汽车以太网有望替代CAN，成为车内唯一总线

汽车当中包括安全系统、信息娱乐系统和ADAS系统等等系统。这些系统之间需要相互配合。汽车中的一个趋势是，把所有这些系统通过网络连起来。
预计到2025年，所有的汽车都将实现联网。到2035年，将有75%的汽车实现无人驾驶。一方面，汽车中有越来越多的设备加入，另一方面，汽车中有各种各样的网络，包括CAN总线、LIN总线、FlexRay、MOST和以太网等。未来汽车中亟需有一个通用的高带宽网络，来替代所有的现有网络。现在来看，汽车以太网是最有可能实现这一目标的网络。

日前，在由Aspencore旗下《EDN电子技术设计》、《EET电子工程专辑》和《ESM国际电子商情》共同举办的Tech Shanghai汽车电子设计论坛上，博通公司（Broadcom）中国区汽车市场销售经理邓超介绍了Broadcom芯片在汽车以太网方面的应用和工作原理。（该论坛另两个报道见《电动汽车和充电桩设计提出哪些新的光耦驱动需求？》和《新厂商磨拳切入智能车联网，但可靠性关口怎么跨？》）
网络带宽的演进下图显示了以太网、令牌环网、光纤网和MOST网这几种网的带宽演进。可以看出，以太网从最低端一直到最高端，覆盖所有其他网络的带宽，并从最开始就持续有发展。除了在汽车中的应用，它在通信领域也是最普遍的一种网络。这样一种大家最熟、覆盖最全、应用最丰富的网络，被应用到汽车中是必然趋势。

相比其他总线，以太网可降低80%成本和30%线缆重量邓超表示，以太网解决方案相比其他解决方案可以降低80%成本，包括线缆和连接器成本。另外可以降低30%线缆重量。传统的100MBPS以太网是4根线，而博通的100MBPS BROADR-REACH以太网是2线。它采用一对双绞线就能达到传统两对的带宽，并且是全双工通信。此外，它可以用非屏蔽的线，来过EMI/EMC标准。“这个是最重要的。BROADR-REACH现在已经是汽车以太网的一个国际标准了。为什么要选择非标的技术？最主要的原因是传统以太网不能过EMI/EMC，而BROADR-REACH却可以（做了相应改进）。”邓超说。

汽车以太网和传统以太网仅仅是物理层有所区别，其他（比如数据链路层）完全一样，因此传统以太网在汽车里一样可以工作。

“为什么一对以太网可以实现全双工通信？其原因是它每个PHY内部有算法。收到的信息是自己发的和对方发的相叠加，自己发的信息已知，把它去掉就是对方发的信息。”邓超解释。
汽车以太网典型应用及环视系统下图是以太网的典型应用。它和CAN的连接通过以太网网关来实现。以太网目前还不是用来取代CAN的，主要还是应用在非CAN的部分。“CAN通过变频变换来控制，这比以太网好，因此在一段时间内都不会被以太网取代。但是到2021年以后，随着ESN这个新以太网协议推出，估计汽车会陆续去掉CAN总线，而仅有以太网通信。”

下图是用摄像头和电子控制单元组成的环视系统框图。博通的汽车以太网产品主要有两类，一类是收发器PHY，一类是Switch。“收发器实现的功能就像我们家里电脑上的网卡。一个小的ECU在一个以太网内，要连接到另一个以太网上，挂一个PHY就可以了。而Switch则相当于路由器。”邓超解释。

汽车以太网发展历史下图是汽车以太网的发展历史。OPEN联盟是由博通、宝马和哈曼这几家公司在2011年创建，现在发展到300多家会员。博通将其BroadR-Reach专利汽车以太网技术免费放在这个联盟里，联盟里的任何会员都可以免费下载和使用。2013年，第一台采用汽车以太网的汽车——宝马X5（四个摄像头拼接的环视）量产。2014年，IEEE出了新的规范802.3 100BASE-T1（802.3 100BASE-T是传统以太网规范，1代表1对线），和OPEN联盟中的规范完全一样，这意味着BroadR-Reach成为了真正的国际标准。2015年，宝马全系列（7系、5系、3系和i系电动车）、捷豹、路虎和大众的帕萨特都集成了汽车以太网技术，而且宝马车里已经不是单纯的环视，而是整车系统都基于汽车以太网来设计。2016年更是有更多车型采用了这个技术。Broadcom现在已经出货1900万颗以太网芯片。

汽车以太网各种规范解读以下是汽车以太网的一些规范。现在100BASE-T1可能有人觉得不够用，因此IEEE也发布了1000BASE-T1千兆以太网规范。博通千兆以太网芯片会在明年2月份流片。IEEE 802.1 AVB（Audio Video Bridging的简写）是目前汽车以太网当中最广泛的一个协议，用于多媒体应用。IEEE 802.1 TSN（Time-Sensitive Networking的简写）是AVB的下一代，有快速转发和安全性的考虑，因此未来可以取代CAN总线。IEEE 802.3bu 1PPoDL（1-Pair Power over Data Lines）可以把电源叠到两根数据线上，这样就可以用2根线实现摄像头连接。这个协议博通也有方案推出。

ADAS新应用/新需求可采用这颗MCU应对除了PHY和Switch，博通还开发了MCU，应对如下新应用和新需求。这款MCU采用28nm工艺，针对ADAS应用，集成了汽车以太网PHY、摄像头ISP、片上Flash和DDR、AVB（提供802.1as和1722a支持），以及1080p/60帧编解码和图像处理引擎、DSP视频识别等等。


另外，对于观众提问，以后汽车中会否采用无线网络。邓超回答道，汽车需要满足功能安全，而无线传输不牢靠，且车内环境比较复杂，用户感受不理想。因此，车外（车车、车与基础设施）通信是无线连接，但车内ECU之间的连接必须得是有线连接。

（内容来自《EDN电子技术设计》，原文链接：http://www.ednchina.com/news/article/20171201-ethernet）