车载网关相关知识分享（上）

今天是2022年9月4日，九月头一个周末，上海天气晴朗台风加雨，也算迎来久违的凉爽。年岁渐长，多了许多分散精力的点，也让周末的时间过的飞快。还没有过自己的时间，两天时间就过去了，明天又该投入新的一轮紧张工作中。
老规矩，分享一段自己喜欢的文字，避免成为高知识低文化的人：
“
任何热闹对于人都是一种消耗，人在热闹之后会感到累和空虚。任何宁静对于人都是一种滋养，内心或多或少都可以长出点什么来。
”
“
任何寻求安慰的行为都不会让你成长，宿醉、旅行、痛哭流涕甚至和朋友促膝长谈，这些都只是让自己有短暂的安全感。成长其实是特别艰难的自省。自己必须抛弃所有说给别人和自己听的漂亮话，正视自己的无能和不可得，甚至一遍一遍被怨恨愤怒及嫉妒撂倒，然后自己才懂得，成长无关改变，只是学会了选择自己能承受的。
”
Return to today‘s topic！
在日常工作中经常会遇到车载网关，从起先对网关的不可知，到现在对网关的使用加功能实现及测试，汇总了对网关的相关内容，做一个简略的汇总，方便以后自己随时查阅。

网关的定义

网关是在采用不同体系结构或协议的网络之间进行互通时，用于提供协议转换、数据交换等网络兼容功能的设备。网关又称网间连接器、协议转换器（传输数据总线协议）。网关在传输层上以实现网络互联，是最复杂的网络互联设备，仅用于两个高层协议不同的网络互联。
网关的主要作用是在网络和ECU之间提供安全的无缝通信，包括在车辆的许多内部网络和外界的外部网络之间架起一座桥梁。要确保ECU获得正确操作车辆所需的信息，流畅的数据传输必不可少，因此网关必须以低延迟和低抖动提供任意到任意的网络通信。
网关既可以用于广域网互联，也可以用于局域网互联。网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。在使用不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目标系统的需求。同时，网关也可以提供过滤和安全功能。大多数网关运行在OSI七层协议的顶层——应用层。

通常应用在汽车上的车载网关主要有3类：
-> 传统CAN网关;
-> 集中式网关;
-> 分布式网关。
一、传统CAN网关
传统燃油车身的电子器件数量不多（ECU数量不多），因此对车载网络通信的性能要求并不高。传统汽车电子电器架构中通信架构是各ECU间采用通信线缆直连的方式进行通信。随着汽车行业的不断发展，车内ECU的数量越来越多，ECU间直连的方式导致通信架构越来越复杂，阻碍了汽车行业的快速发展
-> 通信线缆增多，重量增加；
-> 线缆增多，点对点通信，线路复杂不安全（着火自燃等）。
因此20世纪80年代末，BOSH为解决汽车通信架构过于复杂的问题，开发出了CAN总线串行通信协议。推出之后20年来，鉴于其通信稳健性和性价比高的优势（个人认为就是后续车载以太网价格降低技术稳定后，CAN总线也不会被取代），逐步成为汽车电子领域应用最广泛的总线技术（现场总线），并由此诞生了CAN网关（e.g.20世纪90年代初，梅赛德斯公司生产出第一辆采用CAN网关的汽车)

传统CAN网关主要支持CAN总线，此外还支持LIN总线。上图的网络拓扑是典型的CAN总线拓扑，图中的CGW（Central Gateway中央网关）是一个CAN网关，以灰色线条表示的CAN/LIN总线与其他ECU相互连接，其他方框代表接入CAN网关的ECU。传统CAN网关可提供CAN/LIN等异构总线的接入能力，实现多ECU通过异构总线互联，还可提供异构总线间的通信转发路由能力，实现整车网络通信的数据交换。
CAN总线也区分高速CAN（例如1 Mbps）、低速CAN（例如125 kbps），当然主机厂也会叫动力CAN、娱乐CAN、车身CAN等（只是不同的叫法而已），不同区域总线，传输速率也不尽相同。因此需要用网关实现速率切换和转发。

注：以前自己做了一个整车ODX项目，其中涉及到整车网络拓扑，其中该主机厂就应用到不同的CAN总线，他们称为A-CAN，B-CAN，P-CAN等。
传统CAN网关的车载网络通信方案是根据不同的功能域，对所有ECU进行划分，然后通过多条CAN/LIN总线接入传统CAN网关。各个ECU负责各自下挂的传感器或执行器的处理功能，通过传统CAN网关实现异构总线的接入以及异构总线间报文的数据交换。每个ECU发送的CAN报文在总线上都进行广播式通信，导致随着ECU的增加，传统CAN网关和整车总线的负载率越来越高。在以往项目中，就经常遇到测试整车CAN网络的负载率问题，也从侧面看出引入新型车载总线的必要性，特别是新技术不断引进到车载中，对于车身通信的性能要求越发增高。
因此，如上需求也逐渐演变了对车载电子电器架构的进化。
注：上述网关描述也让自己想起了AUTOSAR架构中虚拟总线的功能，其屏蔽了底层车载总线类型，只会有数据PDU的区别，果然知识都是在慢慢统一。

愿你我相信时间的力量，
做一个长期主义者！
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   作者简介 | 穿拖鞋的汉子
    汽车电子工程师
微信公众号：车载诊断技术
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