【導讀】近年來，隨著汽車采用新的信息娛樂技術和先進的駕駛員輔助系統（攝像頭、雷達、激光雷達等），以及采用多種傳感器測量不同數據（穩定性、速度、加速度等），汽車內部的電子系統數量增加，復雜性也達到了新高度。
我們可以用高帶寬和低帶寬類技術來簡單分類。通常，傳感器需要低帶寬。汽車上最常用的加速度計的輸出數據速率(ODR)只有幾千赫茲。至于信息娛樂系統，普通音頻和視頻數據要求的速率一般為幾Mbps以上。
然而，高清多攝像頭系統的采用才真正令標準得到提高，這種系統適用于停車輔助系統、360°視覺系統（也稱為鳥瞰系統或環視系統）、雷達（基于RF微波）和激光雷達（基于紅外激光），能夠幫助增強駕駛員輔助系統(ADAS)。這些系統能夠共存是推動自動駕駛汽車發展的關鍵因素，但對任何通信總線來說都是一個巨大的挑戰。
汽車中使用的傳統總線包括：
● 局域互連網絡(LIN)：速度最高20kbps，主要用于要求低成本、速度/帶寬比不太重要的子系統中。
● 控制器局域網(CAN)：傳輸速度最高1Mbps，比如用于在電子控制單元(ECU)和啟停系統、駐車輔助系統和電子駐車制動器的傳感器之間通信。
● FlexRay：速度比CAN快（最高10 Mbps），價格更高昂。最開始被用于線控（線控駕駛、線控轉向）系統，能用于適配多種網絡拓撲。
● 面向媒體的系統傳輸(MOST)：速度最高150 Mbps，專用于傳輸音頻、視頻、語音和數據信號。定義ISO/OSI模型的全部7個層，從物理層直到應用層。是一個專有的解決方案。
隨著網絡技術不斷發展，另一方面變得越加重要。許多不同子系統使用的各種總線都包含非常復雜（且昂貴）的電纜。對于汽車應用，尺寸和重量是新的挑戰，因為要滿足新的環境法規就意味著需要開發能夠（例如）降低CO2排放量的新系統。在這種情況下，就不太容易滿足高帶寬、低延遲，確定性、耐用且便宜的通信總線的需求了。
汽車音頻總線(A2B)
汽車音頻系統的電纜在總電纜重量中占了很大比重，這是因為模擬線路要求從音頻源到端（揚聲器）都采用價格高昂的屏蔽電纜。此外，主動降噪(ANC)和路噪降噪(RNC)系統需要在車內安裝多個麥克風，這為音頻網絡增加了許多輸入節點。圖1非常詳細地展示了傳統汽車音頻系統的實際布線。
圖1. 傳統的車內音頻系統線纜。
汽車音頻總線(A2B)是ADI推出的一項創新技術，支持串聯拓撲，即單個主機最多連接10個菊花鏈形式的從機。A2B針對音頻應用進行優化，速度為50Mbps。通過使用非屏蔽雙絞線(UTP)，大幅簡化連接，線束的總重量減少高達75%。節點之間的距離可達15米，最大網絡長度為40米。同樣的UTP傳輸電源（幻象供電）最高可達300mA，非常適合數字麥克風。
若在主節點提供的供電功率分配不足時，可以由本地電源為從機節點供電。總線支持雙向通信，主機至從機、從機至主機，最多可32個通道下行和上行（12、16、24位）。最重要的是，可以保證延時最多2個時鐘周期，為ANC/RNC這樣的延時敏感型應用提供確定性。A2B總線可以傳輸I2C消息，支持在從機節點上遠距離配置ADC/DAC等外設。
簡化A2B網絡配置的工具是SigmaStudio，這是一種圖形化設計環境，支持SigmaDSP和SHARC DSP等系列。A2B收發器（AD2428, AD2427, and AD2426）提供I2S和PDM接口。I2S接口通常用于連接ADC和DAC，數字麥克風則通常使用PDM。
汽車應用的一個重要問題是電磁兼容性(EMC/EMI)。A2B通過了最嚴格的汽車EMC和EMI測試（僅使用雙線UTP電纜）。RNC應用要求加速度計和麥克風分布在汽車內部周圍。使用模擬鏈路的成本非常高昂，因為需要額外部署電路（模數轉換器）、電纜和連接器。A2B技術采用新型音頻源和傳感器，簡化了這個架構。
圖2. 被A2B技術簡化過的車內音頻系統線纜。
車載以太網
以太網是非常流行的網絡技術，擁有龐大的生態系統。然而，到目前為止，它在汽車領域的應用非常有限，僅限于診斷、車載信息娛樂系統和高帶寬傳感器連接等。
雖然在雷達和激光雷達等新技術不斷涌現且對帶寬產生巨大需求時，以太網可能能夠滿足這些帶寬需求，但仍有幾個方面限制了它在汽車上的應用。用于100-Base-TX的傳統以太網電纜都是基于兩個差分線對，通過變壓器進行隔離，對于汽車應用而言太過昂貴。此外，5類電纜不能滿足汽車EMI標準，因此，100-Base-TX以太網除了進行診斷和固件更新，并不能用于車內通信。
對于車對車(V2V)或車對萬物(V2X)通信，車內數據傳輸必須支持同步、流量控制和固定延遲。以太網無法提供這類支持，除非采用新協議棧。
我們先考慮一下物理層。為了滿足關于重量、EMI和成本的要求，電氣與電子工程師協會(IEEE)制定了一項新標準，即802.3bw，也被稱為100-Base-T1。IEEE802.3bw是基于雙向UTP電纜的100Mbps標準，滿足嚴格的汽車電磁輻射標準。它利用疊加、特定編碼和加擾等原理降低EMI。
使用非屏蔽雙線電纜代替傳統的5類電纜時，成本和重量都更低。以太網供電(PoE)等技術在傳輸數據的同時供電，共用相同的電纜。但是，PoE提供電源至少要用到兩個線對，與減少電纜數量的要求背道而馳。
所以IEEE制定出802.3bu標準，也被稱為數據線供電(PoDL)。PoDL可以通過一個線對提供電源，這從一定程度上增加了收發器原理圖的復雜性。
圖3. 基本的PoDL架構：通過同樣的差分通道傳輸數據和提供電源。
如前所述，為了支持汽車應用，以太網需要額外的軟件技術來支持時間確定性。這可以通過音頻視頻橋接協議(AVB)來實現，AVB協議由IEEE 802.1開發，該組織負責ISO/OSI模型的第二層。
AVB是一種提供時間同步和流量控制的軟件技術。利用這些基本概念，以太網可以可靠地提供音頻和視頻內容。在AVB的推動下，IEEE定義了一系列協議，即時間敏感網絡(TSN)，它們主要關注工業和汽車市場，提供支持實時支持的以太網。
綜上所述，IEEE 802.3bw加上TSN可以取代傳統總線，成為合適的車內確定性通信解決方案。此外，100-Base-T1正在演變成新的1000-Base-T1標準，速度可以達到1Gbps。但是，這樣的系統相當復雜，而且這些技術還不夠成熟，不適合在汽車市場中廣泛部署。
可能的場景
車載市場已開始采用A2B來進行音頻傳輸。涉及從不同總線子系統/節點傳輸數據的需求下，以太網還遠遠沒有達到批量實施的水平。
圖4. 多域架構。
A2B技術對簡化ANC、免提系統、電動汽車(EV)警示音系統、緊急呼叫(eCall)系統等應用都大有裨益。此外，未來可能能夠直接將數字傳感器提供的信息傳輸至A2B，以進一步簡化RNC系統的架構。
自動駕駛推動著總線性能不斷提高，未來有望實現千兆網絡連接。那么，在接下來的幾年里，會出現什么樣的場景？
A2B是一種易于實現的技術，通過同一對UTP電纜傳輸電源和數據，并對延時提供確定性支持。采用現有的100-Base-T1（未來是1000-Base-T1）技術的以太網將會是一種融合技術，可以聚合多條數據總線，但增加供電(PoDL)和軟件確定性(TSN)的復雜性會提高。
很可能，基于A2B的音頻傳輸和傳感器混合解決方案，以及依靠高速Gb以太網連接激光雷達和雷達等主干網絡，能夠滿足汽車行業大部分的中期需求。
本文轉載ADI.
本文轉載ADI.
推薦閱讀：
