车用以太网网络稳步迈向主流【转】

    在越来越多迫切将汽车连接到外在世界的需求带动下,车用乙太网路尽管缓慢崭露头角,但成为车载网路骨干之势已不可挡。
    先进驾驶辅助系统(ADAS)的进步以及自动驾驶车的出现,成为助长“汽车内部需要感测器资料进行传送”的两大趋势。恩智浦半导体(NXPSemiconductors)车载网路产品线副总裁兼总经理ToniVersluijs解释,在这种情况下,汽车需要一种能够处理高达100Mbps资料率(FlexRay的10倍)的拓扑。
    包括博通(Broadcom)与恩智浦等晶片公司,以及像BMW等汽车OEM已经开始拥抱车用乙太网路标准——BroadR-Reach,这是一项由‘单对乙太网路联盟’(OPENAlliance)所定义的技术标准。
 
    但车用乙太网路至今发展得如何呢?
 
    尽管BroadR-Reach在近年来逐渐取得了动能,但目前唯一采用基于BroadR-Reach车用乙太网路的汽车仍是BMW的X5系列休旅车。BMW目前采用的还是初步的建置方案,据称仅用于连接汽车的摄影机至选配的环景系统电子控制单元(ECU)。
    那么,其他的汽车制造商在哪儿呢?是什么原因让他们对使用车用乙太网路却步呢?
    车用乙太网路怀疑论者质疑BroadR-Reach的规格、晶片以及缺少IEEE标准;例如涉及BroadR-Reach的IP议题、晶片供应有限,以及需要更多功能特色——在同步时更快的资料率与效率。汽车业界要求的时间关键型应用还需要更多的改进与完善。

博通在2011年12月首次推出BroadR-Reach乙太网路产品
 
    微芯科技(Microchip)是唯一一家采用媒体导向系统传输(MOST)技术标准作为车载资讯娱乐骨干的晶片供应商,因此也一直附和汽车制造商采用BroadR-Reach速度缓慢的看法。
    微芯科技副总裁DanTermer指出,汽车OEM与一线厂商目前都在呼吁车用乙太网路“还未能准备好迎接黄金时代。”他并补充说,汽车业界正开始发现基于BroadR-Reach的乙太网路规格、硬体工具与软体层都还“尚未到位”。
    恩智浦在上个月初推出据称是“首款包括乙太网路收发器(TJA1100)与乙太网路交换器(SJA1105)的真正汽车产品组合,”或许能够在此时带来一线曙光。
    Versluijs在接受记者采访时表示,恩智浦“真正的”车用乙太网路收发器是一款“专为汽车应用打造的技术”。他解释说,这款新晶片方案拥有汽车产业长久以来所期待的多项硬体功能,同时还提供符合汽车OEM与一线厂商严格期待的“软”功能。
    例如,恩智浦乙太网路部门总监GuenterSporer表示,其车用乙太网路PHY不仅包含-40℃至+125℃的汽车级温度范围,还具备监控电源电压的诊断功能、支援低功耗睡眠模式,以及MIDI接脚提供静电放电(ESD)和暂态保护。
    Versluijs强调恩智浦在汽车市场的经验,“我们瞭解1ppm——百万分之一的元件故障机会——会对于一线厂商与汽车OEM造成什么影响。”作为一家晶片供应商,当故障发生时就得准备好迅速采取行动以及进行深入的分析,他解释说:“我们知道与他们合作以及共同解决问题的重要性。”
    恩智浦也有信心可让晶片按时交货。新的乙太网路收发器TJA1100原型已可提供样片,预计将在年底前进入量产。该公司表示,恩智浦首款乙太网路交换器SJA1105已经交由汽车制造商测试,可根据客户要求提供。
 
    BroadR-Reach技术IP
 
    Gartner公司研究总监JamesHines表示,“对于汽车级元件除了一般扩展的温度范围以及可靠性的品质要求外,乙太网路在汽车应用中的主要技术挑战一直是在汽车的电子讯号嘈杂环境中维持讯号完整性。”
    但是,BroadR-Reach的规格能够解决这个问题,Hines说,“让恩智浦的产品‘真正专用于汽车解决方案’的事实是他们采用了BroadR-Reach标准。”
    另一方面,微芯科技汽车资讯系统部门资深经理HenryMuyshondt认为大多数的汽车制造商并不可能直接跳向现行的BroadR-Reach标准,“他们宁愿等待基于IEEE规格的晶片出现。”IEEE目前正根据BroadR-Reach开发“更通用的标准”。这些标准包括100Base-T1和1000Base-T1。
    在IEEE的标准化以及即将以100BASE-T1之名发布的技术,“将进一步提高对于这项技术的接受度”,恩智浦公司也认同这样的看法。
    不过,Gartner的Hines指出,还有晶片供应商的问题。
    “目前推动车用乙太网路导入的主要障碍在于汽车OEM与一线电子设备制造商的顾虑,他们担心市场上的供应商还太少。只要博通仍控制着BroadR-Reach晶片的关键IP,这种顾虑可能还会持续存在。”
    他解释说,博通握有多项与乙太网路技术相关的专利,经由OPEN联盟推动成为BroadR-Reach品牌的汽车连网解决方案。
    博通授权技术给恩智浦以及其他晶片供应商。麦瑞半导体(Micrel)和Marvell则开发自己的车用乙太网路PHY和交换机产品组合(当然麦瑞半导体现在已经是微芯科技的一部份了),但两家公司都不是OPEN联盟的成员。因此,在Hines看来,“互通性仍然会是一个问题。”
    由于OPEN联盟倡议的BroadR-Reach标准得到大多数的业界支持,他说,“这项标准最有可能脱颖而出,成为车用乙太网路的主导标准。”
 
    车内不同网路共存?
 
    恩智浦对于自家公司为全球汽车产业出货CAN、LIN和FlexRay收发器已达60亿套的成绩感到自豪,“平均每天供应两百万套收发器。”该公司并强调,乙太网路“将补强这些现有的标准,并在未来的几个汽车世代取代MOST。”
    业界分析人士认为,MOST最终将被乙太网路超越。但他们也指出,未来将会有更多不同的连网技术持续在汽车内部共存。
    例如,针对连接车载资讯娱乐显示器与基于摄影机的ADAS应用,乙太网路与MOST都不会是现有任务的优先选择。
    目前,单对车用乙太网路支持高达100Mbps的速度。受限于100Mbps频宽使得更高解析度的视讯必须在摄影机端先行压缩,而在链路的另一端再进行解压缩。
    相反地,当今典型的ADAS采用低压差分讯号、低杂讯、低功耗与低振幅的方法,透过铜缆线实现Gbps级的高速资料传输。
    延迟是另一个值得关注的问题。以ADAS来看,在多台摄影机系统中的视讯讯框必须同步。基于乙太网路的应用通常使用音讯—视讯桥接(AVB)软体来同步摄影机。除了压缩编码/解码以及进行封包可能导致高达10毫秒或更高的乙太网路摄影机延迟以外,当然还得考虑到由AVB产生的额外开销。
    IHSTechnology汽车半导体总分析师LucaDeAmbroggi认为,甚至是在这一波ADAS广泛采用的浪潮下,还有其他许多连网技术将同时存在。由于“乙太网路的安全应用涵盖仍然有限,我们看到FlexRay还会持续出现在ADAS主动系统中,因为它的容错标准与即时性能等优点。乙太网路一开始将会作为FlexRay的冗余通道,并在持续一段时间后才会完全取代。”

车内网路应用概况:乙太网路/IP将与频宽标准(如CAN)共存
 
    现在再回头看看微芯科技。
 
    这家总部位于美国亚利桑那州Chandler的晶片公司并非对于车用乙太网路的未来潜力视而不见。但该公司也相当清楚汽车产业有多么地保守。
    微芯科技的赌注就押在汽车制造商一向“缓慢、零星采用新技术的方式,”Termer解释说:“汽车制造商并不会在很快的时间内突然抽换掉已经安装在汽车中的现有汇流排系统。更重要的是,微芯科技将持续开发MOST装置,以满足汽车产业的需求。”
    于此同时,恩智浦依然看好其车用乙太网路的发展前景。
    从过去几年来与汽车OEM和一线厂商之间广泛且密集的合作基础下,该公司表示,“我们观察到市场上对于OPEN联盟推广的BroadR-Reach技术接受度真的开始加速提升了。”
    根据NXP指出,“目前已有几家OEM正着手乙太网路解决方案的开发,并预计将在2018年至2020年推出的下一代汽车中导入这项技术方案。”