軟件定義大勢明確 汽車(chē)以太網(wǎng)絡(luò )應用加速前進(jìn)

本文為Microchip汽車(chē)業(yè)務(wù)部門(mén)企業(yè)副總裁Matthias Kaestner，接受媒體采訪(fǎng)的文字節錄。文中，他針對近期備受關(guān)注的汽車(chē)以太網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展提出看法，并且解析Microchip所將采取的解決之道。
汽車(chē)以太網(wǎng)（Automotive Ethernet），顧名思義，就是一種專(zhuān)門(mén)用于汽車(chē)數據通訊的以太網(wǎng)絡(luò )，它主要的目的是用來(lái)達成車(chē)載信息系統的數字化，并進(jìn)一步實(shí)現汽車(chē)智能化的愿景。隨著(zhù)車(chē)聯(lián)網(wǎng)和自駕車(chē)應用的逐步落實(shí)，汽車(chē)以太網(wǎng)絡(luò )的重要性也在近期受到了市場(chǎng)的關(guān)注。
事實(shí)上，汽車(chē)以太網(wǎng)絡(luò )并不是新概念，很多解決方案早在2015年，甚至更早的時(shí)候就推出了。然而它跟一般人所理解的普通以太網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，仍存在著(zhù)一些不同之處。

減少系統布線(xiàn) 汽車(chē)以太網(wǎng)絡(luò )正快速發(fā)展中
Microchip汽車(chē)業(yè)務(wù)部門(mén)企業(yè)副總裁Matthias Kaestner指出，促使汽車(chē)公司采用以太網(wǎng)技術(shù)的主要因素，是將布線(xiàn)減少到只用一對平衡線(xiàn)，同時(shí)具備足夠的可靠性。更重要的是，汽車(chē)以太網(wǎng)半導體產(chǎn)品，是經(jīng)過(guò)專(zhuān)門(mén)設計，能夠滿(mǎn)足汽車(chē)產(chǎn)業(yè)嚴格的環(huán)境要求，并包括系統構建者需要的ISO 26262功能安全合規所需的文件數據。
而在物理層連接上，汽車(chē)以太網(wǎng)使用與標準以太網(wǎng)相同的框架結構和通訊機制，其中也包括所有的安全功能，這就是為何汽車(chē)以太網(wǎng)現在會(huì )受到許多人青睞的原因。
至于目前汽車(chē)以太網(wǎng)絡(luò )發(fā)展到什么階段？Matthias Kaestner表示，像大多數汽車(chē)技術(shù)一樣，汽車(chē)以太網(wǎng)一開(kāi)始只在高階、功能豐富的旗艦車(chē)型中部署，但現在正在大規模量產(chǎn)的車(chē)型中部署，并在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)中快速被采用。由于以太網(wǎng)絡(luò )非常成熟，且只有物理層改變用于車(chē)輛，因此汽車(chē)制造商可以得力于過(guò)去50年間，以太網(wǎng)絡(luò )被運用在各種應用中所累積的知識。
談到汽車(chē)廠(chǎng)對汽車(chē)以太網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的態(tài)度，以及電動(dòng)車(chē)公司與傳統汽車(chē)制造商在采用汽車(chē)以太網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的觀(guān)點(diǎn)和意愿時(shí)，Matthias Kaestner認為，大多數汽車(chē)制造商若不是正在部署以太網(wǎng)絡(luò )，就是正在評估其在下一代車(chē)輛中的使用。因為以太網(wǎng)絡(luò )構成了車(chē)輛的基本通訊骨干，與車(chē)輛使用電動(dòng)馬達還是內燃發(fā)動(dòng)機無(wú)關(guān)。

 
圖一 : 車(chē)輛被劃分為各個(gè)區域，這些區域彼此通訊以協(xié)調車(chē)輛需要執行哪些操作。（source：Microchip）

汽車(chē)朝向軟件定義 系統架構面向分布式
他表示，以太網(wǎng)絡(luò )使汽車(chē)制造商可以從硬件驅動(dòng)的集中架構轉，變?yōu)楦稚⒌膮^域架構，后一種架構需要網(wǎng)關(guān)并轉換數據，以在車(chē)輛的各個(gè)領(lǐng)域之間傳輸。這種架構使車(chē)輛各部分的數據，可供各種運算平臺在標準化的以太網(wǎng)通訊框架中被存取，以便功能可以由軟件定義。
這種架構可實(shí)現更復雜的系統，并簡(jiǎn)化診斷、維護和故障排除的難度。此外，它還增強了安全性，因為使用了業(yè)界熟知的以太網(wǎng)專(zhuān)用驗證和加密系統，而不必從頭開(kāi)始開(kāi)發(fā)新系統。
至于采用汽車(chē)以太網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的成本是否較為昂貴？Matthias Kaestner則表示并非如此。他指出，汽車(chē)以太網(wǎng)實(shí)際上并不比其他高帶寬技術(shù)更昂貴，只是需要時(shí)間，從為特定、獨立功能優(yōu)化的系統，轉移到更靈活、面向軟件的通用通訊機制的架構。
由于必須完成這種汽車(chē)電子系的轉移，并使用分布式計算來(lái)實(shí)現各種系統。過(guò)去，每個(gè)車(chē)輛領(lǐng)域都獨立于其他系統發(fā)展，并使用為一個(gè)特定功能優(yōu)化的硬件。如今，車(chē)輛被劃分為各個(gè)區域，這些區域彼此通訊以協(xié)調車(chē)輛需要執行哪些操作。軟件已經(jīng)接管了許多功能，硬件則會(huì )更通用。

靈活的可擴展性 增添汽車(chē)應用范疇
盡管汽車(chē)以太網(wǎng)絡(luò )已漸漸躍居主流的位置，但隨著(zhù)自動(dòng)駕駛與智能應用等趨勢的發(fā)展，Matthias Kaestner看好汽車(chē)以太網(wǎng)絡(luò )的框架仍會(huì )進(jìn)一步的擴大。他表示，以太網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)并不在于高速，而在于它提供的可擴展性，進(jìn)而提供特定功能所需的帶寬。
他解釋?zhuān)恍┢?chē)傳感器和執行器只需要幾kbps的帶寬，但更復雜的視覺(jué)系統可能需要Gbps。以太網(wǎng)的妙處就在于，無(wú)論速度如何，數據的格式（即以太網(wǎng)框架）都是相同的。例如，開(kāi)發(fā)者可以使用10 Mbps的鏈路連接傳感器，連接到一個(gè)簡(jiǎn)單的交換器，將許多10 Mb數據流聚合到更高的帶寬，并使用同一臺交換器傳輸需要更高速度的串流視訊或信息娛樂(lè )數據。
因應上述的需求，Microchip近期也推出了通過(guò)汽車(chē)認證的LAN8670/1/2系列10BASE-T1S以太網(wǎng)組件，如此便可將過(guò)往需要采用自己的通訊系統的低速設備，連接到汽車(chē)應用中的標準以太網(wǎng)系統。至于在開(kāi)發(fā)符合IEEE汽車(chē)規范的10BASE-T1S技術(shù)方面，Microchip則是主要的貢獻者之一，這項技術(shù)藉由將以太網(wǎng)的覆蓋范圍擴展到邊緣網(wǎng)絡(luò )的設備，進(jìn)而簡(jiǎn)化了系統設計。

 

圖二 : Microchip汽車(chē)業(yè)務(wù)部門(mén)企業(yè)副總裁Matthias Kaestner（source：Microchip）

極佳的安全性 確保車(chē)聯(lián)網(wǎng)信息不外漏
此外，以太網(wǎng)絡(luò )的另一個(gè)重要好處，是能夠在網(wǎng)絡(luò )中驗證參與者的身份，并加密流經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的信息。以太網(wǎng)一直用于各種類(lèi)型的通訊，是一種安全、業(yè)界熟知且經(jīng)過(guò)測試的系統，其他技術(shù)則必須開(kāi)發(fā)安全基礎設施，并且幾乎沒(méi)有全球生態(tài)系統的支持，可以用以尋找和解決最新發(fā)現的威脅。
為了強化車(chē)聯(lián)網(wǎng)的安全，Microchip的安全業(yè)務(wù)部門(mén)開(kāi)發(fā)并部署了專(zhuān)門(mén)針對汽車(chē)和非汽車(chē)應用的安全產(chǎn)品，稱(chēng)為CryptoAutomotive IC。
Matthias Kaestner指出，在這一領(lǐng)域，安全提供的配套細節就像設計電子設備一樣困難，Microchip在這兩個(gè)領(lǐng)域都擁有專(zhuān)業(yè)知識，并已開(kāi)發(fā)出防篡改的半導體產(chǎn)品來(lái)實(shí)現各種基于標準的安全協(xié)議。它們可用來(lái)驗證彼此通訊的組件，以確保這些組件屬于汽車(chē)。它們還可加密在網(wǎng)絡(luò )參與者之間傳輸的信息。

 
圖三 : 以太網(wǎng)絡(luò )的另一個(gè)重要好處，是能夠在網(wǎng)絡(luò )中驗證參與者的身份，并加密流經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的信息。

此外，Microchip還有安全的相關(guān)配套系統，協(xié)助客戶(hù)插入密鑰和信任證書(shū)，以確保這些加密組件的整個(gè)制造過(guò)程是安全的。這些配套系統可以防止任何客戶(hù)的密鑰在進(jìn)入汽車(chē)之前被截獲。
除了提供汽車(chē)以太網(wǎng)絡(luò )之外，Microchip也將其與PCIe和ASA結合形成解決方案，對此Matthias Kaestner解釋?zhuān)琍CIe和串行器/解串器（汽車(chē)ＳerDes）可以提供比以太網(wǎng)絡(luò )更高速的鏈接，所有這些技術(shù)都彼此互補。而Microchip在這些領(lǐng)域都擁有專(zhuān)業(yè)知識，可以協(xié)助客戶(hù)優(yōu)化其系統，將它們組合起來(lái)能夠實(shí)現最豐富的功能和最經(jīng)濟高效的解決方案。