正在迫近的新型車(chē)載網(wǎng)絡(luò )

技術(shù)發(fā)展的要求使得將來(lái)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )的架構是由高度集成的域控制器來(lái)構建，這些域控制器由高速的系統總線(xiàn)互聯(lián)。業(yè)界的趨勢顯示以太網(wǎng)將取代CAN成為骨干網(wǎng)。FlexRay、CAN、LIN將繼續在子網(wǎng)絡(luò )中將智能節點(diǎn)連接在一起。這種高度互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò )架構需要強大的域控制器。

圖1顯示了一個(gè)典型的由若干域控制器(DomainController)組成的車(chē)載網(wǎng)絡(luò )結構。該車(chē)載網(wǎng)絡(luò )以高速以太網(wǎng)作為骨干，將四個(gè)核心域控制器(動(dòng)力總成、車(chē)身及舒適系統、底盤(pán)系統、信息娛樂(lè ))連接在一起。每個(gè)域控制器在實(shí)現專(zhuān)用的控制功能的同時(shí)，還提供強大的網(wǎng)關(guān)功能。這種基于域控制器的架構終于徹底顛覆了傳統的車(chē)載網(wǎng)絡(luò )中ECU到ECU的點(diǎn)到點(diǎn)通信方式。如在車(chē)身及舒適系統域內部，各部件通過(guò)CAN、LIN溝通。在需要與其他域交換信息時(shí)則經(jīng)由網(wǎng)關(guān)、以太網(wǎng)路由。這些域控制器不僅需要強大的實(shí)時(shí)處理能力，還必須同時(shí)擁有豐富的通信接口。

高速車(chē)載網(wǎng)絡(luò )的技術(shù)趨勢

新的諸如基于視頻的泊車(chē)、車(chē)內電視及駕駛輔助系統等應用需要大量的程序及數據空間。例如一個(gè)高端車(chē)系列已經(jīng)具有了超過(guò)1GM的嵌入式存儲空間分布在超過(guò)100個(gè)ECU中。隨著(zhù)ECU的數量以及嵌入式存儲器容量的增大，網(wǎng)絡(luò )的帶寬也需要隨之增大許多。以下列舉三個(gè)突出的技術(shù)發(fā)展要求。

以太網(wǎng)

隨著(zhù)數據容量、嵌入式存儲器和域控制器架構的發(fā)展，車(chē)上需要新的高速互聯(lián)接口。由于已廣泛使用，以太網(wǎng)是一個(gè)明顯的選擇并已經(jīng)在量產(chǎn)的車(chē)上采用。起初，以太網(wǎng)用作高性能的網(wǎng)絡(luò )診斷，或者在車(chē)廠(chǎng)或維護中心用于軟件下載。隨著(zhù)更多OEM開(kāi)始使用，就產(chǎn)生了相應的ISO/SAE標準，將以太網(wǎng)用作診斷OBD接口?，F在以太網(wǎng)已經(jīng)在環(huán)視系統中采用了。這也在很大程度上歸功于低成本而又滿(mǎn)足EMI性能的非屏蔽雙絞線(xiàn)的采用。以太網(wǎng)用作車(chē)載骨干網(wǎng)是很適合的，主要原因是：

●增加了帶寬選擇；

●在保持低EMI條件下采用低成本的非屏蔽雙絞線(xiàn)；

●以太網(wǎng)是技術(shù)及市場(chǎng)成熟的網(wǎng)絡(luò )架構；

●已經(jīng)有很多有經(jīng)驗的技術(shù)開(kāi)發(fā)者；

●容易與消費電子集成；

●有許多供應商提供軟件和硬件；

●有許多低成本甚至免費的工具。

對高速并可擴展帶寬的需求是采用以太網(wǎng)的重要動(dòng)因。在非汽車(chē)應用中1GB甚至10GB帶寬的應用已屬平常，汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )的帶寬相對滯后了。

以太網(wǎng)另一個(gè)強勁的優(yōu)勢在于其生態(tài)系統，已經(jīng)有大量成熟的開(kāi)發(fā)人員、軟件、工具、供應商和實(shí)際應用的經(jīng)驗供汽車(chē)上的應用采納和參考。再加上以太網(wǎng)已經(jīng)在一些車(chē)型上開(kāi)始量產(chǎn)使用，可以預見(jiàn)將來(lái)用量會(huì )激增并成為域控制器之間互聯(lián)使用的車(chē)載骨干網(wǎng)。ENET從技術(shù)上也已經(jīng)完全支持音視頻橋接(AVB)標準，滿(mǎn)足AVB的業(yè)務(wù)質(zhì)量需求。AVB中的網(wǎng)絡(luò )多線(xiàn)程能夠將不同的通信類(lèi)型在硬件上獨立開(kāi)，使得軟件驅動(dòng)更加有效，從而顯著(zhù)降低CPU的負載。網(wǎng)絡(luò )多線(xiàn)程和流量成型技術(shù)還能夠容易地將不同的通信任務(wù)分離，以保證高優(yōu)先級的數據總是得到及時(shí)傳送。例如在一個(gè)域控制器中將車(chē)身控制和網(wǎng)關(guān)的功能集成在一起。車(chē)身及網(wǎng)關(guān)的數據可以通過(guò)分解通信多任務(wù)來(lái)共享同一個(gè)MAC。這有助于最重要的任務(wù)(如網(wǎng)關(guān))總是能夠得到足夠的網(wǎng)絡(luò )帶寬。

CANFD及其它通信接口

將來(lái)MCU中的Flash的容量顯著(zhù)增大，這導致量產(chǎn)時(shí)燒寫(xiě)和維護的時(shí)間相應延長(cháng)，從而增加成本。同時(shí)更加復雜的ECU之間的通信數據量也會(huì )增加。這些都需要顯存網(wǎng)絡(luò )的帶寬增大。此外，由于診斷和骨干網(wǎng)采用了高速的以太網(wǎng)，那么相應地需要現有CAN2.0網(wǎng)絡(luò )的帶寬也要增加，即在保護業(yè)界已有投資的同時(shí)也能適應高速網(wǎng)的需要。這就催生了CANFD(ISO11898-7)協(xié)議：靈活速率的CAN。CANFD允許波特率達到8MB/s，每幀的凈荷達64字節。當CANFD采用大凈荷配置時(shí)，其速率可達CAN2.0的6倍。

智能及高集成度的執行器和傳感器通過(guò)各自的網(wǎng)絡(luò )交換信息。許多車(chē)身電子節點(diǎn)通過(guò)CAN或LIN通信。通信延時(shí)、帶寬及成本都是影響選定特定接口的因素。除CAN、LIN之外，在動(dòng)力總成和底盤(pán)安全系統中SENT和PSI5接口也在不斷增加業(yè)界的興趣，能為將來(lái)的網(wǎng)絡(luò )降低成本。例如PSI5與LIN相比將3線(xiàn)通信降為2線(xiàn)通信。盡管有很多新的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議會(huì )在車(chē)載網(wǎng)絡(luò )通信中采用，CAN、LIN節點(diǎn)的數目仍然會(huì )顯著(zhù)增加。據StrategyAnalytics預測，到2018年LIN節點(diǎn)會(huì )超過(guò)10億個(gè)，而CAN節點(diǎn)會(huì )超過(guò)20億個(gè)。而每部車(chē)的LIN節點(diǎn)數約為10個(gè)，CAN節點(diǎn)數約為20個(gè)。LIN節點(diǎn)的年復合增長(cháng)率會(huì )明顯高過(guò)CAN，達到13%。

整車(chē)軟件刷新(Vehicle Reflashing)

整車(chē)應用軟件的刷新及重新編程是汽車(chē)電子的一個(gè)前沿方向。傳統車(chē)上軟件的刷新需要在嚴格管理的車(chē)廠(chǎng)或者是在例行的維護條件下進(jìn)行。而將來(lái)整車(chē)軟件刷新將擴展到諸如提高用戶(hù)的便利性、無(wú)線(xiàn)軟件升級等方面?，F代汽車(chē)上可能具有達到50MB的嵌入式Flash分布在很多MCU上(這還不包括信息娛樂(lè )系統或多媒體系統)。OEM希望有安全、保密、方便、可靠的方式來(lái)更新軟件。面對的技術(shù)挑戰可能有：

●安全性：新的軟件不能造成任何系統誤操作；能夠恢復到先前可靠的軟件版本；