车载以太网介绍

Contents

目录

1      Preface

1.1    Purposeof the document

2      缩略词

3      简介

3.1    驱动力

3.2     车载以太网使用案例

3.2.1         高级驾驶员辅助系统 (ADAS)

3.2.2         主干网架构：

3.2.3         诊断

3.2.4         全球通信

3.2.5         信息娱乐系统：

3.3     车载以太网发展过程

3.3.1         量产车案例

3.3.2         以太网推进的动力：高带宽

3.3.3         物理层

4      和CAN的对比

4.1     网络拓扑结构

4.2    为什么以太网和传统的车载网络不同？

4.2.1         网络类型

4.2.2         介质访问控制

4.2.3         数据传输服务

4.2.4         吞吐量throughput

4.2.5         寻址

4.2.6         监控

4.2.7         基于服务的通信方式

4.2.8         错误帧

5      标准化机构

5.1     IEEE 802 制定 LAN/MAN 技术标准(自1980起生效)

5.2     互联网工程任务组——IETF (InternetEngineering Task Force)

5.3     AUTOSAR

联盟——AVnu Alliance

联盟——OPEN Alliance

5.6     JASPAR – 下一代高速局域网组织

6      物理层标准概述

6.1     IEEE P802.3BW: 100BASE-T1 100M Single-Pair Ethernet (1TPCE)

6.2     IEEE P802.3BP: 1000BASE-T1 Reduced Twisted Pair Gigabit Ethernet (RTPGE)

6.3     IEEE P802.3BU: power over data lines (“PODL”)

6.4     IEEE P802.3BV: Gigabit Ethernet over POF (Plastic Optional Fiber)

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1.1        Purpose of thedocument

2        缩略词

3        简介

3.1        驱动力

3.2        车载以太网使用案例

3.2.1        高级驾驶员辅助系统 (ADAS)

3.2.2        主干网架构：

3.2.3        诊断

3.2.4        全球通信

3.2.5        信息娱乐系统：

3.3        车载以太网发展过程

3.3.1        量产车案例

3.3.2        以太网推进的动力：高带宽

3.3.3        物理层

4        和CAN的对比

4.1        网络拓扑结构

4.2        为什么以太网和传统的车载网络不同？

4.2.1        网络类型

4.2.2        介质访问控制

4.2.3        数据传输服务

4.2.4        吞吐量throughput

4.2.5        寻址

4.2.6        监控

4.2.7        基于服务的通信方式

4.2.8        错误帧

5        标准化机构

5.1        IEEE 802 制定 LAN/MAN 技术标准(自1980起生效)

5.2        互联网工程任务组——IETF (Internet Engineering Task Force)

5.3        AUTOSAR

5.4        AVnu 联盟——AVnu Alliance

5.5        OPEN联盟——OPEN Alliance

5.6        JASPAR – 下一代高速局域网组织

6        物理层标准概述

6.1        IEEE P802.3BW: 100BASE-T1 100M Single-Pair Ethernet(1TPCE)

6.2        IEEE P802.3BP: 1000BASE-T1 Reduced Twisted Pair Gigabit Ethernet (RTPGE)

6.3        IEEE P802.3BU: power over data lines (“PODL”)

6.4        IEEE P802.3BV: Gigabit Ethernet over POF (PlasticOptional Fiber)

 

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1      Preface

1.1    Purposeof the document

细致地了解车载以太网协议。

2      缩略词

缩写	全称	描述
ADAS	Advanced Driver Assistance Systems	高级驾驶员辅助系统
IEEE	Institute of Electrical and Electronics Engineers	电气与电子工程师协会
IEEE 802（又称LMSC）	LAN/MAN Standards Committee	局域网/城域网标准委员会
LAN	Local Area Network	局域网
MAN	Metropolitan Area Network	城域网
WAN	Wide Area Network	广域网
V2X	vechicle to everything
IETF	Internet Engineering Task Force	互联网工程任务组
TSN	Time-Sensitive Networking	时间敏感网络
BRR	BroadR-Reach	博通汽车以太网互联技术
OABR	Open Alliance BroadR-R
PHY	physical layer	物理层
MAC	Media Access Control	媒体存取控制

 

3      简介

• 车载以太网增长前景

 2018: 65 百万Ethernet-Sockets, 2021: > 200 百万

3.1    驱动力

·       信息娱乐系统

·       高级驾驶员辅助系统 (ADAS)

·       诊断

3.2     车载以太网使用案例

3.2.1         高级驾驶员辅助系统 (ADAS)

-        传感器数量增加

-        高带宽传感器（短/长距离雷达、激光雷达、摄像头等）

 

3.2.2         主干网架构：

-        可快速连接的域控制器

-        车内ECU之间的支持更高的带宽

3.2.3         诊断

-        用于诊断的高速区域访问（通过网关更新软件，比如单ECU形式）

-        直接的快速的刷写 （直接更新软件，比如，更新多个支持Eth的ECU）

3.2.4         全球通信

-        智能的充电管理（单ECU形式，电力线/无线，IPv6）

-        网络互联（V2V，V2I，V2X，单ECU形式，无线，IPv6）

3.2.5         信息娱乐系统：

-        后座娱乐系统

-        使用网络替代昂贵的专用音频/视频电缆或点对点链接（如LVDS）

3.3     车载以太网发展过程

3.3.1         量产车案例

-        BMW量产车：以太网用于快速刷写

目标：通过以太网快速并行地刷写ECU，最大刷写时间小于15分钟（无以太网更新软件需16小时）

-        SOP 2013, BMW：以太网作为一个子系统（摄像头用于辅助系统，X5）

-        SOP 2015, BMW：以太网作为车载总线（信息娱乐系统和高级驾驶员辅助系统）

-        SOP 2015, JLR：以太网用于信息娱乐系统

-        其他的主机厂也将以太网应用于自己的产品中： Daimler, VW, GM, Renault…

 

BMW以太网搭载

3.3.2         以太网推进的动力：高带宽

总线类型	相比于CAN的带宽比例	带宽 （Mbit/s）	网络拓扑结构	传输介质	应用领域	优势	缺陷	描述
Eth	100x – 1000x	100 - 1000	星型/树型	双绞线	车联网/ADAS	高带宽		全双工 每个链路、每个方向的带宽都同时可用
MOST	150x	150	环形	光纤	娱乐系统	高带宽	成本高，仅有限个摄像头	所有节点共享带宽
FlexRay	10x (20x)	2*10	总线型/星型/混合型	双绞线/光纤	实时控制	高带宽	成本高 共享传输介质	双通道操作（每个通道有单独的电缆）
CANFD	6x	8	总线型	双绞线	实时控制、通信	成本低，可靠	带宽低 共享传输介质	1 Mbit/s 仲裁段，8  Mbit/s数据段，64字节帧长
CAN	1x	1	总线型	双绞线	实时控制、通信	成本低，可靠	带宽低 共享传输介质	比较参考值（1 Mbit/s）
LIN	0.02x	19.2 Kbit/s	总线型	单缆	低带宽控制	成本更低	成本低 共享传输介质	用于智能传感器，低带宽

 

3.3.3         物理层

·       实现

-        汽车环境中专用物理层

目前： 100Mbit/s全双工非屏蔽双绞线——和CAN一样的线

 

4      和CAN的对比

4.1     网络拓扑结构

车载以太网

 

CAN

 

4.2    为什么以太网和传统的车载网络不同？

4.2.1         网络类型

车载以太网：交换网络（星型或树型拓扑结构）

 

CAN：总线型

 

4.2.2         介质访问控制

车载以太网：无竞争的点对点连接

 

CAN：共享介质，需要仲裁。

 

4.2.3         数据传输服务

车载以太网：全双工

 

CAN：半双工

 

4.2.4         吞吐量throughput

车载以太网：支持多个同时发生的数据流。

 

CAN：轮流通信

 

4.2.5         寻址

车载以太网：以太网帧携带发送方和接收方的物理地址。

 

CAN：CAN帧携带一个报文标识符，没有发送方和接收方的物理地址。

 

4.2.6         监控

车载以太网：同网络中，不需要通信的节点收不到其他节点发给其他节点的报文。

 

CAN：广播式的通信，同网络中所有的接收方都能接收到。

 

4.2.7         基于服务的通信方式

车载以太网：基于服务的通信方式，比如：只有当一个节点请求时，报文才会发送。

 

CAN：主动通信，发送报文时不考虑接收方是否需要。

 

4.2.8         错误帧

车载以太网：有问题的帧会被交换机或者某个节点丢弃。

 

CAN：当一个节点监测到错误时，会往总线上发送错误帧。

 

5      标准化机构

5.1     IEEE 802 制定 LAN/MAN 技术标准(自1980起生效)

·       主要用于网络栈的链路层和物理层

-        所有的出版的标准都能在他们的官网上下载

·       802.1：更高层的局域网协议调查委员会（TSN，安全等）：L2/>L2

-        例如：802.1AS(TimeSync), 802.1CB (Frame Replication and Elimination for Reliabilty)

·       802.3以太网调查委员会（指定以太网标准）：L1/L2

·       两者“共享”第2层：“项目可以从一个工作组开始，在另一个工作组产生第二个项目，以提供完整的解决方案”

5.2     互联网工程任务组——IETF (InternetEngineering Task Force)

·       发布RFC（Request for Comments请求评议）—— 设置和维护互联网协议基础技术标准的论坛（软件，而非硬件）。

-        例如：RFC#1122（因特网对主机的要求 —— 通信层communication layer）、RFC#768（用户数据报协议UserDatagram Protocol – UDP）

5.3     AUTOSAR

• 车载以太网协议栈automotiveEthernet Stack （定义的协议与IETF规范深度链接，定义的API：非阻塞AUTOSAR API）

• 联盟——AVnu Alliance

• 在以下行业推广AVB/TSN标准：汽车、消费、专业音频/视频、工业

• 特点：一致性、互联互通性、需认证

• 联盟——OPEN Alliance

(One-Pair Ether-Net)单对以太网联盟

·       促进基于以太网的汽车互联的广泛应用

·       目标：

-         把BroadR-Reach®技术建设为开放的标准

-        互通性测试（TC8）、解决标准化差异（TC5）和发起活动，以减少标准化组织间的分歧等

5.6     JASPAR – 下一代高速局域网组织

·       目标：为日本主机厂引进汽车以太网提供支持

·       范围：物理层、线束

 

6      物理层标准概述

6.1     IEEE P802.3BW: 100BASE-T1 100M Single-Pair Ethernet (1TPCE)

单对双绞线实现100Mbit/s数据传输

·       100Mbit/s 全双工

·       通过单个非屏蔽双绞线电缆通信（最长15米）

·       适应汽车环境（如：EMC：地发射/高抗干扰、适应高低温）

·       与已有的100Mbit/s的OABR的物理层互通

·       IEEEP802.3bw 100BASE-T1 工作组于 2015年10月27日完成工作

·       标准发布于2016年1月

6.2     IEEE P802.3BP: 1000BASE-T1 Reduced Twisted Pair Gigabit Ethernet (RTPGE)

·       1000 Mbit/s 全双工

·       通过单个非屏蔽双绞线电缆通信（最长15米）

·       适应汽车环境（如：EMC：地发射/高抗干扰、适应高低温

·       IEEEP802.3bp 1000BASE-T1 PHY 工作组于2016年6月30日完成工作

·       标准发布于2016年9月

6.3     IEEE P802.3BU: power over data lines (“PODL”)

·       目标：在100BASE-T1和1000BASE-T1上为终端设备供电

·       供电功率：0.5W到50W，依赖于供电电压（如，12V、48V）

·       标准发布于2017年1月

6.4     IEEE P802.3BV: Gigabit Ethernet over POF (Plastic Optional Fiber)

基于光纤的千兆以太网通信

·       目标：使用与MOST使用相同的光纤、LED和连接器实现1000Mbit/s通信

·       标准发布于2017年1月

 

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