【導(dǎo)讀】在汽車新四化（電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化）和軟件定義汽車的浪潮下，汽車正經(jīng)歷著一場(chǎng)深刻的架構(gòu)變革。曾經(jīng)的分布式架構(gòu)，已無法滿足日益復(fù)雜的汽車功能需求。汽車電子電氣正在朝著域架構(gòu)、跨域架構(gòu)和集中式架構(gòu)加速演進(jìn)。安富利密切關(guān)注汽車變革趨勢(shì)，攜手合作伙伴積極布局汽車相關(guān)的解決方案，助力客戶構(gòu)建下一代智能網(wǎng)聯(lián)汽車開發(fā)。
在汽車新四化（電動(dòng)化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化）和軟件定義汽車的浪潮下，汽車正經(jīng)歷著一場(chǎng)深刻的架構(gòu)變革。曾經(jīng)的分布式架構(gòu)，已無法滿足日益復(fù)雜的汽車功能需求。汽車電子電氣正在朝著域架構(gòu)、跨域架構(gòu)和集中式架構(gòu)加速演進(jìn)。安富利密切關(guān)注汽車變革趨勢(shì)，攜手合作伙伴積極布局汽車相關(guān)的解決方案，助力客戶構(gòu)建下一代智能網(wǎng)聯(lián)汽車開發(fā)。
汽車架構(gòu)演進(jìn)背后的驅(qū)動(dòng)力，是車內(nèi)電子控制單元（ECU）數(shù)量的指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。從平均20-30個(gè)，飆升至100多個(gè)，甚至數(shù)百個(gè)。龐大的ECU數(shù)量，對(duì)車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：數(shù)據(jù)傳輸速度慢、延遲高、可靠性差，嚴(yán)重制約了汽車功能的升級(jí)和發(fā)展。麥肯錫的一項(xiàng)研究表明，超過一半的汽車客戶（64%）愿意更換汽車制造商以獲得更好的自動(dòng)駕駛能力。預(yù)計(jì)到2030年，95%的售出新車將實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。
為了應(yīng)對(duì)這些需求和挑戰(zhàn)，車載網(wǎng)絡(luò)也必須升級(jí)換代。據(jù)億歐智庫(kù)《2023中國(guó)智能電動(dòng)汽車車載通信研究報(bào)告》所示，目前車載總線通信正逐步由“CAN總線為主、其他總線為輔”的分布式架構(gòu)，向“以太網(wǎng)為主、CAN及其他總線為輔”的域集中式架構(gòu)轉(zhuǎn)變。
目前的車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：CAN總線為主
車載網(wǎng)絡(luò)（IVN）是現(xiàn)代汽車的命脈，為其多功能性提供關(guān)鍵支撐。它負(fù)責(zé)傳輸各種數(shù)據(jù)流，支持高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、信息娛樂系統(tǒng)、攝像頭、車輛間通信系統(tǒng)以及無線電波雷達(dá)和光檢測(cè)激光雷達(dá)等遙感技術(shù)，使汽車能夠感知環(huán)境、輔助駕駛并提供豐富的娛樂功能。
目前，車載網(wǎng)絡(luò)主要采用CAN、LIN、FlexRay、MOST、LVDS和車載以太網(wǎng)等多種總線技術(shù)。其中，CAN總線憑借其低成本、可靠性和易于實(shí)施等優(yōu)點(diǎn)，成為目前應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，廣泛應(yīng)用于車身控制、動(dòng)力系統(tǒng)管理、底盤控制等領(lǐng)域。LIN總線則是一種低成本的通用串行總線，常用于車門、天窗、座椅控制等方面，為CAN總線提供輔助功能。
然而，隨著汽車電子產(chǎn)品數(shù)量的激增和功能的不斷升級(jí)，CAN總線技術(shù)由于其半雙工通信模式和有限的傳輸速率，已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代汽車網(wǎng)絡(luò)對(duì)高速、實(shí)時(shí)、雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。此外，傳統(tǒng)總線的復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和冗余的協(xié)議層也使得車輛線束變得越來越龐大。一些車輛線束的長(zhǎng)度達(dá)到2.5英里，一般汽車中長(zhǎng)達(dá)數(shù)英里的銅線重達(dá)132磅（60公斤）。對(duì)于電動(dòng)汽車來說，線束重量直接影響其行駛里程，因此減少車輛布線顯得尤為重要。
汽車行業(yè)需要替代“老化”的CAN協(xié)議了。作為各類總線中傳輸速率最快的通信解決方案，汽車以太網(wǎng)憑借其高帶寬、輕量化線束和高成本效益，或?qū)⒊蔀檐囕d網(wǎng)絡(luò)的重要通信技術(shù)。
取代CAN總線？10BASE-T1S成為車載網(wǎng)絡(luò)的趨勢(shì)
當(dāng)今，隨著汽車逐漸向區(qū)域性電子電氣（E/E）架構(gòu)發(fā)展，勢(shì)必要將汽車以太網(wǎng)連接到邊緣傳感器和執(zhí)行器。以太網(wǎng)應(yīng)用有望從智能座艙等局部應(yīng)用擴(kuò)展到最終成為車載通信的骨干。
單對(duì)10BASE-T1S以太網(wǎng)正在成為車載網(wǎng)絡(luò)的理想選擇。10BASE-T1S于2019年獲得批準(zhǔn)，是IEEE旗下最新的汽車規(guī)范之一，具體來說，“10”代表最大傳輸速度（10Mb/s），“BASE”指基帶信令，“T1”表示單雙絞線布線。該規(guī)范旨在提供一種多點(diǎn)傳輸介質(zhì)，可以在25米或更遠(yuǎn)的距離上處理至少8個(gè)收發(fā)器節(jié)點(diǎn)或設(shè)備?！癝”表示短長(zhǎng)度或短范圍。
單對(duì)以太網(wǎng)IEEE 802.3cg規(guī)范提供長(zhǎng)距離（10BASE-T1L）和短距離（10BASE-T1S）（來源onsemi）
與其他汽車規(guī)范所使用的脈沖幅度調(diào)制（PAM）信號(hào)相比，10BASE-T1S使用差分曼徹斯特編碼（DME）來降低復(fù)雜性和成本。10BASE-T1S提供比CAN-FD更快的通信速度，并且有機(jī)會(huì)省掉CAN和FlexRay等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。10BASE-T1S啟用“全以太網(wǎng)”IVN方法來支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)和多點(diǎn)傳輸。其多點(diǎn)功能適用于長(zhǎng)達(dá)25米的通道，最多能夠支持8個(gè)節(jié)點(diǎn)。
10BASE-T1S大大簡(jiǎn)化了對(duì)各類傳感器和執(zhí)行器的連接，從座椅舒適控制到ADAS盲點(diǎn)檢測(cè)等各種設(shè)備，每個(gè)節(jié)點(diǎn)只需一個(gè)PHY（物理層接口）即可。這樣做的好處是，它不需要網(wǎng)關(guān)將CAN或CAN-FD轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)，從而減輕了重量并降低了材料成本。而且，10BASE-T1S的運(yùn)行速度比控制器局域網(wǎng)（CAN）拓?fù)淇?到3倍，與CAN的2Mbps和CAN-FD的5Mbps相比，10BASE-T1S可達(dá)到10Mbps。
此外，它還受益于使用與100/1000BASE-T1以太網(wǎng)相同的軟件堆棧。除了不同的PHY之外，兩者之間不需要額外的網(wǎng)關(guān)。隨著軟件定義車輛（SDV）架構(gòu)的出現(xiàn)，以太網(wǎng)的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是它無需通過網(wǎng)關(guān)來進(jìn)行固件更新，從而簡(jiǎn)化了軟件管理。
結(jié)語
10BASE-T1S的推出，意味著汽車制造商在CAN/CAN-FD之后有了一個(gè)新的標(biāo)準(zhǔn)可以適應(yīng)。安富利正攜手長(zhǎng)期合作伙伴安森美公司共同推動(dòng)10BASE-T1S技術(shù)的普及應(yīng)用。安森美將于今年推出支持汽車10BASE-T1S技術(shù)的NCV7311和NVN7410系列芯片，為客戶提供全面、可靠的車載網(wǎng)絡(luò)解決方案。這些MAC和PHY收發(fā)器器件將推動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，共創(chuàng)智能網(wǎng)聯(lián)新未來。
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