汽車(chē)以太網(wǎng)絡(luò )應用POF骨干和攝像鏡頭鏈路

作者：時(shí)間：2014-02-08 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )

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1 介紹

車(chē)內信息娛樂(lè )系統設備的快速增長(cháng)以及先進(jìn)駕駛輔助系統ADAS(Advanced Driver Assistance Systems)的興起創(chuàng )造了汽車(chē)內部設備間更高效率的互連需求，通過(guò)優(yōu)于其他技術(shù)的優(yōu)勢，以太網(wǎng)是汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )的理想選擇。

塑料光纖(POF, Plastic Optical Fiber)，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)大家所熟知的傳送媒介，現在已經(jīng)可以提供千兆位的傳輸能力，使得它成為未來(lái)汽車(chē)以太網(wǎng)絡(luò )以及如攝像鏡頭點(diǎn)對點(diǎn)鏈路應用需求的完美解決方案。

2 汽車(chē)以太網(wǎng)絡(luò )

汽車(chē)已經(jīng)快速成為家庭的延伸，信息娛樂(lè )系統越來(lái)越成為新推出汽車(chē)中連接鄰近設備和其它車(chē)輛的基本設備，上網(wǎng)和汽車(chē)基礎設施也逐漸成為汽車(chē)配備的未來(lái)產(chǎn)業(yè)標準。

同樣地，駕駛輔助也是提供汽車(chē)安全視線(xiàn)無(wú)死角，避免交通意外傷亡的主要途徑，因為汽車(chē)和基礎設施在設計上可以達到這個(gè)目標而不會(huì )受到駕駛的錯誤或蓄意影響，ADAS將加入其他的被動(dòng)和主動(dòng)系統成為標準的汽車(chē)配備。

這些功能豐富的信息娛樂(lè )和駕駛輔助系統將大幅度提高通信帶寬的要求，并且增加汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )的復雜度，由于更復雜的汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )會(huì )影響可靠性和可維護性，信息娛樂(lè )系統和駕駛輔助系統的增加就創(chuàng )造了新網(wǎng)絡(luò )解決方案的需求，超越目前無(wú)法提供汽車(chē)間通信的點(diǎn)對點(diǎn)鏈路或環(huán)形拓撲結構。

2.1 以太網(wǎng)提供可擴展性和高靈活性

控制器局域網(wǎng)(CAN, Controller Area Network)總線(xiàn)是一個(gè)在過(guò)去30年雄霸車(chē)用電子架構的通信協(xié)議，目前已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足未來(lái)汽車(chē)架構的需求，另一方面，以太網(wǎng)則可以提供新一代車(chē)內網(wǎng)絡(luò )架構需要的可擴展性和靈活性。

對于大多數汽車(chē)OEM廠(chǎng)商，可擴展性是一項關(guān)鍵的功能，可以藉由平臺方式使用于多個(gè)汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)，這個(gè)可擴展性通過(guò)使用可以允許每部汽車(chē)分別進(jìn)行訂制的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)加以支持。

高靈活性同樣也是允許汽車(chē)OEM廠(chǎng)商提供用戶(hù)多個(gè)車(chē)款訂制而不需更改網(wǎng)絡(luò )的關(guān)鍵功能，網(wǎng)絡(luò )配置將自動(dòng)適配到車(chē)內配備的特定設備，汽車(chē)制造商不需特別為每個(gè)車(chē)型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )配置。

2.2 上下通信層的以太網(wǎng)應用

以太網(wǎng)可以做為標準化IP診斷接口的下通信層，由ISO 13400互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議診斷通信(DoIP, Diagnostic Communication over Internet Protocol)制訂，預料將由全球大多數汽車(chē)OEM廠(chǎng)商采用。這個(gè)基于和互聯(lián)網(wǎng)使用相同IP協(xié)議的接口可以簡(jiǎn)化汽車(chē)內系統的診斷，作為下層技術(shù)，以太網(wǎng)可以平順地和IP介接，這也是為何它目前普遍應用于互聯(lián)網(wǎng)連接網(wǎng)絡(luò )的原因之一。

以太網(wǎng)同時(shí)也帶來(lái)和其它上層協(xié)議的無(wú)縫連接，舉例來(lái)說(shuō)，它可以協(xié)助影音同步或及時(shí)信息的安全傳輸，而對于信息娛樂(lè )網(wǎng)絡(luò )非常重要的影音同步(AVB協(xié)議棧、IEEE 802.1 Qav、802.1 AS、1722)則可以確保汽車(chē)內不同屏幕和揚聲器間影音的同步。

同樣地，由精確時(shí)間協(xié)議棧(IEEE 1588v2和1722)成提供的及時(shí)信息非常重要，特別是對ADAS，可以確保信息可以到達目的地而沒(méi)有延遲，以滿(mǎn)足安全應用的要求。

2.3 分層架構的以太網(wǎng)骨干

所有主要汽車(chē)制造商都同意將汽車(chē)內分割成不同功能方塊的好處，在這個(gè)新的結構上，汽車(chē)將由數個(gè)不同領(lǐng)域的設備共同工作并分享信息，相關(guān)的例子如動(dòng)力系統、車(chē)體控制、傳輸和安全系統等。

在每個(gè)領(lǐng)域中，使用的連接形式將基于所需執行的功能以及各領(lǐng)域的需求，典型的跨領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò )將基于FlexRay、MOST、以太網(wǎng)(第一代基于BroadR-Reach)、CAN或LIN等。

為了滿(mǎn)足分層架構帶來(lái)的新需求，將需要一個(gè)寬帶網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行所有領(lǐng)域間的可靠通信，目前以太網(wǎng)看來(lái)可能是最好的選擇，然而，千兆位速度的最佳物理層尚在討論之中，基于POF的光學(xué)物理層可以提供1Gbps的帶寬需求，滿(mǎn)足目前和新一代系統的要求，同時(shí)帶來(lái)更低成本和更輕重量的優(yōu)勢。

圖1為目前使用的集中式架構，在這個(gè)架構中，單一中央閘道器(CGW, Central GateWay)提供了CAN連線(xiàn)、LIN連線(xiàn)、FlexRay連線(xiàn)以及MOST連線(xiàn)。

在分布式骨干架構中，汽車(chē)次系統被區分為可以擁有單一網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，如CAN或以太網(wǎng)的區域群組，也可混合使用各種技術(shù)。

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圖1：集中式架構

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圖2：具有可選冗余路徑的菊花鏈骨干

通過(guò)新基于領(lǐng)域的架構，創(chuàng )造了連接所有領(lǐng)域控制單元(DCU, Domain Control Unit)和每個(gè)領(lǐng)域間交換的骨干需求，雖然有數種骨干結構可以選擇，但看起來(lái)最有競爭性的是提供可選冗余路徑的菊花鏈骨干。

由于通過(guò)單一骨干連接所有領(lǐng)域，它的規模必須依照領(lǐng)域間數據移動(dòng)量的大小自動(dòng)調適，對于未來(lái)的預估顯示，ADAS和信息娛樂(lè )系統加上汽車(chē)內原有的每個(gè)領(lǐng)域，將需要1Gbps速度的骨干。

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