為什么以太網(wǎng)是車載連接的基礎(chǔ)

毫不夸張地說，互聯(lián)互通是我們所有日常技術(shù)能夠發(fā)揮作用的命脈，并延伸到我們汽車內(nèi)部的連接。不過，在這篇博文中，我們探討的不是司機(jī)、乘客及其設(shè)備的無線通信。相反，我們說的是一種總線，它在汽車內(nèi)部傳輸數(shù)據(jù)，使其所有部件能夠相互通信，從車窗到ESP和ABS系統(tǒng)，再到任何需要駕駛員輸入的電子系統(tǒng)。

汽車制造商的現(xiàn)代數(shù)據(jù)傳輸始于1983年控制器局域網(wǎng)總線（CAN總線）的發(fā)展，從這個(gè)較低的起點(diǎn)開始，線纜和連接選項(xiàng)的數(shù)量迅速增加，以跟上不斷增長的車輛周圍移動(dòng)數(shù)據(jù)的更多需求：事實(shí)上，CAN XL于2019年推出。市場上有這么多的選項(xiàng)，很難知道哪一個(gè)在速度、可用性和功能方面真正領(lǐng)先。

幾十種選擇：一個(gè)贏家

下面可以看到從1983年到現(xiàn)在的一系列不同的連接標(biāo)準(zhǔn)，以及它們數(shù)據(jù)傳輸速度方面的衡量標(biāo)準(zhǔn)。雖然這并非衡量網(wǎng)絡(luò)的唯一指標(biāo)，但它肯定是一個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn)。

然而，車內(nèi)連接的鼻祖CAN 總線，在數(shù)據(jù)速度方面與電氣和電子工程師協(xié)會(huì) （IEEE）以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)相比步履蹣跚，尤其是在高端方面。這些數(shù)字清楚地描繪了任何明智的工程師會(huì)選擇什么來連接車輛中的無數(shù)系統(tǒng)。

正如我們上面所說，這里并非只關(guān)注峰值傳輸速度，但車輛最通用的選擇是能夠廣泛連接。以太網(wǎng) IEEE 802.3bw 不僅提供了千兆位的速度，而且它還有一個(gè)特點(diǎn)，使它非常適合復(fù)雜的車內(nèi)環(huán)境，即它可以擴(kuò)展到多個(gè)子系統(tǒng)，使它們能夠通過一對電纜發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。當(dāng)與高速點(diǎn)對點(diǎn)IEEE標(biāo)準(zhǔn)同級(jí)總線一起部署用于干線通信時(shí)，以太網(wǎng)成為車輛電子設(shè)計(jì)靈活性的解決方案。

以太網(wǎng)是每個(gè)人都聽說過的名字，無論是工程師還是最終用戶。它作為連接標(biāo)準(zhǔn)無處不在，這意味著它得到了市場上幾乎所有的操作系統(tǒng)和SoC 的支持。在設(shè)計(jì)任何給定車輛的完整電子生態(tài)系統(tǒng)時(shí)，這使設(shè)計(jì)變得更加輕松。信息娛樂系統(tǒng)可能正在運(yùn)行 AndroidAuto，ADAS 功能可能運(yùn)行在定制的 Linux 層上，傳感器和攝像頭可能使用自己的定制操作系統(tǒng)，但以太網(wǎng)可以支撐這一切。

由于在所有這些設(shè)備中都普遍使用傳輸控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 （TCP/IP），使用以太網(wǎng)意味著在為汽車專用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（如CAN總線）創(chuàng)建自定義層方面無需額外的工作。

這種可擴(kuò)展性、標(biāo)準(zhǔn)化和通用性的結(jié)合，使得系統(tǒng)能夠處理任何事情，從簡單的遠(yuǎn)程通信，到未來自動(dòng)駕駛汽車所需的數(shù)百個(gè)傳感器，使用相同的基本組件。

更多的數(shù)據(jù)，更多的決策，更多的安全關(guān)鍵命令

我們看到，在很短的時(shí)間內(nèi)，車輛周圍的數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長。越來越多的車輛配備了ADAS功能，在真實(shí)世界中，數(shù)十個(gè)攝像頭記錄高達(dá)4K的圖像，這些攝像頭必須將這些數(shù)據(jù)傳遞給處理器進(jìn)行決策，因此需要高達(dá) 400Gbps 的網(wǎng)絡(luò)。

關(guān)于大容量數(shù)據(jù)，目前主要有兩個(gè)的解決方案。第一種方法是避免需要如此高的帶寬，不是集中處理所有數(shù)據(jù)，而是在邊緣傳感器上處理盡可能多的數(shù)據(jù)。然后，這種處理的結(jié)果可以小得多的數(shù)據(jù)包移回中央處理器。但是，這會(huì)增加成本，并可能影響數(shù)據(jù)饋送的可靠性。通過為每個(gè)傳感器或傳感器組配備一個(gè)獨(dú)立的處理器，將大大增加車輛的硅面積和成本。

第二種方法是使用高帶寬連接（如最新的IEEE以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)），通過交換機(jī)或路由器將原始數(shù)據(jù)移回中央處理器。這不僅降低了分散處理的成本，同時(shí)由于 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)可以減少瞬態(tài)故障的發(fā)生，還可以確保數(shù)據(jù)傳輸更加安全。

沒有目的地的數(shù)據(jù)是無用的

這個(gè)難題的最后一塊是互聯(lián)。由于每秒有幾十個(gè)或幾百個(gè)數(shù)據(jù)流和數(shù)百萬個(gè)命令，您需要一些東西來控制這些數(shù)據(jù)流，并確保數(shù)據(jù)在正確的時(shí)間、正確的位置無故障地到達(dá)。

Imagination 的 EPP可以做到這一點(diǎn)，同時(shí)符合最高的汽車安全標(biāo)準(zhǔn)?；贗maginationEPP 的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò) （TSN） 功能，在發(fā)生故障時(shí)可以以冗余方式發(fā)送數(shù)據(jù)包，這意味著問題可以在發(fā)生之前修復(fù)或在往返之后記錄。

TSN 還使EPP能夠優(yōu)先考慮被系統(tǒng)標(biāo)記為安全關(guān)鍵的某些功能或數(shù)據(jù)包。這意味著，如果存在帶寬限制，并且必須在發(fā)送安全關(guān)鍵傳感器數(shù)據(jù)和與藍(lán)牙接口的命令之間進(jìn)行選擇，EPP可以發(fā)送更重要的數(shù)據(jù)包，從而確保功能安全。

所有這些結(jié)合在一起，使Imagination能夠提供符合ASIL-B和ISO 26262認(rèn)證一致性標(biāo)準(zhǔn)的EPP，用于安全關(guān)鍵系統(tǒng)。安全實(shí)惠縱觀汽車電子行業(yè)的眾多線纜標(biāo)準(zhǔn)，以太網(wǎng)是明顯的贏家。其高帶寬和廣泛采用意味著它是一種經(jīng)濟(jì)高效且強(qiáng)大的車內(nèi)聯(lián)網(wǎng)方式。再加上高質(zhì)量的 IP，如 Imagination已經(jīng)開放許可的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包處理器（EPP），這是目前和將來提供駕駛員在車輛周圍所需要高級(jí)功能的最安全方法。

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