以太網(wǎng)上汽車(chē)，確保實(shí)時(shí)性和故障安全性（下）

提出用于控制系統的標準

　　Ethernet AVB的現行標準雖然可用于信息系統，但要想用于控制系統在實(shí)時(shí)性和故障安全方面“有難度”（豐田）。因此，打算通過(guò)預定2014年以后完成制定的新一代標準加以改善（圖8）。

圖8：以用于控制系統為目標制定新一代標準
Ethernet AVB的新一代標準的目標是，確?？捎糜诳刂葡到y的延遲時(shí)間及可靠性等。例如，考慮使延遲時(shí)間在7跳點(diǎn)時(shí)為100μs以下。

　　例如，豐田與瑞薩電子以及AVnu聯(lián)盟的主要企業(yè)博通于2011年春共同將面向車(chē)載用途的要素匯總成白皮書(shū)提交給了AVnu聯(lián)盟。

　　該白皮書(shū)對延遲時(shí)間提出了3跳點(diǎn)、100μs以下的條件。白皮書(shū)的內容中，關(guān)于實(shí)時(shí)性已向IEEE802.1提案完畢，可作為“IEEE802.1Qbv”滿(mǎn)足控制系統條件的技術(shù)已開(kāi)始實(shí)現標準化。目前正以實(shí)現“7跳點(diǎn)、100μs以下”（瑞薩電子）而非3跳點(diǎn)、100μs以下為目標進(jìn)行討論注2）。

　　注2） IEEE802.1Qbv預定在完成標準制定后成為Ethernet AVB的規格群之一。

　　另外，Ethernet AVB的現行標準中“沒(méi)有故障安全相關(guān)的規定”（瑞薩電子）。因此，首先計劃加進(jìn)針對故障安全的條件。比如，瑞薩提出了在7跳點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )中，當一個(gè)路徑或一個(gè)端口發(fā)生故障時(shí)，在70ms以?xún)然謴偷哪繕?。據豐田介紹，在白皮書(shū)中，寶馬對故障安全，GM對實(shí)時(shí)性表示了關(guān)心。

在物理層實(shí)現成本削減和高速化

　　在擴大車(chē)載用途的應用所面臨的課題中，通過(guò)物理層解決導入成本和數據傳輸速度課題的動(dòng)向日益活躍。

　　導入成本中，線(xiàn)纜成本的削減成為焦點(diǎn)之一。目前的OBD用途是在汽車(chē)處于停止狀態(tài)下與外部個(gè)人電腦連接進(jìn)行故障診斷。此時(shí)采用像“5類(lèi)雙絞線(xiàn)（Category 5）”那樣廣泛普及的低價(jià)以太網(wǎng)線(xiàn)纜。

　　而汽車(chē)的攝像頭系統、影像傳輸系統、控制系統及主干網(wǎng)在汽車(chē)運行中也利用以太網(wǎng)，因此必須在車(chē)內布線(xiàn)。此時(shí)，“輻射電磁噪聲之大是利用以往的以太網(wǎng)傳輸技術(shù)時(shí)想象不到的”（某汽車(chē)廠(chǎng)商），所以需要使用屏蔽線(xiàn)。這樣的話(huà)，“不但成本上升，線(xiàn)纜也會(huì )變粗，由此導致安裝空間和重量增加，不適合使用”（多家汽車(chē)廠(chǎng)商和電裝品廠(chǎng)商）。因此，需要利用無(wú)屏蔽雙絞線(xiàn)（UTP：unshielded twisted pair）傳輸數據。

利用1對UTP實(shí)現100Mbit/秒速度

　　為解決上述線(xiàn)纜課題，從事物理層LSI的企業(yè)推進(jìn)了開(kāi)發(fā)。比如博通、美國邁威爾、美國麥瑞等。其中，先行一步的是博通。

　　博通稱(chēng)，利用面向車(chē)載以太網(wǎng)開(kāi)發(fā)的數據傳輸技術(shù)“BroadR-Reach”，在車(chē)載用途要求的數十m的傳輸距離中，能以1對UTP實(shí)現100Mbit/秒的速度。不但無(wú)需屏蔽，在實(shí)現100Mbit/秒的數據傳輸速度的同時(shí)，與普通的“100Base-TX”的2對信號線(xiàn)相比還能削減布線(xiàn)，因此得到了汽車(chē)行業(yè)的關(guān)注。

　　BroadR-Reach之所以能利用1對UTP實(shí)現100Mbit/秒的傳輸速度，是因為在改變符號率之上，部分沿用了1Gbit/秒的“1000Base-T”的技術(shù)。

　　100Base-TX和1000Base-T的符號率為125MSymbol/秒，而B(niǎo)roadR-Reach約為66.7MSymbol/秒（表2）。這是為了避免傳輸路徑產(chǎn)生的電磁噪聲頻率與收音機廣播頻帶的干擾。這樣就無(wú)需屏蔽了。

　　BroadR-Reach在實(shí)現100Mbit/秒的傳輸速度的同時(shí)，通信方式利用全雙工方式，調制方式利用PAM（Pulse Amplitude Modulation：脈沖振幅調制），通過(guò)應用1000Base-T技術(shù)，削減了信號線(xiàn)。

　　不僅是數據信號線(xiàn)，還削減了電源線(xiàn)，利用1對UTP可在傳輸數據的同時(shí)供電?，F已可以利用1對線(xiàn)纜供給5W左右的電力。能夠驅動(dòng)一個(gè)攝像頭模塊。

加盟企業(yè)超過(guò)50家

　　BroadR-Reach本來(lái)是“面向酒店等的網(wǎng)絡(luò )系統開(kāi)發(fā)的，而不是車(chē)載用途”（熟悉車(chē)載以太網(wǎng)的某技術(shù)人員）。數年前，因輻射的電磁噪聲小等原因，寶馬開(kāi)始導入該技術(shù)。

　　之后，寶馬從采購的立場(chǎng)出發(fā)希望除博通外還能有其他供貨支持BroadR-Reach的物理層LSI的企業(yè)，于是提議開(kāi)發(fā)過(guò)CAN和FlexRay的物理層LSI的荷蘭恩智浦半導體開(kāi)發(fā)支持BroadR-Reach的物理層LSI。

　　因此，寶馬、博通和恩智浦等作為主導的“Promoter”，于2011年11月成立了普及促進(jìn)團體OPEN Alliance SIG注3）。

　　注3） OPEN Alliance SIG除了推進(jìn)以BroadR-Reach為基礎的物理層應用和確保相互連接性之外，還進(jìn)行旨在制定標準等的討論，目標是使其標準在IEEE實(shí)現標準化。另外，利用BroadR-Reach相關(guān)的授權費條件等需要與博通單獨簽約。

　　在OPEN Alliance SIG設立之初只有數家的成員企業(yè)到2012年6月已經(jīng)超過(guò)了50家。雖然此前一直以歐美企業(yè)為中心，不過(guò)現在瑞薩電子也作為Promoter加盟，2012年5月以后，本田及電裝也加入其中，日本企業(yè)在不斷增加注4）。

　　注4） 豐田本著(zhù)廣泛采集優(yōu)秀技術(shù)的方針，目前還未加盟AVnu聯(lián)盟和OPEN Alliance SIG。

　　在加盟企業(yè)增加的同時(shí)，各企業(yè)還在推進(jìn)支持產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)（圖9）。支持BroadR-Reach的物理層LSI方面，博通已經(jīng)開(kāi)始樣品供貨。而作為第二供應商，恩智浦以2014年初實(shí)現量產(chǎn)為目標，目前正在開(kāi)發(fā)物理層LSI。

圖9：利用BroadR-Reach的提案接連出現
OPEN Alliance SIG的成員企業(yè)相繼提出利用BroadR-Reach的方案。例如，飛思卡爾半導體采用配備該公司BroadR-Reach MCU的攝像頭模塊試制了系統（a）。大陸公司利用BroadR-Reach構筑了車(chē)載網(wǎng)絡(luò )系統（b）。照片均為“ESEC”上的演示。

以業(yè)績(jì)?yōu)槲淦魍七M(jìn)普及

　　與BroadR-Reach對抗的，是面向OBD用途開(kāi)發(fā)物理層LSI的邁威爾和麥瑞。兩公司均計劃以在OBD用途的業(yè)績(jì)?yōu)槲淦?，擴大在攝像頭系統和信息系統中的應用。麥瑞半導體日本自信地表示，“以歐洲車(chē)廠(chǎng)商為中心，在OBD用途已經(jīng)供貨了數百萬(wàn)個(gè)產(chǎn)品”。

　　另外，雙方還強調，以IEEE標準的以太網(wǎng)為基礎也是一大特點(diǎn)。邁威爾和麥瑞均表示，“因為是標準品，所以?xún)r(jià)格低”。

　　為了從OBD用途擴大到信息系統等更加廣泛的用途，邁威爾和麥瑞紛紛致力于可利用UTP實(shí)現100Mbit/秒數據傳輸的物理層LSI的開(kāi)發(fā)。例如，麥瑞以2012年內實(shí)現產(chǎn)品化為目標。邁威爾也已經(jīng)完成試制，“正由某大型供應商進(jìn)行評測”（該公司）。

探討1Gbit/秒傳輸速度

　　要想普及車(chē)載以太網(wǎng)，還需要提高物理層的數據傳輸速度。目的是應對信息系統用途的數據容量增大，以及實(shí)現在車(chē)載LAN主干網(wǎng)的利用。首要目標是制定1Gbit/秒的標準。消費類(lèi)產(chǎn)品使用的1000Base-T利用4對信號線(xiàn)實(shí)現1Gbit/秒的傳輸速度。直接將4對信號線(xiàn)用于汽車(chē)在成本和安裝空間方面都比較難。

　　因此，IEEE802.3的工作組正在討論能夠以4對以下的信號線(xiàn)實(shí)現1Gbit/秒傳輸速度的技術(shù)標準。那就是2012年3月成立的RTPGE Study Group。除了從事物理層LSI開(kāi)發(fā)的博通、恩智浦、邁威爾及麥瑞等公司外，大型汽車(chē)廠(chǎng)商也加入了該工作組。

　　估計最早將在2014～2015年之前確定該標準。至少在連接器、線(xiàn)纜及電磁噪聲對策方面需要比100Mbit/秒的技術(shù)進(jìn)行大幅改善。MAC層也“需要大幅改變”（恩智浦）。

　　在為擴大車(chē)載用途的應用而解決以太網(wǎng)物理層和數據鏈路層課題的過(guò)程中，還出現了旨在提高車(chē)載以太網(wǎng)時(shí)代安全功能的動(dòng)向以及開(kāi)發(fā)中間件的舉措。

　　提高安全功能是因為，在利用以太網(wǎng)與外部產(chǎn)品輕松聯(lián)動(dòng)的同時(shí)，遭到非法訪(fǎng)問(wèn)的危險性也提高了。例如，由德國政府出資的項目SEIS（Security in Embedded IP-based Systems）除了IP車(chē)載網(wǎng)絡(luò )的安全功能外，還包括中間件等的要求事項，目標是用于汽車(chē)軟件標準平臺規格“AUTOSAR”注5）。

　　注5） SEIS的時(shí)間為2009年7月～2012年6月。

　　日本方面，行業(yè)團體JASPAR內也于2012年4月成立了面向車(chē)載以太網(wǎng)應用的工作組。除安全功能和中間件外，還討論了物理層和開(kāi)發(fā)環(huán)境等要素。

　　除此之外，還開(kāi)始進(jìn)行支持車(chē)載以太網(wǎng)的中間件開(kāi)發(fā)及標準制定。例如，在A(yíng)UTOSAR規格中，最新標準“Release 4.0”支持以太網(wǎng)和TCP/IP等。由汽車(chē)廠(chǎng)商等成立的車(chē)載信息產(chǎn)品行業(yè)團體“GENIVI聯(lián)盟”也在制定信息系統的中間件?！?/P>