车载以太网介绍连载--汽车以太网历史和由来

本篇文章将介绍下汽车以太网历史和由来

一、架构的挑战

2004年宝马决定2008年开始在其开始量产的汽车中，引入一个网关ECU，主要有两个功能：

1、在车内不同的CAN,FlexRay和MOST之间做路由功能；

2、作为外界的诊断和刷写接口。

宝马一直采用集中刷写的方式，软件只能通过OBD接口通过外部设备进行刷写，用最新的软件版本来更新车内所有可刷写的ECU，这样保证客户始终拥有最新的车内软件，不会出现功能域中的软件突然不一致的情况，比如有ECU已经更新，有些还没有。

当然其他OEM也有采用的是分离的方法，比如信息娱乐单元用USB或DVD进行更新，其他ECU用OBD更新。

2004年宝马使用高速CAN接口并用OBD将测试设备连接到车载网络，高速CAN的物理极限速率是500Kbps，使用的时候去除额外的协议开销，实际净速率只有200Kbps左右。

而宝马当时预计2008年需要刷写的数据量将超过1GB，比如一些多媒体设备的软件，地图，还有底盘域也需要更新大量的软件。

将这些因素都考虑进去，一计算，对于一台高端汽车，整套软件更新完会超过16个小时。对于经销商来说，可能更新个地图就一天。对于工厂来说，16小时也是不可接受的。

刷写时间的目标是15分钟完成，这就意味着宝马需要寻找CAN以外的接口技术了。

新技术要满足几个基本要求：

  1、 数据速率必选足够高。

  2、 处理资源要受控，因为在汽车的整个生命周期，可能就更新几次，仅仅为了更新过程就增加额外的处理资源也是不能接受的。

  3、 也要节约经销商和工厂的测试设备成本。

  4、 良好的网络集成，让刷写成为网络功能的一部分，这样在全球范围内，使用中央服务器的最新软件，就可以直接更新到任何一家经销商的汽车上。

当时评估了比如MOST25，USB等接口。

MOST25主要几个缺点：

  1、 没有足够的速率，其有效速率大约为7Mkbps。

  2、 错误的拓扑，由于MOST是一个环形拓扑，这意味着在测试设备和网关之间再加一个环，或者拓展之前的环。增加了复杂性。

3、 新接口，对于已经开发的测试设备来说，MOST对他们来说是一个全新的接口，给测试设备添加MOST，需要添加相应的软硬件接口，同时将MOST通讯规范引入到诊断程序中。

FlexRay在2004年还没有面世，技术还不够成熟。

USB速率足够了，且在PC环境很常见了，用在外部测试仪上也可以。

但是USB有几点问题：

1、要想获得良好的信号完整性，USB需要昂贵的线材和接口。

2、USB只能支持大概4米长的线缆，这个在大车库下是一个问题。

3、新协议，必须开发新的汽车协议和驱动程序来满足用例。

像素连接也和USB有同样类似的问题。

剩下来评估100BASE-TX的以太网。

现有主要车载网络技术间的区别

当时使用了2对简单非屏蔽的双绞线，和CAN的线缆一样。进行了EMC测试。测试结果抗扰度完全符合车载通信的要求，不需要更改。做辐射干扰，发现在运行时，辐射干扰超出限值，并引起了收音机的声音失真。

但是在实际更新软件时，汽车是静止的，不会运行。所以这种结果暂时也是可以接受的。

后来宝马在接口上添加了“激活线”。确保只有当外部仪器连接时，车内的100BASE-TX的以太网才会被激活。

这个图显示了100BASE-TX以太网RJ45连接器和车辆OBD接口的连接关系。可以看到第二脚是激活线。

之前宝马的统一诊断服务UDS是通过CAN接口的。而用以太网口后改变不大，只是新增了一项HSFZ，用来使能刷写和将UDS映射到TCP上。这是宝马第一次从头到尾都没有为汽车使用开发新的协议。

用以太网作为汽车接口还有另一个好处。通过主机配置协议DHCP将IPv4分配给汽车。将汽车的VIN码和IP地址结合在一起。汽车就可以定位到世界上各个车间。通过以太网，测试软件也可以安装在普通PC上，不需要专有的硬件。

这个原来是宝马特有的解决方案。

然而在1998年,联合国以控制排放为统一目标开始了统一全球车载诊断系统（WWHOBD）的工作。这种情况下，IP被选为诊断应用程序间的通信协议。基于IP的诊断DoIP制定为ISO 13400。他和宝马解决方案形同：通过TCP/IP和100BASE-TX实现UDS的应用。

二、环视系统的试点应用

鉴于以太网的应用前景，宝马决定将未来的基于IP通信的需求同步起来。PHY是决定未来汽车内使用以太网的关键点。现在主要的难点就是EMC的性能。抗扰度测试还好，关键要解决辐射问题。

2007年宝马和几个以太网PHY的供应商接触，需求解决方案，后来只有博通给了正面回应。2008年1月，被博通称作Broad-Reach的技术在宝马的实验室进行了测试。

EMC测试完全符合要求，甚至超过了许多传统的网络技术性能。

Broad-Reach通过使用一对非屏蔽双绞线，可以进行100Mkbps的速率传输，而这个线缆和CAN或FlexRay一样。比MOST，像素连接相比价格更低，却比MOST速率更高。

基于这个情况，宝马选择了环视系统进行Broad-Reach的试点应用。

最初只将摄像头和ECU之间的LVDS换掉，环视ECU和主机接口保持不变，这样新的以太网链路就不会影响到车内的其他通信。如果使用失败，最坏的情况下也只是换回原来的ECU就行。后来同步解决图像压缩等问题，该车型顺利的SOP。虽然用以太网，摄像头的成本增加了，但是线束系统节省的还超过了增加的成本。

后续宝马扩大了应用，包括辅助驾驶等开始使用Broad-Reach技术。

三、技术标准的公开

Broad-Reach是有博通开发的，封闭的技术对产业发展不太好的，因为对客户来说只有一家供应商，风险比较大。

所以在2011年NXP，博通，宝马成立了OPEN联盟(One Pair Ethernet)，后来哈曼，现代等陆续加入。目前联盟成员已超300个。

OPEN联盟的目标将基于以太网的通信，建设成车载网络技术。OPEN早期重点是Broad-Reach技术，制订了功能性规范，EMC符合性测试，互操作性规范。还规范了线缆，连接器，线束的标准等。

成立联盟有个好处就是发布标准比较快，向标准化组织提交至少要三年以上了。

2015年电气和电子工程师协会(IEEE)发布了802.3BW标准，也就是100BASE-T1，完全兼容BroadR-Reach技术。

介绍几个和汽车以太网相关的联盟和组织

OPEN Alliance:2011年由Broadcom、NXP、Freescale、Harman携手创建，其中主要成员是汽车行业的制造商，供应商。

AVnu联盟：致力于音视频桥接（AVB）标准,TSN标准的制定和推广，主要成员包括：Harman,Broadcom,Cisco,Intel,Xilinx。

IEEE电器与电子工程师协会

汽车开放系统架构（AUTomotive Open System Architecture）是一家致力于制定汽车电子软件标准的联盟。AUTOSAR是由全球汽车制造商、部件供应商及其他电子、半导体和软件系统公司联合建立，各成员保持开发合作伙伴关系。

本文是第一篇，介绍一下汽车以太网历史和由来。后续将介绍汽车以太网汽车以太网物理特性，汽车以太网中的协议AVB，TSN及以太网的发展趋势，EEA的发展趋势。

文章转载自公众号：智车Robot