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取代CAN总线,车载以太网10BASE-T1S成为主流?

关键词:CAN总线 车载以太网 10BASE-T1S

时间:2024-06-11 09:52:29      来源:安富利

在汽车新四化(电动化、网联化、智能化、共享化)和软件定义汽车的浪潮下,汽车正经历着一场深刻的架构变革。曾经的分布式架构,已无法满足日益复杂的汽车功能需求。汽车电子电气正在朝着域架构、跨域架构和集中式架构加速演进。安富利密切关注汽车变革趋势,携手合作伙伴积极布局汽车相关的解决方案,助力客户构建下一代智能网联汽车开发。

在汽车新四化(电动化、网联化、智能化、共享化)和软件定义汽车的浪潮下,汽车正经历着一场深刻的架构变革。曾经的分布式架构,已无法满足日益复杂的汽车功能需求。汽车电子电气正在朝着域架构、跨域架构和集中式架构加速演进。安富利密切关注汽车变革趋势,携手合作伙伴积极布局汽车相关的解决方案,助力客户构建下一代智能网联汽车开发。

汽车架构演进背后的驱动力,是车内电子控制单元(ECU)数量的指数级增长。从平均20-30个,飙升至100多个,甚至数百个。庞大的ECU数量,对车内网络带来了严峻挑战:数据传输速度慢、延迟高、可靠性差,严重制约了汽车功能的升级和发展。麦肯锡的一项研究表明,超过一半的汽车客户(64%)愿意更换汽车制造商以获得更好的自动驾驶能力。预计到2030年,95%的售出新车将实现互联。

为了应对这些需求和挑战,车载网络也必须升级换代。据亿欧智库《2023中国智能电动汽车车载通信研究报告》所示,目前车载总线通信正逐步由“CAN总线为主、其他总线为辅”的分布式架构,向“以太网为主、CAN及其他总线为辅”的域集中式架构转变。

目前的车载网络技术:CAN总线为主

车载网络(IVN)是现代汽车的命脉,为其多功能性提供关键支撑。它负责传输各种数据流,支持高级驾驶辅助系统(ADAS)、信息娱乐系统、摄像头、车辆间通信系统以及无线电波雷达和光检测激光雷达等遥感技术,使汽车能够感知环境、辅助驾驶并提供丰富的娱乐功能。

目前,车载网络主要采用CAN、LIN、FlexRay、MOST、LVDS和车载以太网等多种总线技术。其中,CAN总线凭借其低成本、可靠性和易于实施等优点,成为目前应用最广泛的标准协议,广泛应用于车身控制、动力系统管理、底盘控制等领域。LIN总线则是一种低成本的通用串行总线,常用于车门、天窗、座椅控制等方面,为CAN总线提供辅助功能。

然而,随着汽车电子产品数量的激增和功能的不断升级,CAN总线技术由于其半双工通信模式和有限的传输速率,已经难以满足现代汽车网络对高速、实时、双向数据传输的需求。此外,传统总线的复杂拓扑结构和冗余的协议层也使得车辆线束变得越来越庞大。一些车辆线束的长度达到2.5英里,一般汽车中长达数英里的铜线重达132磅(60公斤)。对于电动汽车来说,线束重量直接影响其行驶里程,因此减少车辆布线显得尤为重要。

汽车行业需要替代“老化”的CAN协议了。作为各类总线中传输速率最快的通信解决方案,汽车以太网凭借其高带宽、轻量化线束和高成本效益,或将成为车载网络的重要通信技术。

取代CAN总线?10BASE-T1S成为车载网络的趋势

当今,随着汽车逐渐向区域性电子电气(E/E)架构发展,势必要将汽车以太网连接到边缘传感器和执行器。以太网应用有望从智能座舱等局部应用扩展到最终成为车载通信的骨干。

单对10BASE-T1S以太网正在成为车载网络的理想选择。10BASE-T1S于2019年获得批准,是IEEE旗下最新的汽车规范之一,具体来说,“10”代表最大传输速度(10Mb/s),“BASE”指基带信令,“T1”表示单双绞线布线。该规范旨在提供一种多点传输介质,可以在25米或更远的距离上处理至少8个收发器节点或设备。“S”表示短长度或短范围。


单对以太网IEEE 802.3cg规范提供长距离(10BASE-T1L)和短距离(10BASE-T1S)(来源onsemi)

与其他汽车规范所使用的脉冲幅度调制(PAM)信号相比,10BASE-T1S使用差分曼彻斯特编码(DME)来降低复杂性和成本。10BASE-T1S提供比CAN-FD更快的通信速度,并且有机会省掉CAN和FlexRay等传统网络协议。10BASE-T1S启用“全以太网”IVN方法来支持点对点和多点传输。其多点功能适用于长达25米的通道,最多能够支持8个节点。

10BASE-T1S大大简化了对各类传感器和执行器的连接,从座椅舒适控制到ADAS盲点检测等各种设备,每个节点只需一个PHY(物理层接口)即可。这样做的好处是,它不需要网关将CAN或CAN-FD转换为以太网,从而减轻了重量并降低了材料成本。而且,10BASE-T1S的运行速度比控制器局域网(CAN)拓扑快2到3倍,与CAN的2Mbps和CAN-FD的5Mbps相比,10BASE-T1S可达到10Mbps。

此外,它还受益于使用与100/1000BASE-T1以太网相同的软件堆栈。除了不同的PHY之外,两者之间不需要额外的网关。随着软件定义车辆(SDV)架构的出现,以太网的另一个优势是它无需通过网关来进行固件更新,从而简化了软件管理。

结语

10BASE-T1S的推出,意味着汽车制造商在CAN/CAN-FD之后有了一个新的标准可以适应。安富利正携手长期合作伙伴安森美公司共同推动10BASE-T1S技术的普及应用。安森美将于今年推出支持汽车10BASE-T1S技术的NCV7311和NVN7410系列芯片,为客户提供全面、可靠的车载网络解决方案。这些MAC和PHY收发器器件将推动汽车产业转型升级,共创智能网联新未来。

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