车载网关相关知识分享（下）

今天是2022年9月12日，今年中秋节最后一天假期，如愿坐在电脑前敲击些文字记录时间留给自己的痕迹。
岁月渐长，分散自己注意力的事项逐渐多了起来。以前生活的各种风吹雨打，有父母长辈在前面遮挡；如今到自己成为家庭压力的着力点，抛开中年男人那点虚伪的矫情（什么男人好苦、男人好累等），自己需要给自己的生活做点减法：无需求全，抓住自己想要的，抛弃无关事宜。
老规矩，分享一段喜欢的文字，避免成为“高知识，低文化”的工程师：
“
一个人能成为现在这个样子，其前提是，他根本没有料想到自己会成为这个样子。因此，个人在生命历程中的失误，对于自己使命的短暂偏离，以及浪费时间的犹豫、退缩和狂热，都具有其独特的意义和价值。
”
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上周分享了关于车载网关的上篇（链接如下）：
https://www.cheyan.net/forum.php?mod=viewthread&tid=19518
接着上篇，将车载网关内容汇总完毕！

二、集中式网关

随着汽车功能的不断丰富以及新能源汽车的出现，车内的传感器和控制器越来越多，导致采用传统CAN网关构建车载网络通信解决方案时，面临如下困扰：
-> 汽车的线束长度;
-> 整车质量;
-> 成本和制造工时都大幅增加。
ECU和传感器数量的不断增加，必然要求车内数据通信的带宽越来越大（特别是ADAS等功能引入）。而CAN等传统总线由于物理性能的限制，其带宽很难提升(物理特性决定传输带宽上限)。此外，域内ECU计算能力分散的架构无法满足当前辅助驾驶、自动驾驶的发展诉求，因此短时间内车载通信计算架构必然会向着支持更高带宽的总线和域内计算能力集中化的趋势发展。

鉴于需求（车载总线传输速率、带宽等），业界考虑多种路线解决困扰。鉴于有成熟的协议（以太网协议经过了时间和市场的考验），以太网也满足新的需求对于车载总线的诉求，因此将以太网引入到车载网络中。
注：以太网技术是工业领域已经发展得非常成熟的技术。在IEEE的大力推动下，车载以太网标准已经发布：
->IEEE 802.3bw（100Base-T1，100 Mbit/s）； ->IEEE 802.3bp（1000Base-T1，1 Gbit/s）； ->IEEE 802.3ch（2.5G/5G/10GBase-T1，2.5/5/10 Gbit/s）标准。
并且已经启动下一代IEEE 802.3cy标准的研究工作，开始制定25 Gbit/s、50 Gbit/s、100 Gbit/s的车载以太网传输标准。车载以太网具备10 Gbit/s及以上传输带宽，结合TSN技术，可以为车载通信提供高品质的无阻塞以太网。当前业界主流汽车企业和Tier1（整车零部件一级供应商）都认识到了车载以太网的发展潜力和汽车通信网络采用以太网的发展趋势，开始逐步启动以太网在汽车内的应用部署，因此车载网关由传统CAN网关向以太网网关发展成为必然趋势。
随着汽车自动驾驶向更高级别发展（自动驾驶等级Level（1-5）），诸多主机厂和Tierl认可域内ECU计算能力融合将成为汽车发展的必然趋势。随着芯片技术的不断发展，车身控制器逐步过渡到高算力、高实时性的芯片（高度集成和计算的集中化）。这样的好处是可以采用域控制器，减少ECU数量。每个功能域的数据都通过网关传输到域控制器，甚至有的域控制器需要收集多个功能域的数据。随着单个域控制器算力的提升，越来越多的数据需要集中到高算力的域控制器上。这对车载以太网网关的数据交互能力提出了更高的要求。

业界在Level 2、3级自动驾驶阶段，车载网络通信架构（电子电气架构）以集中式网关+域控制器的架构进行规划部署，并且随着架构的演进，集中式网关的功能将越来越强大，具备信息安全、域间安全隔离、防火墙等安全防护机制，以及OTA（Over The Air，空中激活）、通信网络可灵活配置等业务功能。
因为车载以太网具备无线远程连接功能，信息安全、通信安全将是重中之重。高算力、高实时性、高集成性的芯片给智能汽车带来了更多的可能性。
集中式网关具备以下能力：
-> 接入高速以太网以及CAN/LIN等低速总线的能力，实现多域控制器的异构接入；
-> 不同安全域间的隔离能力、防火墙高级特性等，实现车载安全防护；
-> OTA远程刷写以及通信网络可配置等能力，实现车载（计算加通信）的灵活扩展。

当前采用集中式网关的车载网络通信方案是以车载网关为中心，实现各个域控制器的集中接入，车载网关负责整车域控制器的报文转发、安全、网络管理、升级等功能，然后由各个域控制器负责域内ECU的报文转发、安全、网络管理、升级等功能。车内域间的通信都要经过集中式网关，随着汽车“新四化”的发展趋势，车内的数据量越来越大，对集中式网关的性能、容量要求越来越高。因为通信都经过中央式网关，不可避免会带来通信拥堵，这也是该类通信架构需要优化的地方。

三、分布式网关

随着汽车向电动化、智能化、网联化、共享化发展，用户对汽车的需求也在不断变化（汽车对于驾驶员不再是简简单单的代步工具）。汽车“新四化”趋势带来汽车的变革性发展，具体表现为以下4个方面：
-> 电动化将改变汽车的动力源，续航、快充、安全成为汽车面临的关键挑战（这里重点是车载动力源，不管是锂电池、天然气还是氢气）；
-> 智能化将改变汽车的控制中心，整车电子电气架构发生变化，高算力、大带宽、软件算法成为核心竞争力（这也是近年来诸多主机厂成立自己的软件研究院的原因）；
-> 网联化将改变汽车的外观，具备车内、车外网络全面的互联能力，实现车与周围环境的信息交互，提高驾驶员的驾驶感；
-> 共享化将改变汽车企业的商业模式，从卖产品到卖服务（特斯拉是第一个吃螃蟹的主机厂），为用户提供更多的选择，为主机厂创造更大的价值空间。
汽车“新四化”演进趋势，使得整车数据量爆发式增长，车内的智能传感器大量增加（鉴于对周围路况、行人等数据需求）。对于自动驾驶，需要海量数据喂养自身算法，当算法完成迭代后，需要将新的优良算法更新到行驶的车辆中（整车功能快速迭代）。

如上这些都对车载网络通信架构提出了新的挑战。集中式网关+域控制器的架构在优化整车成本、处理车内数据交换、软硬件解耦等方面越来越无法支撑汽车“新四化”的发展趋势。
当前业界主流汽车企业和Tier1均提出了面向未来4～5级的自动驾驶解决方案的分布式架构。分布式架构具备多项优势：
1、支持传感器、执行器等的就近接入，支持区域设备的标准化，极大降低了整车线缆的复杂度、重量和成本；
2、支持软硬件解耦以及SOA（Service-Oriented Architecture，面向服务的架构），可以实现整车功能的快速迭代（软件定义汽车）；
3、支持超大带宽骨干网的连接技术，可以实现车内大数据的快速交换（特别是摄像头、激光雷达等数据）；
4、支持分布式供电系统与分布式网关结合技术，支持标准化的供电线缆，以降低整车供电系统的线缆使用量，减少整车成本；
5、可通过部署区域计算能力，支持边缘计算与中央计算的协同机制，实现车载CCA的优化。
注：Vehicle Computer是车载高性能计算单元，可以为音视频、自动驾驶等应用提供高性能的算力。各个圆形节点代表传统ECU、智能传感器和执行器等区域设备。
对于车载电子电气架构，套用三国经典话语——分久必合，合久必分。最终会回归到融合类型，既有中央高算力、高实时性网关，也有域控制器，结合为整车通信服务。