隨著傳感器數(shù)據(jù)量的爆炸式增長，汽車通信系統(tǒng)正在被重新設(shè)計構(gòu)建。

市場對更復(fù)雜、更安全的車載電子產(chǎn)品的需求打響了一輪新的裝備競賽，迫使著汽車制造商們重新審視日益智能化的汽車通信系統(tǒng)。

就在不久之前，現(xiàn)代車輛部件之間的通信還是十分簡單的，車輛之間的通信也彷如天方夜譚。然而隨著當(dāng)代技術(shù)的突飛猛進，汽車內(nèi)部、汽車之間以及汽車與基礎(chǔ)設(shè)施之間的電子設(shè)備間的快速并安全的聯(lián)絡(luò)通信已經(jīng)成為了輔助和自動駕駛車輛的關(guān)鍵。

然而，并非所有通信技術(shù)都已完善到位。除非有新的解決方案，汽車OEM廠商們將不得不放棄引入某些功能，特別是在自動駕駛方面。Valens Automotive公司高級副總裁兼總經(jīng)理Micha Risling表示：“我們一直在處理大量有關(guān)汽車的動態(tài)數(shù)據(jù)，我們深知通信問題亟需解決。我們現(xiàn)在面對的不是一場演變，而是一場關(guān)于互通互聯(lián)的徹底的變革。這種變革也同樣適用于所有正在被應(yīng)用或?qū)⒁挥糜谧詣玉{駛汽車的不同元素。而這一切都在從根本上改變汽車的設(shè)計方式?！?/span>

傳感器數(shù)量的激增是迫使通信技術(shù)進步的推動力量之一。目前有超過16種不同類型的傳感器：激光雷達、雷達、加速度傳感器、陀螺儀、壓力傳感器等，所有這些都需要與車輛中的ECU相聯(lián)。隨著更多自動化功能被添加到車輛中，這個數(shù)字將會顯著增長。

“車輛之間的通信以及車與基礎(chǔ)設(shè)施間的通信的日益增加意味著車載雷達系統(tǒng)的數(shù)量將會不斷增長?！逼噦鞲衅髦圃焐蘒MC公司市場營銷副總裁Steven Liu表示，“這些系統(tǒng)所需的技術(shù)設(shè)備包括汽車的防碰撞雷達和全球定位系統(tǒng)，以及與交通信號燈和車輛調(diào)度員進行交互所需的傳感器。這些系統(tǒng)可與現(xiàn)有系統(tǒng)相結(jié)合，如乘客舒適度和信息娛樂控制系統(tǒng)，以及調(diào)節(jié)溫度、胎壓和汽油的發(fā)動機監(jiān)控子系統(tǒng)。長途貨運汽車還將需要能夠進行負載平衡、負載轉(zhuǎn)移、曲線和風(fēng)切變的控制系統(tǒng)，以確保貨物在運輸過程中的完好無損以及集裝箱在整個行程中的安定穩(wěn)固。所有這些5G通信應(yīng)用程序?qū)τ谙到y(tǒng)執(zhí)行各自的操作能力都是至關(guān)重要的。”

但是由于受制于現(xiàn)有的技術(shù)和連接解決方案，有線集群和各種線束成為了向前發(fā)展的一大難題。另一大難題則是軟件的代碼數(shù)量。作為參考，自動駕駛車輛的軟件代碼量可能比F-35噴氣機多出100倍；原因在于自動駕駛車輛需要處理比噴氣式飛機更多的操作場景。

“當(dāng)飛機進行自動駕駛時，99%的時間無需擔(dān)心與另一架飛機相遇?！盫alens公司的Risling表示。 “而當(dāng)你將飛機與在曼哈頓或拉斯維加斯進行自動駕駛的汽車相比，僅僅是考慮到每秒所需要處理的潛在路況，你就會立刻明白為什么我們會需要如此大量特殊、精細、先進、復(fù)雜的軟件代碼來處理汽車問題。這對于ECU及傳感連接來說皆是如此——尤其是在涉及自動駕駛汽車的情況下。處理安全問題時，大量的冗余設(shè)計便是必不可少的,而冗余設(shè)計又會使架構(gòu)復(fù)雜化。更多的ECU導(dǎo)致產(chǎn)生更多的連接點，為此我們需要更高級的連接，”Risling解釋說。

投注以太網(wǎng)

目前，汽車生態(tài)系統(tǒng)將汽車以太網(wǎng)作為車載通信的主要技術(shù)規(guī)范。在投入應(yīng)用的四十多年以來，以太網(wǎng)在各種環(huán)境條件下都表現(xiàn)出色。

圖：出售的以太網(wǎng)網(wǎng)線。來源：亞馬遜。

這促使了像Marvell這樣的芯片制造商將之前汽車的獨立部分（如信息娛樂系統(tǒng)、先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、車身電子設(shè)備、控制系統(tǒng)等）用以太網(wǎng)作為高帶寬、基于標(biāo)準的信息支持主干聯(lián)接起來。未來，這些信息將被用于聯(lián)接自動駕駛車輛所需的其它傳感器，不僅滿足汽車內(nèi)部的聯(lián)通性，更能實現(xiàn)汽車的外部相聯(lián)。

“以太網(wǎng)市場歷來被分為兩個不同的細分市場。”Marvell公司聯(lián)接、存儲和基礎(chǔ)設(shè)施業(yè)務(wù)部營銷總監(jiān)Venu Balasubramonian表示， “一方面，數(shù)據(jù)中心的速度為每秒25/50/100/400千兆位，這將帶動帶寬的發(fā)展。這是第一個細分市場；另一個細分市場則是采用銅線的企業(yè)，它們有10 Gbps。而現(xiàn)在，隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，出現(xiàn)了第三個即汽車以太網(wǎng)的細分市場。所有數(shù)據(jù)和交換都需要帶寬，以太網(wǎng)也需要加強?！?/span>

他指出，汽車市場最終可能需要100 Gbps以太網(wǎng)來傳輸圖像傳感器的所有數(shù)據(jù)。此外，通過利用以太網(wǎng)低成本和高帶寬的特點，新的應(yīng)用程序?qū)⒈惶砑拥较乱淮嚰軜?gòu)中，其中甚至包括還未想到的功能。

如今，一輛汽車可能會與多個ECU進行交互。OEM廠商們正在研究相關(guān)支持技術(shù)用以連接大量的ECU，這實質(zhì)上就是以太網(wǎng)總線。兩種不同的標(biāo)準（AUTOSAR和Open Alliance）正在推動以太網(wǎng)的使用和測試標(biāo)準化。

事實上，考慮到未來自動駕駛汽車的安全性和可靠性問題，對汽車以太網(wǎng)進行測試是至關(guān)重要的。

目前，汽車以太網(wǎng)測試有三種不同的類別：

• 一致性測試。這確保了實現(xiàn)以太網(wǎng)協(xié)議的每個軟件都符合協(xié)議本身。這一類別需要進行大量案例測試。

• 集成性測試。這確保了整個網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)設(shè)施能夠按預(yù)期運行。在這種情況下，通常使用集成測試來測試基礎(chǔ)架構(gòu)的魯棒性。

• 性能測試。此類別用于測試吞吐量、軟件端和網(wǎng)絡(luò)端負載的性能。此測試通常會有不同的類別，其中大部分都是在軟件端完成的。

可以肯定的是，由于存在低成本的互連介質(zhì)（雙絞線）、長距離傳輸和非傳統(tǒng)的多級信令（PAM-3），從一個汽車以太網(wǎng)控制器向另一個傳輸信號是極具挑戰(zhàn)的，Cadence公司PCB、IC封裝、信號及電源完整性產(chǎn)品管理總監(jiān)Brad Griffin表示，“多個模塊的整合需要通過一致性測試。仿真工具可以提供虛擬的一致性測試，以確保在設(shè)計模塊之前滿足標(biāo)準要求，減少實驗室測試過程中發(fā)現(xiàn)的錯誤數(shù)量，從而有助于加速產(chǎn)品上市時間。”

其它挑戰(zhàn)

從IP角度來看，汽車以太網(wǎng)面臨的一個重大挑戰(zhàn)是增加了時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）的設(shè)計。

該領(lǐng)域的研究并不缺乏。“汽車以太網(wǎng)的發(fā)展需要迅速有力的行動。”New Hampshire大學(xué)InterOperability Laboratory（IOL）實驗室（該實驗室為汽車中的BaseT以太網(wǎng)執(zhí)行PHY一致性的半導(dǎo)體測試）的以太網(wǎng)技術(shù)高級經(jīng)理Curtis Donahue表示，“OEM廠商們想要在很多領(lǐng)域迅速解決很多問題，這就是為什么很多改變在同時發(fā)生。當(dāng)談到自動駕駛時，很多人都會想到無線車輛通信——無論是車對車還是車對基礎(chǔ)設(shè)施——這無疑是自動駕駛生態(tài)系統(tǒng)中正在萌生的一大組成部分。但是即使有了無線技術(shù)、車載通信，比如可以收集來自所有傳感器、所有攝像頭的信息——所有帶寬都依然需要擁有非?？煽康能囕d通信網(wǎng)絡(luò)。這就是BASE-T1技術(shù)開始介入并取代CAN和FlexRay技術(shù)的領(lǐng)域，它可以提供更好的帶寬，從而實現(xiàn)即將到來的自動駕駛時代?！?/span>

就如何提高設(shè)計的易測性而言，Donahue表示，基于實驗室對適用于未來BASE-T1技術(shù)的100BASE-T1的經(jīng)驗，IEEE規(guī)范并不能簡潔明了的說明測試的方法，“它表明了測試的要求和適用范圍，但忽略了如何實現(xiàn)測試的方法。芯片供應(yīng)商們早已注意到IEEE在面對很對領(lǐng)域的問題時可能會說'這是一個要求'，但這個問題不一定是可以測試的。在存在內(nèi)部信號的區(qū)域，芯片供應(yīng)商通常不會將其引出至專用引腳以供測試和測量設(shè)備的觀察。在這些領(lǐng)域，要明確'合格'與'失敗'的界限是非常困難的。而這往往會令芯片供應(yīng)商對此感到困惑和挫敗，因為IEEE標(biāo)準并不直接表明其必要性、而是使其具備可測試性。因此我們應(yīng)該意識到，要獲得全面的、100%可測試的報告并非易事。”

結(jié)語

汽車以太網(wǎng)被認為是實現(xiàn)車輛連接的有效方法。它易于理解，價格合理且經(jīng)受過時間的檢驗。此外，我們還有一個提高數(shù)據(jù)傳輸速率的發(fā)展藍圖，目前這個速度僅次于光速。

盡管如此，在解決方案之間的相互操作性和以太網(wǎng)規(guī)范的理解等方面還有很多工作要做。雖然目前在車載通信方面以太網(wǎng)看似是贏家，但也有其他方案正在處于討論研發(fā)階段。就像快速發(fā)展的汽車市場一樣，一切皆有可能。