了相應改進(jìn)）。”鄧超說(shuō)。
汽車(chē)以太網(wǎng)和傳統以太網(wǎng)僅僅是物理層有所區別，其他（比如數據鏈路層）完全一樣，因此傳統以太網(wǎng)在汽車(chē)里一樣可以工作。
“為什么一對以太網(wǎng)可以實(shí)現全雙工通信？其原因是它每個(gè)PHY內部有算法。收到的信息是自己發(fā)的和對方發(fā)的相疊加，自己發(fā)的信息已知，把它去掉就是對方發(fā)的信息。”鄧超解釋。
汽車(chē)以太網(wǎng)典型應用及環(huán)視系統
下圖是以太網(wǎng)的典型應用。它和CAN的連接通過(guò)以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)來(lái)實(shí)現。以太網(wǎng)目前還不是用來(lái)取代CAN的，主要還是應用在非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)間內都不會(huì )被以太網(wǎng)取代。但是到2021年以后，隨著(zhù)ESN這個(gè)新以太網(wǎng)協(xié)議推出，估計汽車(chē)會(huì )陸續去掉CAN總線(xiàn)，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)視系統框圖。博通的汽車(chē)以太網(wǎng)產(chǎn)品主要有兩類(lèi)，一類(lèi)是收發(fā)器PHY，一類(lèi)是Switch。“收發(fā)器實(shí)現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，要連接到另一個(gè)以太網(wǎng)上，掛一個(gè)PHY就可以了。而Switch則相當于路由器。”鄧超解釋。
汽車(chē)以太網(wǎng)發(fā)展歷史
下圖是汽車(chē)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，現在發(fā)展到300多家會(huì )員。博通將其BroadR-Reach專(zhuān)利汽車(chē)以太網(wǎng)技術(shù)免費放在這個(gè)聯(lián)盟里，聯(lián)盟里的任何會(huì )員都可以免費下載和使用。2013年，第一臺采用汽車(chē)以太網(wǎng)的汽車(chē)——寶馬X5（四個(gè)攝像頭拼接的環(huán)視）量產(chǎn)。2014年，IEEE出了新的規范802.3 100BASE-T1（802.3 100BASE-T是傳統以太網(wǎng)規范，1代表1對線(xiàn)），和OPEN聯(lián)盟中的規范完全一樣，這意味著(zhù)BroadR-Reach成為了真正的國際標準。2015年，寶馬全系列（7系、5系、3系和i系電動(dòng)車(chē)）、捷豹、路虎和大眾的帕薩特都集成了汽車(chē)以太網(wǎng)技術(shù)，而且寶馬車(chē)里已經(jīng)不是單純的環(huán)視，而是整車(chē)系統都基于汽車(chē)以太網(wǎng)來(lái)設計。2016年更是有更多車(chē)型采用了這個(gè)技術(shù)。Broadcom現在已經(jīng)出貨1900萬(wàn)顆以太網(wǎng)芯片。
汽車(chē)以太網(wǎng)各種規范解讀
以下是汽車(chē)以太網(wǎng)的一些規范?，F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(chē)以太網(wǎng)當中最廣泛的一個(gè)協(xié)議，用于多媒體應用。IEEE 802.1 TSN（Time-Sensitive Networking的簡(jiǎn)寫(xiě)）是AVB的下一代，有快速轉發(fā)和安全性的考慮，因此未來(lái)可以取代CAN總線(xiàn)。IEEE 802.3bu 1PPoDL（1-Pair Power over Data Lines）可以把電源疊到兩根數據線(xiàn)上，這樣就可以用2根線(xiàn)實(shí)現攝像頭連接。這個(gè)協(xié)議博通也有方案推出。
ADAS新應用/新需求可采用這顆MCU應對
除了PHY和Switch，博通還開(kāi)發(fā)了MCU，應對如下新應用和新需求。這款MCU采用28nm工藝，針對ADAS應用，集成了汽車(chē)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視頻識別等等。
另外，對于觀(guān)眾提問(wèn)，以后汽車(chē)中會(huì )否采用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )。鄧超回答道，汽車(chē)需要滿(mǎn)足功能安全，而無(wú)線(xiàn)傳輸不牢靠，且車(chē)內環(huán)境比較復雜，用戶(hù)感受不理想。因此，車(chē)外（車(chē)車(chē)、車(chē)與基礎設施）通信是無(wú)線(xiàn)連接，但車(chē)內ECU之間的連接必須得是有線(xiàn)連接。
