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來(lái)源：AVNET 軟件定義式汽車(chē)正迅速成為現實(shí)，工程師持續探索車(chē)用網(wǎng)絡(luò )的急劇崛起及其發(fā)展趨勢，以滿(mǎn)足汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的需求。 過(guò)去 40 年來(lái)，汽車(chē)的設計發(fā)生了驚人的巨變。從一開(kāi)始的動(dòng)力轉向和防死鎖煞車(chē)等機械方面的強化，到后面電子控制和儀表的進(jìn)化。 現代汽車(chē)或許仍遵照著(zhù)汽車(chē)發(fā)明人 Henry Ford 的設計原意，只是運作方式已然截然不同�，F代汽車(chē)成了互連電子系統的平臺，且隨著(zhù)電池電動(dòng)車(chē)和全自動(dòng)駕駛功能的成長(cháng)，帶動(dòng)這股趨勢持續加速。 自 70 年代中期以來(lái)，電子控制單元 (ECU) 一直是非常重要的車(chē)輛功能，作用是讓引擎燃油的噴射和正時(shí)達到優(yōu)化管理，后來(lái)電子系統融入到更多車(chē)輛功能之中，從變速箱到舒適控制，從懸吊到循跡防滑控制。于是，ECU 的數量大幅增加。最初，每個(gè) ECU 只執行單一功能，很少或根本不會(huì )互動(dòng)。 當部分車(chē)款中的 ECU 數量達到 150 個(gè)以上時(shí)，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)就開(kāi)始在接下來(lái)的二十年里將這些整合到車(chē)身與傳動(dòng)系統等領(lǐng)域。傳感器的使用數量和不同功能之間的互動(dòng)的增加，指出了改善車(chē)內網(wǎng)絡(luò )的需求。 車(chē)內網(wǎng)絡(luò )不斷進(jìn)化，以管理日益增加的電子功能。 車(chē)內網(wǎng)絡(luò )的進(jìn)化 ECU、傳感器和致動(dòng)器之間在業(yè)界中已有標準連接方式。90 年代中期，汽車(chē)工程師協(xié)會(huì ) (SAE) 便制定了 ECU 互連的 J1939 規格。此標準導入了訊息式的控制器局域網(wǎng)絡(luò ) (CAN) 通訊協(xié)議，幾十年來(lái)一直使用在高速車(chē)用網(wǎng)絡(luò )上。搭配 CAN 的其他傳統式低速序列總線(xiàn)和多點(diǎn)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議 (例如 FlexRay、媒體導向系統傳輸 (MOST) 和區域互連網(wǎng)絡(luò ) (LIN)) 成為了關(guān)注的焦點(diǎn)，而汽車(chē) E/E (電氣/電子) 架構工程師仍在不斷努力，以滿(mǎn)足高速網(wǎng)絡(luò )的需求。 CAN 一開(kāi)始推出時(shí)，最大數據傳輸速率僅 150 kb/s。后來(lái)經(jīng)過(guò)不斷改善，推出了 10 Mb/s CAN-FD (彈性數據率) 通訊協(xié)議。最近通過(guò)核準的 CAN XL 通訊協(xié)議更將帶寬擴展至 20 Mb/s。 即使數據傳輸速率已經(jīng)加倍，先進(jìn)駕駛輔助系統等技術(shù)仍需要更高的速度。在安全性和保全功能方面，視覺(jué)型傳感器、前置毫米波雷達和 LiDAR 變得非常受歡迎。熱門(mén)的有像是車(chē)道偏離警告、緊急煞車(chē)和適應性巡航控制，它們都需要超高可靠度、高帶寬、低延遲的網(wǎng)絡(luò )，以維持高效率的運作。 以太網(wǎng)絡(luò )為最主要的 IP 型企業(yè)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議，已受到汽車(chē)應用的采用。以太網(wǎng)絡(luò )和汽車(chē)以太網(wǎng)絡(luò ) (100Base-T1、1000Base-T1 和 10Base-T1S – 10 Mb/s 至 1 Gb/s) 之間本質(zhì)上的差異在于物理層，其優(yōu)點(diǎn)是單屏蔽或無(wú)屏蔽雙絞線(xiàn)的成本更低、更輕巧、重量更輕。這種以太網(wǎng)絡(luò )方法稱(chēng)為單對以太網(wǎng)絡(luò ) (SPE)，這是一種實(shí)體媒體接口，在工業(yè)自動(dòng)化等其他市場(chǎng)領(lǐng)域也快速獲得采用。 但電子系統越多，仍然需要更多的銅線(xiàn)。要互連 ECU、傳感器、致動(dòng)器和信息娛樂(lè )的人機接口，需要靠重型織機，這為汽車(chē) E/E 業(yè)界的高階主管帶來(lái)了挑戰。 纜線(xiàn)和系統的額外重量是一項重大挑戰，尤其是對電池電動(dòng)車(chē)來(lái)說(shuō)，重量決定了行駛里程。線(xiàn)束越來(lái)越重、體積不斷增加，設計和安裝也越來(lái)越復雜。因此，汽車(chē)工程師必須要將平臺從領(lǐng)域型方法改成區域架構。 從以領(lǐng)域為中心的方法到完全的區域型架構 隨著(zhù)對互連系統的相互依賴(lài)性日益提升，一車(chē)一服務(wù)器或網(wǎng)關(guān)的形式越來(lái)越受青睞。因此，軟件定義式汽車(chē)正迅速成為現實(shí)。 領(lǐng)域布線(xiàn)方法使用高成本、冗長(cháng)且笨重的線(xiàn)束，區域系統則使用備援以太網(wǎng)絡(luò )骨干來(lái)服務(wù)每個(gè)區域，同時(shí)連接所有主要車(chē)輛功能。 
Engineers are removing chaotic domain wiring and replacing it with a central server and a zonal architecture. (Source: NXP) 將多個(gè) ECU 功能聚合到中央服務(wù)器，并將特定的邊緣任務(wù) (車(chē)窗控制等) 卸除或委派至區域控制器 (全部與汽車(chē)以太網(wǎng)絡(luò )骨干連接)，除了減輕重量，也能降低復雜性。透過(guò)這種方法，還能將部分汽車(chē)功能轉換成軟件服務(wù)，往全自動(dòng)駕駛車(chē)所要求的目標，實(shí)現軟件定義汽車(chē)邁進(jìn)。 除了汽車(chē)以太網(wǎng)絡(luò )的物理層優(yōu)勢，此通訊協(xié)議還導入了一些最初針對工業(yè)應用所開(kāi)發(fā)的理想功能和最新強化。其中值得注意的是時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò ) (TSN)，其提供了確定性網(wǎng)絡(luò )行為，這對安全關(guān)鍵功能來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。 毫無(wú)疑問(wèn)，以太網(wǎng)絡(luò )終將取代 CAN。但目前來(lái)說(shuō)，汽車(chē)產(chǎn)業(yè)仍會(huì )繼續部署 CAN 和其他速度較慢的網(wǎng)絡(luò )。畢竟 CAN 還是適合眾多應用，而以太網(wǎng)絡(luò )至今仍成本太高，且過(guò)于復雜，難以取代 CAN。 除了以太網(wǎng)絡(luò )協(xié)議在車(chē)用網(wǎng)絡(luò )中崛起，對高速應用專(zhuān)屬接口通訊協(xié)議的需求也為新標準帶來(lái)了機會(huì )。其中一例便是行動(dòng)工業(yè)處理器接口 (MIPI) A-PHY，這是一種非對稱(chēng)的點(diǎn)對點(diǎn)或菊鏈界面通訊協(xié)議，用一根無(wú)屏蔽雙絞線(xiàn) (UTP) 纜線(xiàn)便能提供高達 16 Gb/s 的超高速單向數據鏈路和供電。MIPI A-PHY 是唯一原生支持 MIPI CSI-2 攝影機和 DSI-2 顯示接口的汽車(chē)接口，非常適合進(jìn)階駕駛輔助系統和信息娛樂(lè )應用。 車(chē)內網(wǎng)絡(luò )加速崛起 過(guò)去 40 年來(lái)，車(chē)輛技術(shù)取得長(cháng)足的進(jìn)步。時(shí)尚、直覺(jué)化且信息豐富的觸摸屏已經(jīng)取代了模擬儀表板和開(kāi)關(guān)。此外，現代車(chē)輛也變得更加安全，加入了緊急制動(dòng)和盲點(diǎn)偵測等 ADAS 功能。 因為汽車(chē)會(huì )產(chǎn)生大量數據，常被形容成加上輪子的數據中心。汽車(chē)也跟任何數據中心一樣，都要靠穩定且強大的網(wǎng)絡(luò )才能安全可靠地運作。 |
