10BASE-T1S或成為車載網(wǎng)絡(luò)的趨勢

在汽車新四化（電動化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化、共享化）和軟件定義汽車的浪潮下，汽車正經(jīng)歷著一場深刻的架構(gòu)變革。曾經(jīng)的分布式架構(gòu)，已無法滿足日益復(fù)雜的汽車功能需求。汽車電子電氣正在朝著域架構(gòu)、跨域架構(gòu)和集中式架構(gòu)加速演進(jìn)。安富利密切關(guān)注汽車變革趨勢，攜手合作伙伴積極布局汽車相關(guān)的解決方案，助力客戶構(gòu)建下一代智能網(wǎng)聯(lián)汽車開發(fā)。

汽車架構(gòu)演進(jìn)背后的驅(qū)動力，是車內(nèi)電子控制單元（ECU）數(shù)量的指數(shù)級增長。從平均20-30個，飆升至100多個，甚至數(shù)百個。龐大的ECU數(shù)量，對車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)帶來了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)：數(shù)據(jù)傳輸速度慢、延遲高、可靠性差，嚴(yán)重制約了汽車功能的升級和發(fā)展。麥肯錫的一項研究表明，超過一半的汽車客戶（64%）愿意更換汽車制造商以獲得更好的自動駕駛能力。預(yù)計到2030年，95%的售出新車將實現(xiàn)互聯(lián)。

為了應(yīng)對這些需求和挑戰(zhàn)，車載網(wǎng)絡(luò)也必須升級換代。據(jù)億歐智庫《2023中國智能電動汽車車載通信研究報告》所示，目前車載總線通信正逐步由“CAN總線為主、其他總線為輔”的分布式架構(gòu)，向“以太網(wǎng)為主、CAN及其他總線為輔”的域集中式架構(gòu)轉(zhuǎn)變。

目前的車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：CAN總線為主

車載網(wǎng)絡(luò)（IVN）是現(xiàn)代汽車的命脈，為其多功能性提供關(guān)鍵支撐。它負(fù)責(zé)傳輸各種數(shù)據(jù)流，支持高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、信息娛樂系統(tǒng)、攝像頭、車輛間通信系統(tǒng)以及無線電波雷達(dá)和光檢測激光雷達(dá)等遙感技術(shù)，使汽車能夠感知環(huán)境、輔助駕駛并提供豐富的娛樂功能。

目前，車載網(wǎng)絡(luò)主要采用CAN、LIN、FlexRay、MOST、LVDS和車載以太網(wǎng)等多種總線技術(shù)。其中，CAN總線憑借其低成本、可靠性和易于實施等優(yōu)點，成為目前應(yīng)用最廣泛的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，廣泛應(yīng)用于車身控制、動力系統(tǒng)管理、底盤控制等領(lǐng)域。LIN總線則是一種低成本的通用串行總線，常用于車門、天窗、座椅控制等方面，為CAN總線提供輔助功能。

然而，隨著汽車電子產(chǎn)品數(shù)量的激增和功能的不斷升級，CAN總線技術(shù)由于其半雙工通信模式和有限的傳輸速率，已經(jīng)難以滿足現(xiàn)代汽車網(wǎng)絡(luò)對高速、實時、雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?。此外，傳統(tǒng)總線的復(fù)雜拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和冗余的協(xié)議層也使得車輛線束變得越來越龐大。一些車輛線束的長度達(dá)到2.5英里，一般汽車中長達(dá)數(shù)英里的銅線重達(dá)132磅（60公斤）。對于電動汽車來說，線束重量直接影響其行駛里程，因此減少車輛布線顯得尤為重要。

汽車行業(yè)需要替代“老化”的CAN協(xié)議了。作為各類總線中傳輸速率最快的通信解決方案，汽車以太網(wǎng)憑借其高帶寬、輕量化線束和高成本效益，或?qū)⒊蔀檐囕d網(wǎng)絡(luò)的重要通信技術(shù)。

取代CAN總線？

10BASE-T1S成為車載網(wǎng)絡(luò)的趨勢

當(dāng)今，隨著汽車逐漸向區(qū)域性電子電氣（E/E）架構(gòu)發(fā)展，勢必要將汽車以太網(wǎng)連接到邊緣傳感器和執(zhí)行器。以太網(wǎng)應(yīng)用有望從智能座艙等局部應(yīng)用擴(kuò)展到最終成為車載通信的骨干。

單對10BASE-T1S以太網(wǎng)正在成為車載網(wǎng)絡(luò)的理想選擇。10BASE-T1S于2019年獲得批準(zhǔn)，是IEEE旗下最新的汽車規(guī)范之一，具體來說，“10”代表最大傳輸速度（10Mb/s），“BASE”指基帶信令，“T1”表示單雙絞線布線。該規(guī)范旨在提供一種多點傳輸介質(zhì)，可以在25米或更遠(yuǎn)的距離上處理至少8個收發(fā)器節(jié)點或設(shè)備。“S”表示短長度或短范圍。

單對以太網(wǎng)IEEE 802.3cg規(guī)范提供長距離（10BASE-T1L）和短距離（10BASE-T1S）（來源onsemi）

與其他汽車規(guī)范所使用的脈沖幅度調(diào)制（PAM）信號相比，10BASE-T1S使用差分曼徹斯特編碼（DME）來降低復(fù)雜性和成本。10BASE-T1S提供比CAN-FD更快的通信速度，并且有機(jī)會省掉CAN和FlexRay等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。10BASE-T1S啟用“全以太網(wǎng)”IVN方法來支持點對點和多點傳輸。其多點功能適用于長達(dá)25米的通道，最多能夠支持8個節(jié)點。

10BASE-T1S大大簡化了對各類傳感器和執(zhí)行器的連接，從座椅舒適控制到ADAS盲點檢測等各種設(shè)備，每個節(jié)點只需一個PHY（物理層接口）即可。這樣做的好處是，它不需要網(wǎng)關(guān)將CAN或CAN-FD轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)，從而減輕了重量并降低了材料成本。而且，10BASE-T1S的運行速度比控制器局域網(wǎng)（CAN）拓?fù)淇?到3倍，與CAN的2Mbps和CAN-FD的5Mbps相比，10BASE-T1S可達(dá)到10Mbps。

此外，它還受益于使用與100/1000BASE-T1以太網(wǎng)相同的軟件堆棧。除了不同的PHY之外，兩者之間不需要額外的網(wǎng)關(guān)。隨著軟件定義車輛（SDV）架構(gòu)的出現(xiàn)，以太網(wǎng)的另一個優(yōu)勢是它無需通過網(wǎng)關(guān)來進(jìn)行固件更新，從而簡化了軟件管理。

結(jié)語

10BASE-T1S的推出，意味著汽車制造商在CAN/CAN-FD之后有了一個新的標(biāo)準(zhǔn)可以適應(yīng)。安富利正攜手長期合作伙伴安森美公司共同推動10BASE-T1S技術(shù)的普及應(yīng)用。安森美將于今年推出支持汽車10BASE-T1S技術(shù)的NCV7311和NVN7410系列芯片，為客戶提供全面、可靠的車載網(wǎng)絡(luò)解決方案。這些MAC和PHY收發(fā)器器件將推動汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，共創(chuàng)智能網(wǎng)聯(lián)新未來。