以太网技术在汽车通信中的应用

郭丽丽，陈 新

（北汽集团新技术研究院，北京 101300）

以太网技术在汽车通信中的应用

郭丽丽，陈 新

（北汽集团新技术研究院，北京 101300）

介绍传统汽车车载通信技术，分析不同车载通信方法在不同应用领域的应用特点，阐述引进新的车载通信技术——汽车以太网的必要性。分别叙述世界2大组织OPEN Alliance SIG和AVNU Alliance在汽车以太网推广方面所做的工作，汽车以太网相对于传统以太网的区别，汽车以太网在汽车上的应用演进。展望未来汽车以太网将更大范围地应用于汽车。

汽车以太网；汽车通信；汽车总线

1 汽车车载通信概述

1.1 汽车车载通信技术发展

汽车车载通信，是指实现汽车内部电子零部件之间信息交互所采取的通信方式。1991年之前，汽车车载通信采用点对点通信方式，随着汽车上电子零部件数目的增加及汽车功能的复杂，点对点通信渐渐不能满足需求。1983年Bosch开始研究汽车串行总线通信系统，并在1986年SAE大会上首次公布CAN协议，1987 年Intel推出了第1片CAN控制器芯片。1991年，Bosch颁布CAN 2.0技术规范，同年CAN在Benz S系列轿车上实现。目前，几乎每辆汽车上都搭载CAN总线。

1999年，由整车厂奥迪、宝马、戴姆勒克莱斯勒、沃尔沃、大众，半导体厂商飞思卡尔，工具制造商Mentor Graphics组成的LIN联盟成立，目标是建立一个全面、简单、低成本且标准化的用于传感器/执行器级的通信网络，同年SAE大会上颁布LIN1.0协议标准，到2006年LIN2.1标准发布。目前，几乎每辆汽车上都搭载LIN总线。

2000年以宝马、博世、戴姆勒、飞思卡尔、通用汽车、恩智浦、大众为核心成员的FlexRay联盟成立，致力于将高速率（10 Mb/s）、确定性（基于调度表通信形式）、容错性（双通道冗余、分布式时钟同步）、灵活性很强的FlexRay总线应用于安全系统。现在，部分高端车搭载FlexRay总线。

1998年，宝马、戴姆勒克莱斯勒、哈曼和Oasis Silicon Systems公司（多媒体设备芯片商，现在已被SMSC公司收购）组成的MOST联盟成立，致力于研究应用于汽车的面向多媒体导向系统传输（Media Oriented System Transport，简称MOST），传输速率最高可达150 Mb/s。现在，少量高端车搭载MOST总线。

1.2 不同车载通信方式的应用特点

汽车不同系统选用不同的通信形式。如：①信息娱乐系统：通信要求高速率和高带宽，有时会是无线传输，目前主流应用协议有MOST（正在推出的还有IDB-1394等）。由于MOST总线是通过塑料光纤的全反射进行通信，所以对光纤的弯曲度有限制，这就制约了MOST总线的应用范围（目前MOST主要应用在和汽车安全无关的领域，主要是指信息娱乐方面）；②高安全的线控系统（X-By-Wire）：由于此领域涉及安全性很高的制动和导向系统，所以它的通信要求高容错性、高可靠性和高实时性。通信协议有TTCAN、FlexRay、TTP等；③车身及控制系统：在这个领域CAN协议已经有了20多年的应用积累，其中包括传统的车身控制系统和传动装置控制系统；④低端控制系统：此系统包括那些仅需要简单串行通信的ECU，比如控制后视镜和车门的智能传感器以及执行器等，LIN总线最适合的应用领域。

1.3 新型汽车车载通信——汽车以太网

随着技术的发展及用户对汽车性能要求的提高，车载电子系统数量及复杂性在增加，需要的带宽也随之大幅增加；汽车智能网联化的发展，高清摄像头、雷达等智能传感器系统由于信息传递量的增大对传递的速度有很高的要求，凭借目前的车载通信方式CAN、LIN、MOST、FlexRay总线是很难承载的，车载以太网可提供高带宽、高速率、大信息量的传输性能来满足其信息传递的需求。

2 汽车以太网在汽车通信中的应用

2.1 世界汽车以太网联盟

为了更好地将以太网引进汽车，一些芯片厂商、汽车整车厂商和汽车零部件厂商组成了联盟，致力于将以太网更好地在汽车上应用。目前，有2大汽车以太网联盟：OPEN Alliance SIG和AVNU Alliance。

2.1.1 OPEN Alliance SIG及BroadR-Reach技术

One-Pair Ether-Net special interest group 简称OPEN Alliance SIG，最早由Broadcom公司成立的一个以太网联盟，成立的目的是鼓励以太网连接成为标准的汽车网络应用，推广 Broadcom公司的BroadR-Reach技术作为开发标准。OPEN Alliance SIG的核心成员包括宝马、博世、博通、飞思卡尔、哈曼等汽车整车厂、芯片厂商、零部件厂商。

BroadR-Reach技术的特点是使用1对非屏蔽双绞线实现百兆以太网的全双工功能，通信距离大于15 m。如图1所示，BroadR-Reach不同于传统百兆以太网，借鉴千兆以太网，BroadR-Reach 物理收发器PHY采用和传统百兆以太网相同的MAC接口MII，使用特定的物理编码子层BR-PCS、物理媒体层BR-PAM［1］。

BroadR-Reach编码方式，采用4B3B、3B2T编码方法［1］。

4B3B转2T编码原理见表1，MMI到PAM-3的编码过程见图2［1］。

图1 BroadR-Reach以太网物理层与传统百兆、千兆以太网物理层区别

表1 3B-2T编码

图2 MMI到PAM-3编码

2.1.2 AVNU联盟及AVB/TSN标准

AVNU联盟把以太网引入汽车和专业音频、视频市场。联盟创始成员博通、思科、哈曼、英特尔和赛灵思等。这些成员公司将促进面向LAN桥接的一套IEEE标准，以扩展以太网的媒体功能［2］。

AVNU联盟将以太网根据汽车应用特征进行改进并标准化，形成应用于汽车行业的应用标准。AVNU联盟推广的汽车以太网标准为AVB/TSN标准，目前AVB（Audio Video Bridging）标准已成型，TSN（Time Sensitive Networking）标准在制定和修订中。AVB标准含IEEE1722、802.1Qav、802.1Qat、802.1 AS，应用目的是建立音视频传输机制及实习AVB系统的时钟同步方法及过程，主要应用于影音娱乐系统，目前在推广和应用阶段［2］。TSN标准的目的是建立更加可靠和稳定的数据传输机制，应用于辅助驾驶、主动驾驶等安全系统。AVB/TSN标准列表如表2所示。

2.2 以太网在汽车中的应用演进

以太网在汽车上的应用，按照应用范围及应用特点分为4种，应用过程依次递增，如图3所示。①点对点连接通信，主要应用：诊断、程序下载、点对点私有通信。②独立网络级应用，主要应用：视频数据传输，Infotainment信息娱乐系统和ADAS系统的子网络等。③通过网关连接数据中心，即点对点连接通信与某以太网子网络结合；应用特点是带有中央网关，中央网关需要实现数据之间的转换。④全车主干网，应用特点是整车主网络架构采用以太网，带有中央网关和域网关，域网关实现将各个子域中数据经过数据的打包给中央网关，中央网关负责各个子域间数据交互。

表2 AVB/TSN标准列表

图3 汽车以太网应用演进

3 汽车以太网应用展望

随着汽车技术的发展和汽车以太网技术的成熟，以太网越来越多地应用于汽车网络并承担重要角色成为必然趋势。未来会迎来众多挑战，但任何问题和困难都阻挡不了科技的进步与技术的发展。相反，挑战会促进技术的进步及相关法规的建立与完善，给用户一个更舒适、更先进的驾车体验和乘车感知［3］。

［1］BroadR-Reach Physical layer Transceiver Specification For Automotive Applications.V3.0［S］.2014.

［2］IEEE Standard for Local and metropolitan area networks -Audio Video Bridging （AVB） Systems.IEEE802.1 AB ［S］.2011.

［3］郭丽丽，菅少鹏，陈新，等.智能网联汽车网络架构方案研究［J］.汽车科技，2017，3（5）：34-38.

（编辑 凌 波）

The Using of Ethernet Technology in Auto Communication

GUO Li-li， CHEN Xin
（BAIC Group New Technology Institute， Beijing 101300， China）

In this paper， traditional auto communication technology is introduced， and vehicle communication methods used in different application fields are analyzed. Then a new technology of Ethernet is demonstrated as a necessary auto communication method. The work that did by the OPEN Alliance SIG and AVNU Alliance in auto Ethernet promoting，differences between it and the traditional Ethernet， and the evolution of the auto Ethernet application is introduced in this paper. Auto Ethernet is expected to be used in a wider range in the future.

Auto Ethernet; auto communication; auto bus

U463.6

A

1003-8639（2017）06-0036-03

2017-02-16；

2017-04-21

郭丽丽（1984-），硕士，汽车总线工程师，研究方向为汽车电子电气架构及车载网络。