作者：Marvell公司汽車應用和架構(gòu)部高級總監(jiān)Christopher Mash

目前汽車中采用的車載網(wǎng)絡是基于幾種不同數(shù)據(jù)網(wǎng)絡協(xié)議的組合，其中一些已經(jīng)使用了幾十年。第一種叫作控制器局域網(wǎng)（CAN），主要負責動力總成和其他相關(guān)功能；第二個是本地互聯(lián)網(wǎng)絡（LIN），主要用于對時間不敏感（如氣候控制、環(huán)境照明、座椅調(diào)整等）的乘客和駕駛員舒適性用途；第三種是針對信息娛樂系統(tǒng)開發(fā)的面向媒體的系統(tǒng)傳輸（MOST）；第四種是用于防抱死制動（ABS），電子助力轉(zhuǎn)向（EPS）和車輛穩(wěn)定功能的FlexRay?。

由于采用了不同的協(xié)議，這些網(wǎng)絡需要使用網(wǎng)關(guān)在網(wǎng)絡設(shè)施中傳輸數(shù)據(jù)，每個網(wǎng)絡所需的布線增大了車輛的重量，由此產(chǎn)生的復雜性也增加了汽車廠商的制造成本，從而會影響車輛的燃油經(jīng)濟性。對于一輛汽車而言，布線的重量在整車中占比僅次于發(fā)動機和底盤之后，名列第三；同樣在成本方面，布線也是第三貴的零部件類別。此外，這些網(wǎng)關(guān)也存在延遲問題，勢必會影響到需要快速響應的安全關(guān)鍵型應用。

另一方面，汽車中的電子控制單元（ECU）數(shù)量在不斷增加，目前豪華車型通常擁有150甚至更多個ECU，甚至標準車型也擁有近80～90個ECU。由于我們正朝著開發(fā)更高級別的自動駕駛汽車邁進，數(shù)據(jù)密集型應用在不斷出現(xiàn)，以支持高級駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）的實施。高清攝像頭和激光雷達技術(shù)也開始使用，所有這些都導致數(shù)據(jù)速率和整體帶寬的顯著提高。

因此，對于目前車載網(wǎng)絡的改進從整體技術(shù)來講，需要的是一個根本性的改變。首先是所使用的拓撲結(jié)構(gòu)，其次是它所依賴的底層技術(shù)。

目前，汽車內(nèi)部的網(wǎng)絡設(shè)施基于域（domain-based）的架構(gòu)。針對每個關(guān)鍵功能都有不同的域：一個用于車身控制，一個用于信息娛樂，一個用于遠程信息處理，一個用于動力總成等等。通常情況下，不同的域使用不同種網(wǎng)絡協(xié)議的組合（如CAN、LIN以及其他協(xié)議）。

隨著網(wǎng)絡復雜性的不斷提高，汽車工程師越來越清楚地認識到，這種不同的域使用不同協(xié)議的方法效率越來越低。因此，在未來幾年中，將需要從目前基于域的體系架構(gòu)轉(zhuǎn)向區(qū)域（zonal）架構(gòu)。

區(qū)域架構(gòu)實施方案可以使來自不同傳統(tǒng)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)依據(jù)車輛中ECU的位置（區(qū)域）連接到該同一個ECU。這種安排將大大減少所需的布線，從而降低重量和成本，反過來將轉(zhuǎn)化為更高的燃油效率。而以太網(wǎng)技術(shù)將成為基于區(qū)域的車載網(wǎng)絡技術(shù)的關(guān)鍵。

以太網(wǎng)技術(shù)除了能夠支持高數(shù)據(jù)速率之外，還同時支持廣受認可的OSI通信模型。作為一種穩(wěn)定、歷史悠久、且廣為人知的技術(shù)，以太網(wǎng)已經(jīng)在數(shù)據(jù)通信和工業(yè)自動化領(lǐng)域得到了廣泛應用。與其他車載網(wǎng)絡協(xié)議不同，以太網(wǎng)明確定義了面向更高速度等級的發(fā)展路線圖，而CAN，LIN等協(xié)議卻已經(jīng)是某些應用發(fā)展的瓶頸，而且也沒有明確的升級路徑來緩解問題。

展望未來，以太網(wǎng)技術(shù)將成為汽車所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)，通過提供一個共同的協(xié)議棧，減少不同協(xié)議之間對于網(wǎng)關(guān)的需求（以及硬件和相關(guān)的軟件成本）。結(jié)果將是整個車輛采用單一的同構(gòu)網(wǎng)絡，其中所有的協(xié)議和數(shù)據(jù)格式都是一致的。這意味著車載網(wǎng)絡將具有可擴展性，不僅能夠滿足需要更高速度（例如10G）和超低延遲的功能，同時還能滿足低速功能的需求。無論是用于傳輸成像傳感數(shù)據(jù)的1Gbps設(shè)備，還是自動駕駛汽車中新一類低數(shù)據(jù)速率傳感器要求的以10Mbps運行的設(shè)備，以太網(wǎng)PHY將可以根據(jù)具體的應用和帶寬需求而進行選擇。

區(qū)域架構(gòu)中的每個以太網(wǎng)交換機將能夠為所有不同的域中的活動傳送數(shù)據(jù)，所有不同的數(shù)據(jù)域都將連接到本地交換機，再通過以太網(wǎng)骨干網(wǎng)聚合數(shù)據(jù)，從而更有效地使用已有的資源，使用相同的核心協(xié)議，在需要時支持不同的速度。這個同構(gòu)網(wǎng)絡將在車內(nèi)支持“任何地方的任何數(shù)據(jù)”，還可以通過整合來自網(wǎng)絡中不同領(lǐng)域的數(shù)據(jù)來支持新的應用。

目前，在車載網(wǎng)絡走向汽車以太網(wǎng)和區(qū)域架構(gòu)的進程中，Marvell處于領(lǐng)先地位。2017年夏季，Marvell推出了面向汽車市場并符合AEC-Q100標準的88Q5050安全千兆以太網(wǎng)交換機。該設(shè)備不僅能夠處理與標準以太網(wǎng)實施密切相關(guān)的OSI Layers 1-2（物理層和數(shù)據(jù)層）功能，還具有位于OSI Layers 3，4及以上（網(wǎng)絡層、傳輸層和更高層）的深度包檢測（DPI）等其他功能。這些與可信引導（Trusted Boot）功能相結(jié)合，可為汽車網(wǎng)絡架構(gòu)師提供對于確保網(wǎng)絡安全至關(guān)重要的關(guān)鍵功能。