目录
1.汽车总线汇总
2.什么是车载以太网
3.车载以太网物理层
3.1 MDI
3.2 常见连接器接口
4.小结
1.汽车总线汇总
CAN(Controller area network):由博世于1986年研发推出,最高速率可达1Mbps,广泛应用于汽车动力系统、底盘、车身等,优点是性价比高、可靠性好,缺点是缺乏共享访问和低带宽。随着自动驾驶等功能的出现,CAN总线传输的数据量呈指数级增长。为了实现这些功能,市场上出现了更新版本的CAN协议,如CAN FD或CAN XL; LVDS(Low-Voltage Differential Signaling):低压差分信号于1994年推出,在汽车上用于图像的高速传输,例如摄像头和视频数据,速率可从100Mbps到大于2Gbps; LIN(Local Interconnect Network):LIN协会于1998年成立,标准LIN1.0于1999年发布,根据标准建议,低速通信速率为2400bps、中速为9600bps、高速为19200bps,可用于车门、车窗、座椅、后视镜等带宽要求不高的车身系统; MOST(Media Oriented Systems Transport):MOST合作组织于1998年成立,由宝马、奔驰、别克和SMSC共同发起。其标准于2001年发布,该种是一种专门针对汽车多媒体系统的数据总线技术,采用光纤线或双绞线作为物理传输介质,具有高效的数据传输和稳定的性能表现,最高速率可达150Mbps,缺点就是比较昂贵且扩展性较差; FlexRay:FlexRay联盟于2000年成立,该技术出现在2006年BMW X5的量产车型;它具备高传输速率,最高可达10 Mbps,可用于线控技术、主动悬架、自适应巡航等 CAN FD:由博世于2012年释放,是原始CAN总线协议的扩展,旨在适应汽车网络中带宽和有效载荷支持需求的增加。CAN FD将有效数据速率提高到8Mbps,并支持每帧64字节Payload; Automotive Ethernet:2016 年,IEEE 发布了第一个汽车以太网标准 IEEE 802.3bw,又称100Base-T1,旨在适应雷达、V2X通信、摄像头等同时通信的高带宽需求; CAN XL:由CAN自动化小组(CAN in Automation)开发的第三代CAN标准,于2022年发布,旨在弥补CAN FD 和100BASE-T1 Etherner之间的巨大通信速率鸿沟: 该技术根据收发器的不同,速率可支持到10Mbbps-20Mbps,是面向成本、功能安全、信息安全和QoS(Quality of Service)的CAN解决方案。
2.什么是车载以太网
PS(名词解释)
100\1000:指传输速率,例如100为100Mbit/s,1000为1000Mbit/s; Base:指采用基带传输; T:指传输介质为双绞线,当为F时指代光纤; T1:1对双绞线传输
2016年,IEEE发布了首个车载以太网标准IEEE 802.3bw(100BASE-T1),虽然其带宽100Mbps与标准以太网100Base-TX(1995年发布)相近,但在物理层有明显区别:标准以太网100Base-Tx使用两对双绞线,而车载以太网使用一对双绞线实现全双工通信,在成本和重量上优势明显;100Base-Tx有效距离最大为100米,100Base-T1有效距离最大为15米; 随着自动驾驶的演进,视频数据流、多传感器数据融合需要更大的带宽,IEEE随即又发布了IEEE 802.3bp(1000Base-T1),允许使用非屏蔽双绞线实现Gigabit的速率; 2020年,IEEE连续发布了802.3ch,可满足2.5\5\10 Gbps等不同速率;
OPEN Alliance:OPEN联盟(One-Pair EtherNet)于2011年由NXP、博通和宝马携手创建,是一个非盈利性开放行业联盟,目标是将基于以太网的通信广泛应用于汽车网络。OPEN Alliance成立了14个技术委员会,分别致力于制定和统一IEEE 100BASE-T1、1000BASE-T1及1000BASE-RH等通信方式的物理层、协议一致性等规范;通过制定线束、交换机、ECU和其他功能需求及测试规范,帮助Tier1和OEM完成车载以太网系统; IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers,电气和电子工程师协会),我们熟悉的IEEE 802.3工作组主要负责定义以太网物理层和数据链路层的介质访问控制(MAC)部分。此外,IEEE(802.1工作组)还制定了发展迅速的AVB/TSN技术规范,用于实现数据高可靠、低延迟及同步传输; AUTOSAR:致力于车载以太网软件层级的规范化,从CP V4.0版本提出了车载以太网的需求、接口、配置参数,还定义了TCP\UDP、IPv4等通信协议的测试规范; AVnu Alliance:AVnu联盟是致力于通过采用IEEE 802.1 AVB和相关的IEEE 1722和1733标准来推进AV传输,得到了汽车行业的大力支持,提高了AVB技术在汽车网络上的应用落地。
广义上讲,车载以太网包括Layer3(IP网络层)、Layer4(传输层)、应用层(Layer5-7)、AVB\TSN和智能充电ISO15118等等; 狭义上讲,车载以太网则主要对应OSI模型的Layer1(PHY物理层)、Layer2(MAC数据链路层);
3.车载以太网物理层
3.1 MDI
3.2 常见连接器接口
TE MATEnet连接系统
Rosenberger连接器
iX Industrial Connector
4.小结
本文主要描述了汇总了汽车总线、描述了车载以太网的来历和标准,分析了物理层PHY的连接方式,结合Vector以太网硬件产品描述了各种连接器,感性地认识了车载以太网长什么样,接下来我将继续整理数据链路层、网络层、传输层的要点,结合实例完成车载以太网的入门。