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打破坚冰以太网侵入汽车领域

发布时间:2019-08-17 21:51:34 编辑:笔名

  打破坚冰,以太侵入汽车领域

  自从特斯拉横空出世以后,智能汽车的概念为世人所普遍接受,汽车电子化大潮汹涌澎湃。从简单的燃油喷射到先进的发动机系统、驾驶员辅助系统、气囊、安全系统、信息娱乐系统、胎压监测系统以及后视镜、雷达等安全辅助系统,我们已经见证了车内电子系统的巨大变革。然而真正的联汽车需要的不仅仅是这些孤立的技术。要想汽车内部各个系统间的信息畅通传输,需要一种快速、可扩展、高适应能力和更具性价比的络协议标准。

  今天汽车中广泛应用的是络是CAN、LIN、FlexRay以及MOST,它们主要应用于车身电子和一些关键的安全性应用,如电动车窗/车门/车椅控制、电动雨刷、引擎控制、安全气囊控制等,这些应用的特点是需要传输的数据量较小,但要求非常高的实时性和可靠性。

  CAN现场总线的最大带宽只有12Mbps,随着越来越多的高清视频应用进入汽车,如ADAS(先进辅助驾驶系统)、360度全景泊车系统和蓝光DVD播放系统,汽车络必须支持从车头和车尾实时地向驾驶员前面显示面板传送720p以上高清视频

  ,这时候CAN总线带宽已经远远不够用了。这也是为什么当今汽车业界在发展MOST多媒体总线的背后原因。

  MOST总线的带宽是够了,它能提供的最大带宽是150Mbps,但MOST是共享总线,也就是多个设备共享这150Mbps带宽,当某个设备占用大带宽的时候,别的设备可能就没有资源了。例如,当后座乘客在看蓝光DVD影片时,驾驶员从ADAS看到的图像可能就会时断时续。此外,ADAS系统在车身周围都配有很多摄像头,现在这些摄像头都是模拟的,但现在有一个趋势是,这些模拟摄像头要全部转向数字摄像头,而且分辨率至少要达到720P。要传输这么高清晰度的数据信号,目前都是用压缩的方法做的,但压缩过以后还是需要30M带宽,可以想象如果不压缩的话,需要的带宽就更多了。这么多数字摄像头如果同时工作,MOST总线就已经满足不了需求。

  以太技术应用已久,遍布数据中心、运营商和企业级络,目前正在向汽车行业渗透,车载以太提供了一种扩展能力更强、更开放的架构。与MOST相比,以太采用的是星形连接架构,也就是每一个设备或每一条链路都可以专享100M的带宽,这样无论今后汽车内要增加什么高带宽应用,都不用担心总线带宽问题。更重要的是,以太使得客户只需使用单对非屏蔽双绞线就可以实现100Mbps带宽,从而为汽车市场提供了业界成本最低的高带宽连接解决方案。

  目前汽车中采用的FlexRay和MOST总线使用LVDS电缆来传送大带宽数据,但LVDS为了满足汽车对电磁辐射的要求,需要有很厚的屏蔽层,同时连接器也是非常的复杂和昂贵。博通的BroadR-Reach技术使得普通的非屏蔽双绞线就能够实现现在LVDS做到的事情,互连成本能降低80%,线缆重量减少30%,这可使得同样的燃油能跑更多的路,这一点对新兴的电动汽车来说特别具有意义。成本低廉的以太目前已经解决了此前汽车业内最担心的实时性、可靠性和安全性问题,未来很有希望成为汽车市场的一匹黑马。目前宝马汽车已经在2013年推出的X5中采用博通以太解决方案,其它汽车制造商也还在积极评估中。

  那么,为什么此前100Mbps以太没能进入汽车市场呢?“传统的100Mbps标准以太解决方案之所以进不了汽车市场,主要是因为它必须用两对或四对非屏蔽双绞线进行传输,物理层内部的工作频率要到200MHz左右,其电磁辐射量没有办法满足汽车对EMC的要求。”博通基础设施与络事业部汽车络产品线副总监Timothy Lau说,“现在的方案之所以能满足汽车对EMC的要求,主要是实现了两大改进:一是它支持用单对非屏蔽双绞线线就可以进行100M数据的传输。二是博通成功降低了物理层的工作频率,芯片内部的工作频率只需50M左右。”它除了可以满足汽车非常严格的EMC要求,而且还可以满足极高的温度要求,它的工作温度范围是军用级或汽车级的,达到-45℃到 125℃。Timothy Lau表示,这款产品甚至可以用在汽车引擎附近,而汽车引擎附近通常是汽车内温度最高的地方。

  整个汽车半导体市场呈非常快速的增长态势,在2009年的时候,这个市场还大约只有150亿美金,但预计到2015年,这个市场将膨胀到260亿美金。

  汽车对车载电子设备的需求在过去10年中翻了一番,而且除了数量上增加以外,复杂性也在不断增加。一个典型的例子是ADAS,其它典型例子包括:车内信息娱乐系统、蓝光DVD播放系统和高清显示应用。这些越来越复杂的车载系统需要的带宽也越来越多,对车内的互连系统提出了一个更苛刻的需求,要求的带宽也随之大幅增加。由于汽车智能化联化的趋势不可逆转,与IT互联行业一样,汽车行业另外一个发展趋势也是希望新的互联标准是开放性、兼容性的架构,这样他们可以很容易地把现有的应用嵌入到新的系统里去。在不增加成本的前提下,这些汽车厂商希望把车内的络统一简化,将目前车内的CAN、LIN、FlexRay络都统一到一个简单的、成本低的以太络上。

  Timothy Lau认为:“这是我们的远期目标,在此之前,我认为将是CAN、LIN和以太共存的状态。我们将在年内看到车用以太开始取代CAN。”但有鉴于汽车产业行动较为缓慢的特性,车用以太到底会在多快的时间内渗透到汽车,而且数量会有多少?仍是产业界所强烈质疑的问题;甚至汽车产业分析师们的意见也大不相同,对2020年车用以太节点数量的预测,从1.2亿到3亿都有。

  为了促进以太在汽车中的应用,博通和业界的一些业内厂商(如宝马、现代、路虎、NXP、飞思卡尔和哈曼)共同倡议建立了一个OPEN联盟,这个联盟的目的是促进新一代车内以太络系统的发展,同时推动以太解决方案在下一代汽车络内得到大规模的应用。除了上述提到的重要目标应用以外,汽车音响业也正在朝以太方向发展。OPEN联盟的哈曼就是专门做车载音响系统的,他们现在就在开发基于以太的音响系统。估计,在未来会有越来越多的汽车音响厂商加入到这个标准中来。

  以太是一种简单、成熟的开放标准,每一种基于以太的应用都极大地降低了拥有成本。在征服电信骨干络以后,从PAN到WAN,以太几乎可以说是无处不在了,现在它又要开始征服一个新堡垒——汽车。汽车行业的保守和封闭尽人皆知,但在互联的冲击下,在汽车智能化联化的潮流中,汽车厂商也不得不低下高傲的头颅,拥抱开放互联的标准。

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