汽车以太网有望替代CAN成为车内唯一总线
2017年12月02日丨3412MM丨分类: 汽车丨标签: 汽车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?》)
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。
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%线根线MBPS 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。
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成为了线系和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。
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-Pair Power over Data Lines)可以把电源叠到两根数据线根线实现摄像头连接。这个协议博通也有方案推出。
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。
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