正在迫近的新型車載網(wǎng)絡(luò)

技術(shù)發(fā)展的要求使得將來汽車網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)是由高度集成的域控制器來構(gòu)建，這些域控制器由高速的系統(tǒng)總線互聯(lián)。業(yè)界的趨勢(shì)顯示以太網(wǎng)將取代CAN成為骨干網(wǎng)。FlexRay、CAN、LIN將繼續(xù)在子網(wǎng)絡(luò)中將智能節(jié)點(diǎn)連接在一起。這種高度互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要強(qiáng)大的域控制器。

圖1顯示了一個(gè)典型的由若干域控制器(DomainController)組成的車載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。該車載網(wǎng)絡(luò)以高速以太網(wǎng)作為骨干，將四個(gè)核心域控制器(動(dòng)力總成、車身及舒適系統(tǒng)、底盤系統(tǒng)、信息娛樂)連接在一起。每個(gè)域控制器在實(shí)現(xiàn)專用的控制功能的同時(shí)，還提供強(qiáng)大的網(wǎng)關(guān)功能。這種基于域控制器的架構(gòu)終于徹底顛覆了傳統(tǒng)的車載網(wǎng)絡(luò)中ECU到ECU的點(diǎn)到點(diǎn)通信方式。如在車身及舒適系統(tǒng)域內(nèi)部，各部件通過CAN、LIN溝通。在需要與其他域交換信息時(shí)則經(jīng)由網(wǎng)關(guān)、以太網(wǎng)路由。這些域控制器不僅需要強(qiáng)大的實(shí)時(shí)處理能力，還必須同時(shí)擁有豐富的通信接口。

高速車載網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)趨勢(shì)

新的諸如基于視頻的泊車、車內(nèi)電視及駕駛輔助系統(tǒng)等應(yīng)用需要大量的程序及數(shù)據(jù)空間。例如一個(gè)高端車系列已經(jīng)具有了超過1GM的嵌入式存儲(chǔ)空間分布在超過100個(gè)ECU中。隨著ECU的數(shù)量以及嵌入式存儲(chǔ)器容量的增大，網(wǎng)絡(luò)的帶寬也需要隨之增大許多。以下列舉三個(gè)突出的技術(shù)發(fā)展要求。

以太網(wǎng)

隨著數(shù)據(jù)容量、嵌入式存儲(chǔ)器和域控制器架構(gòu)的發(fā)展，車上需要新的高速互聯(lián)接口。由于已廣泛使用，以太網(wǎng)是一個(gè)明顯的選擇并已經(jīng)在量產(chǎn)的車上采用。起初，以太網(wǎng)用作高性能的網(wǎng)絡(luò)診斷，或者在車廠或維護(hù)中心用于軟件下載。隨著更多OEM開始使用，就產(chǎn)生了相應(yīng)的ISO/SAE標(biāo)準(zhǔn)，將以太網(wǎng)用作診斷OBD接口?，F(xiàn)在以太網(wǎng)已經(jīng)在環(huán)視系統(tǒng)中采用了。這也在很大程度上歸功于低成本而又滿足EMI性能的非屏蔽雙絞線的采用。以太網(wǎng)用作車載骨干網(wǎng)是很適合的，主要原因是：

●增加了帶寬選擇；

●在保持低EMI條件下采用低成本的非屏蔽雙絞線；

●以太網(wǎng)是技術(shù)及市場(chǎng)成熟的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；

●已經(jīng)有很多有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)開發(fā)者；

●容易與消費(fèi)電子集成；

●有許多供應(yīng)商提供軟件和硬件；

●有許多低成本甚至免費(fèi)的工具。

對(duì)高速并可擴(kuò)展帶寬的需求是采用以太網(wǎng)的重要?jiǎng)右颉Ｔ诜瞧噾?yīng)用中1GB甚至10GB帶寬的應(yīng)用已屬平常，汽車網(wǎng)絡(luò)的帶寬相對(duì)滯后了。

以太網(wǎng)另一個(gè)強(qiáng)勁的優(yōu)勢(shì)在于其生態(tài)系統(tǒng)，已經(jīng)有大量成熟的開發(fā)人員、軟件、工具、供應(yīng)商和實(shí)際應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)供汽車上的應(yīng)用采納和參考。再加上以太網(wǎng)已經(jīng)在一些車型上開始量產(chǎn)使用，可以預(yù)見將來用量會(huì)激增并成為域控制器之間互聯(lián)使用的車載骨干網(wǎng)。ENET從技術(shù)上也已經(jīng)完全支持音視頻橋接(AVB)標(biāo)準(zhǔn)，滿足AVB的業(yè)務(wù)質(zhì)量需求。AVB中的網(wǎng)絡(luò)多線程能夠?qū)⒉煌耐ㄐ蓬愋驮谟布溪?dú)立開，使得軟件驅(qū)動(dòng)更加有效，從而顯著降低CPU的負(fù)載。網(wǎng)絡(luò)多線程和流量成型技術(shù)還能夠容易地將不同的通信任務(wù)分離，以保證高優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)總是得到及時(shí)傳送。例如在一個(gè)域控制器中將車身控制和網(wǎng)關(guān)的功能集成在一起。車身及網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)可以通過分解通信多任務(wù)來共享同一個(gè)MAC。這有助于最重要的任務(wù)(如網(wǎng)關(guān))總是能夠得到足夠的網(wǎng)絡(luò)帶寬。

CANFD及其它通信接口

將來MCU中的Flash的容量顯著增大，這導(dǎo)致量產(chǎn)時(shí)燒寫和維護(hù)的時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)，從而增加成本。同時(shí)更加復(fù)雜的ECU之間的通信數(shù)據(jù)量也會(huì)增加。這些都需要顯存網(wǎng)絡(luò)的帶寬增大。此外，由于診斷和骨干網(wǎng)采用了高速的以太網(wǎng)，那么相應(yīng)地需要現(xiàn)有CAN2.0網(wǎng)絡(luò)的帶寬也要增加，即在保護(hù)業(yè)界已有投資的同時(shí)也能適應(yīng)高速網(wǎng)的需要。這就催生了CANFD(ISO11898-7)協(xié)議：靈活速率的CAN。CANFD允許波特率達(dá)到8MB/s，每幀的凈荷達(dá)64字節(jié)。當(dāng)CANFD采用大凈荷配置時(shí)，其速率可達(dá)CAN2.0的6倍。

智能及高集成度的執(zhí)行器和傳感器通過各自的網(wǎng)絡(luò)交換信息。許多車身電子節(jié)點(diǎn)通過CAN或LIN通信。通信延時(shí)、帶寬及成本都是影響選定特定接口的因素。除CAN、LIN之外，在動(dòng)力總成和底盤安全系統(tǒng)中SENT和PSI5接口也在不斷增加業(yè)界的興趣，能為將來的網(wǎng)絡(luò)降低成本。例如PSI5與LIN相比將3線通信降為2線通信。盡管有很多新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議會(huì)在車載網(wǎng)絡(luò)通信中采用，CAN、LIN節(jié)點(diǎn)的數(shù)目仍然會(huì)顯著增加。據(jù)StrategyAnalytics預(yù)測(cè)，到2018年LIN節(jié)點(diǎn)會(huì)超過10億個(gè)，而CAN節(jié)點(diǎn)會(huì)超過20億個(gè)。而每部車的LIN節(jié)點(diǎn)數(shù)約為10個(gè)，CAN節(jié)點(diǎn)數(shù)約為20個(gè)。LIN節(jié)點(diǎn)的年復(fù)合增長(zhǎng)率會(huì)明顯高過CAN，達(dá)到13%。

整車軟件刷新(Vehicle Reflashing)

整車應(yīng)用軟件的刷新及重新編程是汽車電子的一個(gè)前沿方向。傳統(tǒng)車上軟件的刷新需要在嚴(yán)格管理的車廠或者是在例行的維護(hù)條件下進(jìn)行。而將來整車軟件刷新將擴(kuò)展到諸如提高用戶的便利性、無線軟件升級(jí)等方面?，F(xiàn)代汽車上可能具有達(dá)到50MB的嵌入式Flash分布在很多MCU上(這還不包括信息娛樂系統(tǒng)或多媒體系統(tǒng))。OEM希望有安全、保密、方便、可靠的方式來更新軟件。面對(duì)的技術(shù)挑戰(zhàn)可能有：

●安全性：新的軟件不能造成任何系統(tǒng)誤操作；能夠恢復(fù)到先前可靠的軟件版本；