以太網技術在汽車通信中的應用

郭麗麗，陳 新

（北汽集團新技術研究院，北京 101300）

以太網技術在汽車通信中的應用

郭麗麗，陳 新

（北汽集團新技術研究院，北京 101300）

介紹傳統汽車車載通信技術，分析不同車載通信方法在不同應用領域的應用特點，闡述引進新的車載通信技術——汽車以太網的必要性。分別敘述世界2大組織OPEN Alliance SIG和AVNU Alliance在汽車以太網推廣方面所做的工作，汽車以太網相對于傳統以太網的區別，汽車以太網在汽車上的應用演進。展望未來汽車以太網將更大范圍地應用于汽車。

汽車以太網；汽車通信；汽車總線

1 汽車車載通信概述

1.1 汽車車載通信技術發展

汽車車載通信，是指實現汽車內部電子零部件之間信息交互所采取的通信方式。1991年之前，汽車車載通信采用點對點通信方式，隨著汽車上電子零部件數目的增加及汽車功能的復雜，點對點通信漸漸不能滿足需求。1983年Bosch開始研究汽車串行總線通信系統，并在1986年SAE大會上首次公布CAN協議，1987 年Intel推出了第1片CAN控制器芯片。1991年，Bosch頒布CAN 2.0技術規范，同年CAN在Benz S系列轎車上實現。目前，幾乎每輛汽車上都搭載CAN總線。

1999年，由整車廠奧迪、寶馬、戴姆勒克萊斯勒、沃爾沃、大眾，半導體廠商飛思卡爾，工具制造商Mentor Graphics組成的LIN聯盟成立，目標是建立一個全面、簡單、低成本且標準化的用于傳感器/執行器級的通信網絡，同年SAE大會上頒布LIN1.0協議標準，到2006年LIN2.1標準發布。目前，幾乎每輛汽車上都搭載LIN總線。

2000年以寶馬、博世、戴姆勒、飛思卡爾、通用汽車、恩智浦、大眾為核心成員的FlexRay聯盟成立，致力于將高速率（10 Mb/s）、確定性（基于調度表通信形式）、容錯性（雙通道冗余、分布式時鐘同步）、靈活性很強的FlexRay總線應用于安全系統。現在，部分高端車搭載FlexRay總線。

1998年，寶馬、戴姆勒克萊斯勒、哈曼和Oasis Silicon Systems公司（多媒體設備芯片商，現在已被SMSC公司收購）組成的MOST聯盟成立，致力于研究應用于汽車的面向多媒體導向系統傳輸（Media Oriented System Transport，簡稱MOST），傳輸速率最高可達150 Mb/s。現在，少量高端車搭載MOST總線。

1.2 不同車載通信方式的應用特點

汽車不同系統選用不同的通信形式。如：①信息娛樂系統：通信要求高速率和高帶寬，有時會是無線傳輸，目前主流應用協議有MOST（正在推出的還有IDB-1394等）。由于MOST總線是通過塑料光纖的全反射進行通信，所以對光纖的彎曲度有限制，這就制約了MOST總線的應用范圍（目前MOST主要應用在和汽車安全無關的領域，主要是指信息娛樂方面）；②高安全的線控系統（X-By-Wire）：由于此領域涉及安全性很高的制動和導向系統，所以它的通信要求高容錯性、高可靠性和高實時性。通信協議有TTCAN、FlexRay、TTP等；③車身及控制系統：在這個領域CAN協議已經有了20多年的應用積累，其中包括傳統的車身控制系統和傳動裝置控制系統；④低端控制系統：此系統包括那些僅需要簡單串行通信的ECU，比如控制后視鏡和車門的智能傳感器以及執行器等，LIN總線最適合的應用領域。

1.3 新型汽車車載通信——汽車以太網

隨著技術的發展及用戶對汽車性能要求的提高，車載電子系統數量及復雜性在增加，需要的帶寬也隨之大幅增加；汽車智能網聯化的發展，高清攝像頭、雷達等智能傳感器系統由于信息傳遞量的增大對傳遞的速度有很高的要求，憑借目前的車載通信方式CAN、LIN、MOST、FlexRay總線是很難承載的，車載以太網可提供高帶寬、高速率、大信息量的傳輸性能來滿足其信息傳遞的需求。

2 汽車以太網在汽車通信中的應用

2.1 世界汽車以太網聯盟

為了更好地將以太網引進汽車，一些芯片廠商、汽車整車廠商和汽車零部件廠商組成了聯盟，致力于將以太網更好地在汽車上應用。目前，有2大汽車以太網聯盟：OPEN Alliance SIG和AVNU Alliance。

2.1.1 OPEN Alliance SIG及BroadR-Reach技術

One-Pair Ether-Net special interest group 簡稱OPEN Alliance SIG，最早由Broadcom公司成立的一個以太網聯盟，成立的目的是鼓勵以太網連接成為標準的汽車網絡應用，推廣 Broadcom公司的BroadR-Reach技術作為開發標準。OPEN Alliance SIG的核心成員包括寶馬、博世、博通、飛思卡爾、哈曼等汽車整車廠、芯片廠商、零部件廠商。

BroadR-Reach技術的特點是使用1對非屏蔽雙絞線實現百兆以太網的全雙工功能，通信距離大于15 m。如圖1所示，BroadR-Reach不同于傳統百兆以太網，借鑒千兆以太網，BroadR-Reach 物理收發器PHY采用和傳統百兆以太網相同的MAC接口MII，使用特定的物理編碼子層BR-PCS、物理媒體層BR-PAM［1］。

BroadR-Reach編碼方式，采用4B3B、3B2T編碼方法［1］。

4B3B轉2T編碼原理見表1，MMI到PAM-3的編碼過程見圖2［1］。

圖1 BroadR-Reach以太網物理層與傳統百兆、千兆以太網物理層區別

表1 3B-2T編碼

圖2 MMI到PAM-3編碼

2.1.2 AVNU聯盟及AVB/TSN標準

AVNU聯盟把以太網引入汽車和專業音頻、視頻市場。聯盟創始成員博通、思科、哈曼、英特爾和賽靈思等。這些成員公司將促進面向LAN橋接的一套IEEE標準，以擴展以太網的媒體功能［2］。

AVNU聯盟將以太網根據汽車應用特征進行改進并標準化，形成應用于汽車行業的應用標準。AVNU聯盟推廣的汽車以太網標準為AVB/TSN標準，目前AVB（Audio Video Bridging）標準已成型，TSN（Time Sensitive Networking）標準在制定和修訂中。AVB標準含IEEE1722、802.1Qav、802.1Qat、802.1 AS，應用目的是建立音視頻傳輸機制及實習AVB系統的時鐘同步方法及過程，主要應用于影音娛樂系統，目前在推廣和應用階段［2］。TSN標準的目的是建立更加可靠和穩定的數據傳輸機制，應用于輔助駕駛、主動駕駛等安全系統。AVB/TSN標準列表如表2所示。

2.2 以太網在汽車中的應用演進

以太網在汽車上的應用，按照應用范圍及應用特點分為4種，應用過程依次遞增，如圖3所示。①點對點連接通信，主要應用：診斷、程序下載、點對點私有通信。②獨立網絡級應用，主要應用：視頻數據傳輸，Infotainment信息娛樂系統和ADAS系統的子網絡等。③通過網關連接數據中心，即點對點連接通信與某以太網子網絡結合；應用特點是帶有中央網關，中央網關需要實現數據之間的轉換。④全車主干網，應用特點是整車主網絡架構采用以太網，帶有中央網關和域網關，域網關實現將各個子域中數據經過數據的打包給中央網關，中央網關負責各個子域間數據交互。

表2 AVB/TSN標準列表

圖3 汽車以太網應用演進

3 汽車以太網應用展望

隨著汽車技術的發展和汽車以太網技術的成熟，以太網越來越多地應用于汽車網絡并承擔重要角色成為必然趨勢。未來會迎來眾多挑戰，但任何問題和困難都阻擋不了科技的進步與技術的發展。相反，挑戰會促進技術的進步及相關法規的建立與完善，給用戶一個更舒適、更先進的駕車體驗和乘車感知［3］。

［1］BroadR-Reach Physical layer Transceiver Specification For Automotive Applications.V3.0［S］.2014.

［2］IEEE Standard for Local and metropolitan area networks -Audio Video Bridging （AVB） Systems.IEEE802.1 AB ［S］.2011.

［3］郭麗麗，菅少鵬，陳新，等.智能網聯汽車網絡架構方案研究［J］.汽車科技，2017，3（5）：34-38.

（編輯 凌 波）

The Using of Ethernet Technology in Auto Communication

GUO Li-li， CHEN Xin
（BAIC Group New Technology Institute， Beijing 101300， China）

In this paper， traditional auto communication technology is introduced， and vehicle communication methods used in different application fields are analyzed. Then a new technology of Ethernet is demonstrated as a necessary auto communication method. The work that did by the OPEN Alliance SIG and AVNU Alliance in auto Ethernet promoting，differences between it and the traditional Ethernet， and the evolution of the auto Ethernet application is introduced in this paper. Auto Ethernet is expected to be used in a wider range in the future.

Auto Ethernet; auto communication; auto bus

U463.6

A

1003-8639（2017）06-0036-03

2017-02-16；

2017-04-21

郭麗麗（1984-），碩士，汽車總線工程師，研究方向為汽車電子電氣架構及車載網絡。