車載以太網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展探究

崔馨宇

摘 要：隨著信息化時(shí)代的到來和快速發(fā)展，以太網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為了汽車領(lǐng)域的重要手段，市場發(fā)展前景廣闊。筆者主要概述了車載以太網(wǎng)的內(nèi)涵，對車載以太網(wǎng)技術(shù)的現(xiàn)狀進(jìn)行了分析，并闡述了車載以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：車載以太網(wǎng) 現(xiàn)狀 發(fā)展趨勢

中圖分類號：U46 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）08（c）-0156-02

隨著我國汽車電子的逐步興起與良好發(fā)展，越來越多的汽車駕駛?cè)藢蕵废到y(tǒng)和駕駛輔助系統(tǒng)提出了多樣化需求，于是，現(xiàn)代汽車業(yè)致力于通過以太網(wǎng)技術(shù)滿足各車載設(shè)備的通信要求，進(jìn)一步加快了以太網(wǎng)技術(shù)在汽車網(wǎng)絡(luò)中的發(fā)展進(jìn)程。

1 車載以太網(wǎng)的內(nèi)涵

所謂車載以太網(wǎng)，指的是通過以太網(wǎng)技術(shù)和汽車內(nèi)部電子單元互聯(lián)互通。我們最常見的以太網(wǎng)技術(shù)主要以四對非屏蔽雙絞線電纜為主，而車載以太網(wǎng)技術(shù)在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)只需要通過單對非屏蔽雙絞線就能夠?qū)崿F(xiàn)每秒100兆比特更有甚者達(dá)到了每秒1吉比特的速率，并且對汽車領(lǐng)域提出的功耗小、電磁輻射小、可靠性高以及同步實(shí)時(shí)性等要求進(jìn)行了很好的滿足。

2 車載以太網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，汽車行業(yè)使用最先進(jìn)的車載以太網(wǎng)技術(shù)是非屏蔽雙絞線，能夠?qū)崿F(xiàn)每秒100兆比特的數(shù)據(jù)傳輸速率。車載以太網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)已被數(shù)據(jù)中心聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)化。當(dāng)前，數(shù)據(jù)中心聯(lián)盟已經(jīng)將重心放在了加大以太網(wǎng)在車載網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用層面上，現(xiàn)已應(yīng)用于汽車娛樂與輔助駕駛系統(tǒng)中，預(yù)計(jì)到明年以太網(wǎng)將成為汽車行業(yè)的“龍頭”，這是以太網(wǎng)的高靈活性、可擴(kuò)展性、廉價(jià)性所決定的。隨著以太網(wǎng)在汽車行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，使得該行業(yè)獲得了完善多樣的IT技術(shù)。

2.1 車載以太網(wǎng)測試解決方案的挑戰(zhàn)

汽車行業(yè)使用以太網(wǎng)時(shí)，要求相關(guān)開發(fā)人員和測試人員加強(qiáng)技術(shù)層面上的規(guī)劃。一，科學(xué)確立相適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（圖1）；主網(wǎng)絡(luò)在該架構(gòu)中不再屬于一個(gè)總線系統(tǒng)，而將其作為了以全雙工連接為主的交互式網(wǎng)絡(luò)。該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的形成使得分析能力的需求量不斷擴(kuò)大，比如開放者致力于采用主網(wǎng)絡(luò)對各個(gè)傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行一并分析，而這就需要主網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)各分支網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的同步。二，開發(fā)人員應(yīng)積極探索先進(jìn)高效有助于處理巨大數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理方法。對于開發(fā)商而言，應(yīng)解決由于數(shù)據(jù)傳輸速率太快而導(dǎo)致快速數(shù)據(jù)處理負(fù)擔(dān)增加的問題。能夠滿足該方面需求的千兆以太網(wǎng)雙絞線正在我國如火如荼的開發(fā)中。

2.2 最小化接口對系統(tǒng)性能的影響

相較于常見的總線系統(tǒng)，以太網(wǎng)測試應(yīng)嚴(yán)格按照一定的特殊手段進(jìn)行，防止影響系統(tǒng)的整體性能。首先，系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期階段，開發(fā)人員應(yīng)認(rèn)真分析以太網(wǎng)測試的實(shí)際運(yùn)行效果。其次，選用的以太網(wǎng)測試工具不能對系統(tǒng)有太大的影響。

2.3 透明化的以太網(wǎng)分析方法

對以太網(wǎng)監(jiān)測時(shí)，應(yīng)以透明化的方法為主，并作為接口監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，從而防止因時(shí)間延時(shí)和對故障報(bào)文的過濾而對系統(tǒng)造成巨大的影響。對于該狀況可直接在新型的免費(fèi)自助建站服務(wù)平臺上解決。采用DOS路徑設(shè)置命令不僅降低了延時(shí)率，還具有較高的穩(wěn)定性，有利于對AVB系統(tǒng)的分析。還可選用支持AVB時(shí)間同步的交換機(jī)，允許AVB協(xié)議，能夠補(bǔ)償因報(bào)文傳輸?shù)臅r(shí)間延時(shí)。不管實(shí)際選用的是哪一種方法，最終任務(wù)都是對存在具體時(shí)間戮的報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)合理分析。所以應(yīng)以與物理層相近的數(shù)據(jù)為主。這些時(shí)間戮應(yīng)和其它接口保持同步，因?yàn)榉治鼍W(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)時(shí)并非只有從以太網(wǎng)中獲取相關(guān)的數(shù)據(jù)。

一個(gè)非激活狀態(tài)的接口也應(yīng)做到透明化，比如將相應(yīng)的硬件接口安裝于車輛上，對該車輛進(jìn)行試駕，就算該硬件接口的應(yīng)用程序不運(yùn)行，也要自動(dòng)切換至單機(jī)模式下運(yùn)行，不然車輛行駛中以太網(wǎng)通信就會(huì)中斷。

2.4 帶有仿真的TAP

分析數(shù)據(jù)過程中，測試人員應(yīng)有針對性發(fā)送部分?jǐn)?shù)據(jù)報(bào)文，以此測試當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際狀態(tài)。需要注意的是，這些測試報(bào)文并不直接利用物理層來進(jìn)行發(fā)送，主要通過流控制各類報(bào)文的發(fā)送，所以僅以數(shù)據(jù)鏈路層為主要發(fā)送通道。測試報(bào)文通常涉及兩方面的效果：一方面，在正常通信的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)間發(fā)送補(bǔ)充故障數(shù)據(jù)，以此測試網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。對于該方面的數(shù)據(jù)可以采用專門的測試軟件來發(fā)送，比如CANoe.IP，或者采用報(bào)文發(fā)生器來實(shí)時(shí)發(fā)送，當(dāng)此發(fā)生器處于接口的地方時(shí)能形成一個(gè)定義的總線負(fù)載。

2.5 接口/軟件靈活組合的重要性

為了防止以太網(wǎng)測試環(huán)境更改各種測試設(shè)置的接口，應(yīng)采用一個(gè)靈活性高的TAP、轉(zhuǎn)換器以及功能更為齊全的交換機(jī)作為接口。該接口應(yīng)發(fā)揮下列優(yōu)勢：通常狀態(tài)下，如果接口以TAP為主，那么TAP所產(chǎn)生的延時(shí)時(shí)間只在允許標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)。

要保證各個(gè)種類的影音都能夠利用以上接口完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化任務(wù)，比如快速以太網(wǎng)、千兆以太網(wǎng)、未來的RTPGE等，不用再像傳統(tǒng)的方法那樣還要使用媒體轉(zhuǎn)換器。高度重視多包數(shù)據(jù)發(fā)生器使用的軟硬件的品質(zhì)，在做好網(wǎng)絡(luò)分析的同時(shí)，對汽車開發(fā)進(jìn)行可控的激勵(lì)也十分有必要。對仿真工具進(jìn)行使用和分析的過程中，不僅要對OSI協(xié)議參考模型各個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行深入細(xì)致分析，而且還必須懂得相關(guān)的操作步驟。應(yīng)確保異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)在接口中的順利運(yùn)行，對所有總線系統(tǒng)進(jìn)行同步化。

3 車載以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展趨勢

3.1 以太網(wǎng)的通用技術(shù)

汽車行業(yè)現(xiàn)行的車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對于外部設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)連接的封閉要求很難滿足。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的主要原因是占據(jù)市場主體地位的車載網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)CAN（控制器局域網(wǎng)絡(luò)）、LIN（局域互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)）、FlexRay（汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議）和適應(yīng)媒體領(lǐng)域的系統(tǒng)傳輸標(biāo)準(zhǔn)MOST（面向媒體的系統(tǒng)傳輸）等只適合在汽車領(lǐng)域內(nèi)使用，應(yīng)用范圍較窄，而以太網(wǎng)具有顯著的開放性、成熟性等優(yōu)勢，在汽車領(lǐng)域中使用有利于節(jié)約整體應(yīng)用成本。簡單舉個(gè)例子說明，將以太網(wǎng)物理層面上的車輛診斷標(biāo)準(zhǔn)DoIP（通過互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議進(jìn)行診斷通訊）應(yīng)用到汽車領(lǐng)域中，此標(biāo)準(zhǔn)（ISO 13400）摒棄了以往的CAN總線，將以太網(wǎng)作為核心，并對以IP協(xié)議為基礎(chǔ)的車載診斷系統(tǒng)與ECU（電子控制單元）實(shí)施軟件更新。過去采用CAN上傳81兆左右的數(shù)據(jù)時(shí)往往會(huì)花費(fèi)10h的時(shí)間，而采用以太網(wǎng)上傳1千兆字節(jié)的數(shù)據(jù)僅僅在20min左右就能夠完成。由此不難看出，通過以太網(wǎng)100BASE-TX（使用5類數(shù)據(jù)級非屏蔽雙絞線或屏蔽雙絞線的快速以太網(wǎng)技術(shù)）、CAT5（標(biāo)準(zhǔn)5類線纜）的診斷接口與軟件更新不僅能夠縮短傳輸時(shí)間，而且還有效降低了生產(chǎn)成本與服務(wù)成本。endprint

3.2 高層對帶寬的應(yīng)用需求越來越大

隨著汽車行業(yè)電子化進(jìn)程的不斷加快，大量的智能電子產(chǎn)品被應(yīng)用到車載設(shè)備中，而云概念的快速崛起，有效促進(jìn)了高級駕駛輔助系統(tǒng)和智能視覺技術(shù)的應(yīng)用，如車道偏離檢測、駕駛員意圖預(yù)測和信息娛樂設(shè)備的現(xiàn)代化信息平臺直接決定了汽車電子的市場發(fā)展前景。在車載子系統(tǒng)數(shù)量的不斷增多下，各子系統(tǒng)更加注重?cái)?shù)據(jù)信息的共享。同時(shí)，現(xiàn)代攝像頭的分辨性能越來越高，能夠滿足多樣化的顯示需求。以往使用的車載網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)很難在帶寬上適用，而在車載網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)中占據(jù)核心地位的CAN、FlexRay也將面臨停滯不前的發(fā)展困境，所以應(yīng)盡快使用新興技術(shù)。MOST總線能夠?qū)崿F(xiàn)每秒150兆的帶寬，不過其以多設(shè)備共享帶寬為常規(guī)架構(gòu)。相較于MOST，以太網(wǎng)常用的架構(gòu)是靈活性極高的星形連接，為各鏈路提供了每秒100兆的專項(xiàng)帶寬。

3.3 以太網(wǎng)的開放性與互聯(lián)擴(kuò)展性能

在ADAS（高級駕駛輔助系統(tǒng)）越來越繁復(fù)的情況下，汽車行業(yè)對一種簡單且標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法顯得無比迫切，隨著各子系統(tǒng)之間逐步隔離，將車載系統(tǒng)作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)開展相關(guān)管理和運(yùn)營活動(dòng)，這樣就能夠滿足重用性與互操作性的要求。以太網(wǎng)剛好能夠?qū)崿F(xiàn)上述需求，所以主干網(wǎng)絡(luò)選用以太網(wǎng)再合適不過了，在各領(lǐng)域中都能得到較好的應(yīng)用，尤其適用對帶寬需求龐大的領(lǐng)域。以太網(wǎng)是一種開放靈活且擴(kuò)展性能好的帶寬，可對信息進(jìn)行遠(yuǎn)程處理，使得以IP協(xié)議為基礎(chǔ)的WEB應(yīng)用程序和車載網(wǎng)絡(luò)的接口順利進(jìn)行過渡，車輛與外界的交流互動(dòng)次數(shù)越來越多、越來越順暢，比如我國最近幾年發(fā)展起來的以Intemet為基礎(chǔ)的汽車應(yīng)用、V2V（車輛之間以無線連接為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)傳輸）等。

4 結(jié)語

綜上所述可知，隨著汽車電子的市場份額越來越重，以太網(wǎng)將在下一代汽車車載網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用，與此同時(shí)，由于以太網(wǎng)屬于一種已經(jīng)得到多方認(rèn)可的IEEE標(biāo)準(zhǔn)，所以其在汽車行業(yè)中的應(yīng)用會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)該行業(yè)的發(fā)展進(jìn)程，并發(fā)揮著優(yōu)化完善帶寬、降低應(yīng)用成本等優(yōu)勢作用。

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