基于POF骨干和攝像鏡頭鏈路的汽車以太網(wǎng)絡(luò)

　1介紹
　　車內(nèi)信息娛樂系統(tǒng)設(shè)備的快速增長以及先進駕駛輔助系統(tǒng)ADAS（Advanced Driver Assistance Systems）的興起創(chuàng)造了汽車內(nèi)部設(shè)備間更高效率的互連需求，通過優(yōu)于其他技術(shù)的優(yōu)勢，以太網(wǎng)是汽車網(wǎng)絡(luò)的理想選擇。
　　塑料光纖（POF， Plastic Optical Fiber），汽車產(chǎn)業(yè)大家所熟知的傳送媒介，現(xiàn)在已經(jīng)可以提供千兆位的傳輸能力，使得它成為未來汽車以太網(wǎng)絡(luò)以及如攝像鏡頭點對點鏈路應(yīng)用需求的完美解決方案。
　　2汽車以太網(wǎng)絡(luò)
　　汽車已經(jīng)快速成為家庭的延伸，信息娛樂系統(tǒng)越來越成為新推出汽車中連接鄰近設(shè)備和其它車輛的基本設(shè)備，上網(wǎng)和汽車基礎(chǔ)設(shè)施也逐漸成為汽車配備的未來產(chǎn)業(yè)標準。
　　同樣地，駕駛輔助也是提供汽車安全視線無死角，避免交通意外傷亡的主要途徑，因為汽車和基礎(chǔ)設(shè)施在設(shè)計上可以達到這個目標而不會受到駕駛的錯誤或蓄意影響，ADAS將加入其他的被動和主動系統(tǒng)成為標準的汽車配備。
　　這些功能豐富的信息娛樂和駕駛輔助系統(tǒng)將大幅度提高通信帶寬的要求，并且增加汽車網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度，由于更復(fù)雜的汽車網(wǎng)絡(luò)會影響可靠性和可維護性，信息娛樂系統(tǒng)和駕駛輔助系統(tǒng)的增加就創(chuàng)造了新網(wǎng)絡(luò)解決方案的需求，超越目前無法提供汽車間通信的點對點鏈路或環(huán)形拓墣結(jié)構(gòu)。
　　2.1以太網(wǎng)提供可擴展性和高靈活性
　　控制器局域網(wǎng)（CAN， Controller Area Network）總線是一個在過去30年雄霸車用電子架構(gòu)的通信協(xié)議，目前已經(jīng)無法滿足未來汽車架構(gòu)的需求，另一方面，以太網(wǎng)則可以提供新一代車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要的可擴展性和靈活性。
　　對于大多數(shù)汽車OEM廠商，可擴展性是一項關(guān)鍵的功能，可以藉由平臺方式使用于多個汽車生產(chǎn)線，這個可擴展性通過使用可以允許每部汽車分別進行訂制的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)加以支持。
　　高靈活性同樣也是允許汽車OEM廠商提供用戶多個車款訂制而不需更改網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵功能，網(wǎng)絡(luò)配置將自動適配到車內(nèi)配備的特定設(shè)備，汽車制造商不需特別為每個車型進行網(wǎng)絡(luò)配置。
　　2.2上下通信層的以太網(wǎng)應(yīng)用
　　以太網(wǎng)可以做為標準化IP診斷接口的下通信層，由ISO 13400互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議診斷通信（DoIP， Diagnostic Communication over Internet Protocol）制訂，預(yù)料將由全球大多數(shù)汽車OEM廠商采用。這個基于和互聯(lián)網(wǎng)使用相同IP協(xié)議的接口可以簡化汽車內(nèi)系統(tǒng)的診斷，作為下層技術(shù)，以太網(wǎng)可以平順地和IP介接，這也是為何它目前普遍應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)連接網(wǎng)絡(luò)的原因之一。
　　以太網(wǎng)同時也帶來和其它上層協(xié)議的無縫連接，舉例來說，它可以協(xié)助影音同步或及時信息的安全傳輸，而對于信息娛樂網(wǎng)絡(luò)非常重要的影音同步（AVB協(xié)議棧、IEEE 802.1 Qav、802.1 AS、1722）則可以確保汽車內(nèi)不同屏幕和揚聲器間影音的同步。
　　同樣地，由精確時間協(xié)議棧（IEEE 1588v2和1722）成提供的及時信息非常重要，特別是對ADAS，可以確保信息可以到達目的地而沒有延遲，以滿足安全應(yīng)用的要求。
　　2.3分層架構(gòu)的以太網(wǎng)骨干
　　所有主要汽車制造商都同意將汽車內(nèi)分割成不同功能方塊的好處，在這個新的結(jié)構(gòu)上，汽車將由數(shù)個不同領(lǐng)域的設(shè)備共同工作并分享信息，相關(guān)的例子如動力系統(tǒng)、車體控制、傳輸和安全系統(tǒng)等。
　　在每個領(lǐng)域中，使用的連接形式將基于所需執(zhí)行的功能以及各領(lǐng)域的需求，典型的跨領(lǐng)域網(wǎng)絡(luò)將基于FlexRay、MOST、以太網(wǎng)（第一代基于BroadR-Reach）、CAN或LIN等。
　　為了滿足分層架構(gòu)帶來的新需求，將需要一個寬帶網(wǎng)絡(luò)進行所有領(lǐng)域間的可靠通信，目前以太網(wǎng)看來可能是最好的選擇，然而，千兆位速度的最佳物理層尚在討論之中，基于POF的光學(xué)物理層可以提供1Gbps的帶寬需求，滿足目前和新一代系統(tǒng)的要求，同時帶來更低成本和更輕重量的優(yōu)勢。
　　圖1為目前使用的集中式架構(gòu)，在這個架構(gòu)中，單一中央閘道器（CGW，Central GateWay）提供了CAN連線、LIN連線、FlexRay連線以及MOST連線。
　　在分布式骨干架構(gòu)中，汽車次系統(tǒng)被區(qū)分為可以擁有單一網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如CAN或以太網(wǎng)的區(qū)域群組，也可混合使用各種技術(shù)。
　　
　　圖1：集中式架構(gòu)。
　　
　　圖2：具有可選冗余路徑的菊花鏈骨干。
　　通過新基于領(lǐng)域的架構(gòu)，創(chuàng)造了連接所有領(lǐng)域控制單元（DCU，Domain Control Unit）和每個領(lǐng)域間交換的骨干需求，雖然有數(shù)種骨干結(jié)構(gòu)可以選擇，但看起來最有競爭性的是提供可選冗余路徑的菊花鏈骨干。
　　由于通過單一骨干連接所有領(lǐng)域，它的規(guī)模必須依照領(lǐng)域間數(shù)據(jù)移動量的大小自動調(diào)適，對于未來的預(yù)估顯示，ADAS和信息娛樂系統(tǒng)加上汽車內(nèi)原有的每個領(lǐng)域，將需要1Gbps速度的骨干。