爱游戏-车载网络趋势与演进

[导读]跟着车辆愈发进步前辈，有助在晋升道路平安机能、供给驾驶辅助功能和提高能效，其底层手艺的主要性也随之增添。不管是传统的内燃机（ICE）驱动车辆、夹杂动力汽车仍是纯电动汽车，汽车设计中都包括了数十种传感器、微节制器和履行器，所有这些器件城市发生或处置年夜量的数据。 跟着车辆愈发进步前辈，有助在晋升道路平安机能、供给驾驶辅助功能和提高能效，其底层手艺的主要性也随之增添。不管是传统的内燃机（ICE）驱动车辆、夹杂动力汽车仍是纯电动汽车，汽车设计中都包括了数十种传感器、微节制器和履行器，所有这些器件城市发生或处置年夜量的数据。 现代车辆不但仅是一种交通东西，更是车轮上的进步前辈计较平台。与所有计较系同一样，有用传输数据的能力对这类系统的安稳运行和平安操作相当主要。 经常使用车载收集手艺（IVN） 电子手艺在车辆中已利用数十年，供给了很多适用功能，凡是是为了加强平安性或文娱性。在初期，这些功能良多都是自力存在的，既不向车辆的其他系统供给数据，也不依靠在其他系统发生的数据。但是，跟着手艺的前进，集成化带来的优势逐步闪现，汽车专用的收集手艺随之应运而生。 在车辆中遍及采取的和谈包罗LIN总线（Local Interconnect Network, LIN）、CAN总线（Controller Area Network, CAN/CAN-FD）、FlexRay总线和MOST总线（Media Oriented System Transport, MOST）。固然每种解决方案都有其怪异的地方，并可知足分歧的设计考量，但更主要的是，这些现有的手艺方案难以知足现代车辆日趋增加的需求。 LIN总线是一项本钱效益高的手艺，对低数据速度（ 20kbps）的利用场景来讲易在实行和摆设。但是，因为其带宽有限，而且系统节点数目被限制在12个之内，这限制了它在现代车辆中的价值。 CAN总线（和后续迭代版本如CAN-FD）因其很是不变靠得住且相对不受电气干扰和噪声影响，在车辆和其他平安要害系统中获得了普遍利用。但是，有限的带宽（凡是约为2Mbps）限制了它在某些数据密集型利用（如信息文娱系统和摄像头）中的利用，同时也限制了节点的数目。今朝，新的CAN-XL尺度正在开辟中，以处置更高速江南体育度并具有与以太网跟尾的能力，但对很多工程师来讲，直接过渡到全以太网解决方案看起来更具吸引力。 FlexRay总线供给了切确的时序和同步功能，使其合用在诸如线控驱动等时候要害型利用。但是，与其他体例比拟，复杂性限制了其普和水平。 MOST总线 仅用在信息文娱系统，其合用性有限且本钱昂扬，是以跟着该手艺的慢慢裁减，已被其他解决方案所代替。 以太网被很多人视为替换现有多种解决方案的抱负选择，它可以供给高带宽和低延迟的通讯能力。但是，现行的以太网和谈存在一个问题，即其固有的载波侦听多路拜候/冲突检测（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD）机制，这意味着没法实现肯定性操作，从而不合用在任什么时候间敏感的利用场景，好比线控驱动等。另外，以太网手艺的本钱也是一个问题。但是，斟酌到以太网的庞大潜力，此刻已呈现了如10BASE-T1S如许简直定性和谈，它包括了物理层冲突避免（Physical Layer Collision Avoidance, PLCA）机制（拜见图1），为时候要害型利用供给了所需的机能。另外，汽车以太网装备的本钱正在敏捷降落，这使得更多的汽车制造商可以或许利用高带宽特征。 图1：在PLCA周期中，每一个“从装备”发送数据之前，“主装备”会经由过程一个“BEACON”旌旗灯号最先通讯，从而避免冲突和相干的重传开消。 以太网在 OPEN 同盟等组织的鞭策下不竭成长，以知足现代汽车日趋增加的带宽需求。新尺度（如 IEEE P802.3dh）使将来车辆中的光纤利用成为可能，用以撑持低延迟 4K 视频和加强实际等要求极刻薄的手艺。 包罗蓝牙 、Wi-Fi 和移动通讯在内的无线和谈凡是用在驾驶员和乘客毗连他们的移动装备。无线通讯的首要需求源在其可以或许在有线毗连没法实现的环境下完成某些功能，例如胎压监测（TPMS）和无钥匙进入（仅举两例）。但是，跟着 "车联网"（V2X）手艺的成长，车辆可以与其他车辆和其四周情况进行通讯，对无线通讯的需求也进一步增添，但随之而来的是对更高平安性的需求。 车辆架构 因为车辆内部遍及着浩繁子系统和传感器，汽车制造商必需谨严选择车辆架构。首要有两种选择——域（domain）架构或区域节制(zonal)架构。现有的基在域的架构将具有类似功能的部门（例如，传动系统、底盘和舒适性）组合在一路——虽然它们的位置可能分离在车辆的各个部位，这需要更多的布线，也增添了重量和本钱。 为了不这一问题，很多汽车制造商此刻更偏向在采取区域节制架构的方式，即虽然功能分歧，但仍将位置附近的子系统分组。是以，可以指定“右前”、“左后”等区域。固然这类方式削减了布线需求，但也会在各区之间的车辆通讯 "骨干 "上增添数据量，是以要求车载收集具有更高的机能和带宽。 凡是环境下，每一个分区都高度集成了专用计较资本，经由过程高速（和肯定性）通讯骨干网与主 CPU 毗连，以撑持进步前辈驾驶辅助系统 (ADAS) 和线控驱动等及时利用。采取区域节制架构使车辆功能和特征的集成、移除或进级供给了更年夜的矫捷性。它易在扩大并顺应不竭转变的需求。 固然区域节制架构有可能带来诸多益处，但其实行也会致使对车载收集机能需求的增添。这首要是因为需要更高的数据流量、低延迟、冗余、可扩大性撑持和更好的平安性和诊断功能。 功能平安 跟着车辆的主动化水平愈来愈高，对功能平安和冗余办法的需求也在加强。愈来愈多的系统要求合适更高的ISO26262汽车平安完全性品级（ASIL），跟着驾驶员愈来愈依靠车辆本身做出的决议计划和采纳的步履，平安品级要求正从A级和B级向更加严酷的C级和D级组件过渡。功能平安涵盖了从概念设计到车辆终究退役的所有设计环节。 毫无疑问，这对全部车辆布局和车载收集都有侧重年夜影响。对主动告急制动和自顺应巡航等高机能 ADAS 功能而言，低延迟数据传输相当主要。要实现功能平安合规性，就必需在传感器和通讯路径上摆设冗余和周详的容错机制。 固然所有车辆的平安要害功能都需要时候敏感型收集（TSN），但向区域节制架构的改变加强了这类需求。时序的切确调剂和延迟抵偿对确保 ADAS 功能的准确运行相当主要，特别是当图象传感器、激光雷达模块和电子节制系统等元件散布在车辆的分歧区域时。即便是在分歧区域利用麦克风进行降噪等利用，也需要 TSN 才能有用工作。在以太网解决方案方面，现有的 TSN 以太网和谈可从头用在汽车用处。 在图象传感器和摄像头接口方面，MIPI CSI-2（摄像头串行接口）和 DSI-2（显示串行接口）撑持高速数据传输，是摄像头系统、显示屏和信息文娱系统之间传输年夜量数据的抱负选择。移动财产处置器接口同盟（Mobile Industry Processor Interface，MIPI）和汽车串行/解通同信手艺同盟（Automotive Serdes Alliance，ASA）正在进一步开辟一种尺度化的 串行/解串（SerDes）解决方案。终究，ASA 活动毗连手艺（ASA ML）将获准与 MIPI CSI-2 集成。在这一合作中，还对加强 MIPI 和谈的平安性和用在摄像头的非对称以太网（高带宽传输，低带宽领受）进行了研究。 安森美（onsemi）在车载收集（IVN）中的脚色 安森美在车载收集范畴具有跨越三十年的丰硕经验，供给立异产物和一流的利用撑持。今朝，解决方案组合以很多现有的车载收集手艺为根本，包罗LIN、CAN和FlexRay。将来几年，将陆续发布LIN和CAN产物的加强版本，因为对FlexRay的成长预期不乐不雅，所以对该和谈的投资即便有，也不会太多。 明显，10BASE-T1S 以太网将是汽车行业的一个重点范畴。安森美已推出了首批产物，今朝正在为这一主要和谈开辟第二代产物组合。跟着年夜大都汽车制造商估计采取区域节制架构，10BASE-T1S 将成为将来汽车通讯的根基构成部门。对要求高吞吐量、高带宽和高平安性的利用（如 ADAS 功能，包罗完全主动驾驶）来讲，特别如斯。 虽然以太网在车辆利用中具有较着的优势，但在对通讯速度要求不高的场景（如车窗开启、后视镜折叠、调剂座椅等）仍将继续利用现有和谈（如 LIN 和 CAN）。不外，我们已看到以太网正在代替 CAN 的部门市场份额，估计到来岁，以太网将成为低延迟和高带宽通讯的首选手艺。 现在，车辆机能已不再取决在其行驶速度，而更多地取决在车载收集在 "车轮上的计较平台 "中数据传输的速度。 固然 LIN 和 CAN 等传统和谈将继续阐扬有限的感化，但 MOST 和 FlexRay 等一些和谈将慢慢裁减。因为区域节制架构下降了布线的本钱和重量，将成为首选，但还需要利用 TSN 和更年夜的带宽，特殊是在区域之间的骨干网上。 肯定性以太网（10BASE-T1S）将阐扬主要感化，在不久的未来成为很多汽车制造商默许的 "首选 "手艺。该手艺的普遍利用将鞭策车载收集尺度化水平的提高，实现全主动驾驶所需的立异解决方案同样成为可能。另外，今朝只有以太网解决方案才能推动提高车辆平安性和进步前辈主动驾驶系统的实现。 几十年来，安森美一向在汽车手艺范畴阐扬侧重要感化，特别是在车载收集方面。固然 LIN 和 CAN 在器件方面将继续获得进展，但安森美今朝的首要重点是开辟更丰硕的 10BASE-T1S 以太网解决方案，为汽车行业供给知足下一代汽车利用所需的高机能元器件。

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来历：安森美

作者：安森美摹拟与夹杂旌旗灯号事业部，资深市场营销司理Min Su You

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