【導讀】預計到2025年，所有的汽車都將實現聯網。到2035年，將有75%的汽車實現無人駕駛。一方面，汽車中有越來越多的設備加入，另一方面，汽車中有各種各樣的網絡，包括CAN總線、LIN總線、FlexRay、MOST和以太網等。未來汽車中亟需有一個通用的高帶寬網絡，來替代所有的現有網絡。現在來看，汽車以太網是最有可能實現這一目標的網絡。
網絡帶寬的演進
下圖顯示了以太網、令牌環網、光纖網和MOST網這幾種網的帶寬演進。可以看出，以太網從最低端一直到最高端，覆蓋所有其他網絡的帶寬，并從最開始就持續有發展。除了在汽車中的應用，它在通信領域也是最普遍的一種網絡。這樣一種大家最熟、覆蓋最全、應用最豐富的網絡，被應用到汽車中是必然趨勢。
相比其他總線，以太網可降低80%成本和30%線纜重量
鄧超表示，以太網解決方案相比其他解決方案可以降低80%成本，包括線纜和連接器成本。另外可以降低30%線纜重量。傳統的100MBPS以太網是4根線，而博通的100MBPS BROADR-REACH以太網是2線。它采用一對雙絞線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，來過EMI/EMC標準。“這個是最重要的。BROADR-REACH現在已經是汽車以太網的一個國際標準了。為什么要選擇非標的技術？最主要的原因是傳統以太網不能過EMI/EMC，而BROADR-REACH卻可以（做了相應改進）。”鄧超說。
汽車以太網和傳統以太網僅僅是物理層有所區別，其他（比如數據鏈路層）完全一樣，因此傳統以太網在汽車里一樣可以工作。
“為什么一對以太網可以實現全雙工通信？其原因是它每個PHY內部有算法。收到的信息是自己發的和對方發的相疊加，自己發的信息已知，把它去掉就是對方發的信息。”鄧超解釋。
汽車以太網典型應用及環視系統
下圖是以太網的典型應用。它和CAN的連接通過以太網網關來實現。以太網目前還不是用來取代CAN的，主要還是應用在非CAN的部分。“CAN通過變頻變換來控制，這比以太網好，因此在一段時間內都不會被以太網取代。但是到2021年以后，隨著ESN這個新以太網協議推出，估計汽車會陸續去掉CAN總線，而僅有以太網通信。”
下圖是用攝像頭和電子控制單元組成的環視系統框圖。博通的汽車以太網產品主要有兩類，一類是收發器PHY，一類是Switch。“收發器實現的功能就像我們家里電腦上的網卡。一個小的ECU在一個以太網內，要連接到另一個以太網上，掛一個PHY就可以了。而Switch則相當于路由器。”鄧超解釋。
汽車以太網發展歷史
下圖是汽車以太網的發展歷史。OPEN聯盟是由博通、寶馬和哈曼這幾家公司在2011年創建，現在發展到300多家會員。博通將其BroadR-Reach專利汽車以太網技術免費放在這個聯盟里，聯盟里的任何會員都可以免費下載和使用。2013年，第一臺采用汽車以太網的汽車——寶馬X5（四個攝像頭拼接的環視）量產。2014年，IEEE出了新的規范802.3 100BASE-T1（802.3 100BASE-T是傳統以太網規范，1代表1對線），和OPEN聯盟中的規范完全一樣，這意味著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系電動車）、捷豹、路虎和大眾的帕薩特都集成了汽車以太網技術，而且寶馬車里已經不是單純的環視，而是整車系統都基于汽車以太網來設計。2016年更是有更多車型采用了這個技術。Broadcom現在已經出貨1900萬顆以太網芯片。
汽車以太網各種規范解讀
以下是汽車以太網的一些規范。現在100BASE-T1可能有人覺得不夠用，因此IEEE也發布了1000BASE-T1千兆以太網規范。博通千兆以太網芯片會在明年2月份流片。IEEE 802.1 AVB（Audio Video Bridging的簡寫）是目前汽車以太網當中最廣泛的一個協議，用于多媒體應用。IEEE 802.1 TSN（Time-Sensitive Networking的簡寫）是AVB的下一代，有快速轉發和安全性的考慮，因此未來可以取代CAN總線。IEEE 802.3bu 1PPoDL（1-Pair Power over Data Lines）可以把電源疊到兩根數據線上，這樣就可以用2根線實現攝像頭連接。這個協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，博通還開發了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，集成了汽車以太網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，對于觀眾提問，以后汽車中會否采用無線網絡。鄧超回答道，汽車需要滿足功能安全，而無線傳輸不牢靠，且車內環境比較復雜，用戶感受不理想。因此，車外（車車、車與基礎設施）通信是無線連接，但車內ECU之間的連接必須得是有線連接。
本文轉載自EDN電子技術設計。
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