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新一代车载网络:以太网的挑战及解决方案
发布时间:2021-06-17浏览次数:2044
        车载以太网是连接车内不同汽车电子设备的一种新型局域网技术。随着汽车智能化、网联化的演进,处理器的运算能力和硬件高速发展,越来越复杂多样的电子系统进入车内,车内ECU数量、数据交互量呈几何级增加,这对车载网络带宽提出了更高的要求。车内通信在满足摄像头、传感器、影音视频的传输的同时,要求在大量数据传输的情况下,控制指令依然可以及时、准确地到达执行方。
 
车载以太网
 
        汽车要通过汽车总线来传递来自摄像头、传感器等不同ECU(电子控制单元)之间的信息交互,其作用相当于人体的神经系统。
        因此,如果把传统的CAN\LIN总线比作古代官道、马车,在生产力发展不充分的时代,可以满足经济发展的需求,那么车载以太网(Ethernet)就像高铁、高速公路,在生产力获得极大解放的现代,将逐渐成为汽车“新四化”下车载网络的必需品。
 
一、以太网有哪些优势
        总线系统也称为车载网络系统,与整车的E/E架构强相关。在选取总线类型的时候,主要有以下几点考虑因素:
    1、满足系统功能行驶所需的带宽、实时性、可靠性
    2、容易布置,以减低线束重量与成本
    3、容易扩展,以方便车型改款
    4、收发器及协议栈成本较低
 
几种典型高速总线的优缺点如下: 
        综合以上因素,当前主机厂较广泛的用法是高低速的不同总线类型搭配,例如CANFD(2/5/8Mbps成本低,实时性高)、以太网(100/1000Mbps,实时性无法保证)等同时使用。
 
二、为什么以太网越来越重要
        一方面,总线技术作为一种底层技术,主要为上层的电子电气架构服务,其发展取决于电子电气架构的发展。
        全球最大汽车零部件制造商博世认为,电子电气架构将依次经历传统的分布式、域控制器、中央处理器三个阶段的逐渐发展。从各个模块相互独立,到功能集成,再到域控制器,再到中央控制器,最终到达云计算。
 
 
        而现阶段,电子电气架构主流是整车融合的域控制器,同时基于计算能力划分区域计算平台的提出,也为电子电气架构提供了新的方案。
        另一方面,汽车智能化、网联化的提出,要求智能驾驶内部的传感器数据更快地送到域控制器,车内域控制器也提出了与云平台直接交互的需求。
        电子电气架构衍进的新要求,以及智能网联汽车对数据传输提出的新挑战,都决定了传统的总线技术(以CAN/LIN为代表)无法满足某些特定域的信息传输及主干网大规模的信息交互。
        因此,随着域控制器、区域计算平台的落地,主流OEM均在主干网、ADAS等网络中应用以太网。
 
三、以太网的主要问题或风险是什么
        由于车内通信需要连接不同的通讯模块,如何保证各模块间能够遵循一致的协议,以实现正常通信,成为产品开发过程中的重要环节之一。
 
 
        通俗来说,不同的通讯模块的开发由不同厂商完成,为了保证彼此间能够实现正常通信,国际标准化组织开发了七层协议模型,只有彼此都按协议来开发才能保证正常通信。就好比不同国家的人,语言不互通,因此规定使用一种通用的语言,保证彼此的交流。
        但由于每个开发者对标准协议的理解不同,而实现过程又可能出现各种问题,因此,绝对忠实于协议标准的实现几乎不存在。同时,由于当今技术和产品更新迭代非常快,产生了大量新的协议、标准和规范,给通信一致性带来了更大的挑战。
        以太网也不例外,车载以太网在解决了“物理层”的EMC问题后,主要的问题来到了“协议层”。以太网协议贯穿OSI的一层到七层,协议较传统的CAN/LIN复杂很多,一致性的要求尤为重要。
        当前七层在车载中的应用情况:
 
 
四、如何验证以太网能否应对上述问题
        针对不同的控制器各层配置、机制不同,导致无法通讯的问题,需要通过通信一致性测试形成闭环机制,使得不同控制器可以按照统一的规则进行信息交互。当前一层到七层的测试主要使用OPEN ALLIANCE的TC8测试规范实现。
        针对诊断、刷写与诊断仪之间的匹配性,需要通过诊断、刷写的一致性测试保证功能可靠实现。
        针对不同控制器在协调休眠的过程中出现的问题,需要通过网络管理的一致性测试。
        针对网关类控制器,需要将信息从一个网段转移到另一个网段的,需要通过路由的一致性测试。
 
五、以太网的测试依据什么标准或规范
        ECU单元级测试,针对基础通信,OPEN Alliance 发布了TC8测试规范,AUTOSAR发布了针对TCP/IP的测试规范;针对AVB技术,Avnu Alliance发布了Test Plan;针对DoIP,ISO发布了测试规范草稿,但未形成正式标准。
        为帮助客户应对电子电气架构新的发展阶段下的各种车载通信挑战,广电计量建立了专门的车载总线实验室,可提供针对CAN/LIN/Ethernet的测试,覆盖诊断、刷写、通信、路由、性能、网络管理六大类,满足零部件级别、台架级别以及实车级测试需求。在车载网络迅速迭代的背景下,为整车总线开发提供全寿命周期测试,帮助企业以更高的效率、更低的成本、更充足的信心完成产品开发。
 
服务优势:
  1、测试能力全
可提供覆盖通信、诊断、路由、刷写、网络管理等底层的大部分模块测试。
  2、适配性开发
可根据不同主机厂的测试用例需求,针对性地设计测试用例脚本实现自动化。
  3、服务方式灵活
具备灵活的服务方式,满足企业在不同发展阶段的总线测试需求,并可为客户提供培训、咨询与工程服务。
 
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