目录
1.汽车总线汇总
2.什么是车载以太网
3.车载以太网物理层
3.1 MDI
3.2 常见连接器接口4.小结
1.汽车总线汇总
首先我们来感性认识下整车典型线束结构，可以看到线束复杂且总线接口繁多，如下图：
上述各种总线都有专用标准，包括CAN、FlexRay、MOST、LVDS、LIN和Automotive Ethernet等。根据各通信总线开发或者出现的时间线，统计如下：
- CAN（Controller area network）：由博世于1986年研发推出，最高速率可达1Mbps，广泛应用于汽车动力系统、底盘、车身等，优点是性价比高、可靠性好，缺点是缺乏共享访问和低带宽。随着自动驾驶等功能的出现，CAN总线传输的数据量呈指数级增长。为了实现这些功能，市场上出现了更新版本的CAN协议，如CAN FD或CAN XL；
- LVDS（Low-Voltage Differential Signaling）：低压差分信号于1994年推出，在汽车上用于图像的高速传输，例如摄像头和视频数据，速率可从100Mbps到大于2Gbps；
- LIN（Local Interconnect Network）：LIN协会于1998年成立，标准LIN1.0于1999年发布，根据标准建议，低速通信速率为2400bps、中速为9600bps、高速为19200bps，可用于车门、车窗、座椅、后视镜等带宽要求不高的车身系统；
- MOST（Media Oriented Systems Transport）：MOST合作组织于1998年成立，由宝马、奔驰、别克和SMSC共同发起。其标准于2001年发布，该种是一种专门针对汽车多媒体系统的数据总线技术，采用光纤线或双绞线作为物理传输介质，具有高效的数据传输和稳定的性能表现，最高速率可达150Mbps，缺点就是比较昂贵且扩展性较差；
- FlexRay：FlexRay联盟于2000年成立，该技术出现在2006年BMW X5的量产车型；它具备高传输速率，最高可达10 Mbps，可用于线控技术、主动悬架、自适应巡航等
- CAN FD：由博世于2012年释放，是原始CAN总线协议的扩展，旨在适应汽车网络中带宽和有效载荷支持需求的增加。CAN FD将有效数据速率提高到8Mbps，并支持每帧64字节Payload；
- Automotive Ethernet：2016 年，IEEE 发布了第一个汽车以太网标准 IEEE 802.3bw，又称100Base-T1，旨在适应雷达、V2X通信、摄像头等同时通信的高带宽需求；
- CAN XL：由CAN自动化小组(CAN in Automation)开发的第三代CAN标准，于2022年发布，旨在弥补CAN FD 和100BASE-T1 Etherner之间的巨大通信速率鸿沟：
该技术根据收发器的不同，速率可支持到10Mbbps-20Mbps，是面向成本、功能安全、信息安全和QoS(Quality of Service)的CAN解决方案。
2.什么是车载以太网
根据IEEE统计，整车线束是汽车各零部件中成本第三高、重量第三的大型组件(仅次于底盘和发动机)，在整车制造中，线束的布线和制造占整个汽车劳动力成本的50%。
因此，OEM一直致力于削减线束重量、重新规划布线方式，再叠加整车电子电气架构往集中式推进，对于高带宽需求愈加强烈。
汽车不同域控制器对于带宽和延迟的需求也不同；据安波福统计，辅助驾驶和功能安全要求端对端延迟低于250us，带宽要求每个摄像头20-100Mbps，动力系统要求端对端延迟低于10us，如下：
在这种背景下，车载以太网应运而生。
车载以太网是一种针对汽车内部通信的物理通信技术，需要满足汽车抗电磁干扰、高带宽低延迟、时间同步、故障处理和重量等严苛要求。
为了满足这些需求，IEEE 802.3和802.1组修订、制定了多个规范，例如100BASE-T1，1000BASE-T1等等。
PS（名词解释）
- 100\1000：指传输速率，例如100为100Mbit/s，1000为1000Mbit/s；
- Base：指采用基带传输；
- T：指传输介质为双绞线，当为F时指代光纤；
- T1：1对双绞线传输
所以讨论到车载以太网，就不可避免地要了解这些标准。
- 2016年，IEEE发布了首个车载以太网标准IEEE 802.3bw(100BASE-T1)，虽然其带宽100Mbps与标准以太网100Base-TX（1995年发布）相近，但在物理层有明显区别：标准以太网100Base-Tx使用两对双绞线，而车载以太网使用一对双绞线实现全双工通信，在成本和重量上优势明显；100Base-Tx有效距离最大为100米，100Base-T1有效距离最大为15米；
- 随着自动驾驶的演进，视频数据流、多传感器数据融合需要更大的带宽，IEEE随即又发布了IEEE 802.3bp(1000Base-T1)，允许使用非屏蔽双绞线实现Gigabit的速率；
- 2020年，IEEE连续发布了802.3ch，可满足2.5\5\10 Gbps等不同速率；
下图为当前IEEE发布的以太网标准，其中绿色部分为车载以太网，灰色部分为IT的标准以太网标准：
根据怿星科技总结，当前主要有以下组织在推进车载以太网技术的标准化：
- OPEN Alliance：OPEN联盟(One-Pair EtherNet)于2011年由NXP、博通和宝马携手创建，是一个非盈利性开放行业联盟，目标是将基于以太网的通信广泛应用于汽车网络。OPEN Alliance成立了14个技术委员会，分别致力于制定和统一IEEE 100BASE-T1、1000BASE-T1及1000BASE-RH等通信方式的物理层、协议一致性等规范；通过制定线束、交换机、ECU和其他功能需求及测试规范，帮助Tier1和OEM完成车载以太网系统；
- IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，电气和电子工程师协会），我们熟悉的IEEE 802.3工作组主要负责定义以太网物理层和数据链路层的介质访问控制（MAC）部分。此外，IEEE（802.1工作组）还制定了发展迅速的AVB/TSN技术规范，用于实现数据高可靠、低延迟及同步传输；
- AUTOSAR：致力于车载以太网软件层级的规范化，从CP V4.0版本提出了车载以太网的需求、接口、配置参数，还定义了TCP\UDP、IPv4等通信协议的测试规范；
- AVnu Alliance：AVnu联盟是致力于通过采用IEEE 802.1 AVB和相关的IEEE 1722和1733标准来推进AV传输，得到了汽车行业的大力支持，提高了AVB技术在汽车网络上的应用落地。
上述组织推行的标准或者通信协议，对应到OSI通信模型，如下图所示：
值得注意的是，车载以太网的OSI参考模型没有对5-7层(会话、表示、传输层)做严格区分。
- 广义上讲，车载以太网包括Layer3（IP网络层）、Layer4（传输层）、应用层（Layer5-7）、AVB\TSN和智能充电ISO15118等等；
- 狭义上讲，车载以太网则主要对应OSI模型的Layer1（PHY物理层）、Layer2（MAC数据链路层）；
我们今天主要熟悉PHY物理层的一些概念。
3.车载以太网物理层
车载以太网物理层的不同技术，意味着会有不同物理信号传输规则，不同数字信号、物理信号的转换规则，以及以太网设备的连接方式。
在车载以太网中，以太网接口电路主要由物理层PHY、数据链路层MAC两层构成，其中PHY作为单独芯片存在，MAC主要集成在MCU，以英飞凌TC3x7开发板为例，MCU芯片内部集成了MAC，开发板使用RTL8211F1-CG作为PHY接口设备，对外连接器为RJ45（常见标准以太网水晶头接口），如下：
RJ45-PHY-MAC具体连接如下：
因此，首先我们就要认识两个PHY之间的物理连接器有哪些。
3.1 MDI
PHY与PHY之间的物理通信接口被称为MDI(Medium Dependent Interface)，在100/1000Base-T1中使用一对非屏蔽双绞线实现全双工，如下图：
在Vector的产品中，例如VN5610A支持连接器包括RJ45、D-SUB9，如下图：
具体引脚如下图所示：
Ethernet CH1, D-SUB9 (100BASE-T1), Ethernet CH2
其中，RJ45是标准以太网连接器，可用于100Base-TX、1000Base-T、10Base-T；
DB9连接器可用于100Base-T1 ，对应连接方式如上图所示。
3.2 常见连接器接口
除了上述提到的DB9、RJ45，还有很多连接器接口，如iX Industrial、Rosenberge H-MTD\HSD、TE MATEnet。
- TE MATEnet连接系统
MATEnet 连接器是用于汽车以太网的模块化和可扩展小型化数据连接器系统。根据 IEEE 100BASE‐T1和1000BASE‐T1标准，它的传输效率高达1Gbps。
1位线端和板端连接器如下：
线端
板端
- Rosenberger连接器
罗森博格连接器又分为H-MTD、HSD.
H-MTD：
HSD:
- iX Industrial Connector
4.小结
本文主要描述了汇总了汽车总线、描述了车载以太网的来历和标准，分析了物理层PHY的连接方式，结合Vector以太网硬件产品描述了各种连接器，感性地认识了车载以太网长什么样，接下来我将继续整理数据链路层、网络层、传输层的要点，结合实例完成车载以太网的入门。
END
作者：快乐的肌肉
来源：汽车MCU软件设计
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