車載網絡的性能和合規性

對比過去、現在、將來的汽車，有一個明顯的趨勢： 汽車已經成為帶輪子的數據中心。在每輛汽車內部， 來自安全系統、機載傳感器、導航系統等的數據流量， 以及對這些數據的依賴程度，都在不斷迅速增長。

這在速度、容量、可靠性方面給車載網絡 (IVNs) 帶來 了重大影響，其中的影響之一是，在高速低時延應用 中，為某種目的設計的總線缺少要求的帶寬，比如控 制區域網 (CAN)、FlexRay、本地互連網 (LIN)、面向 媒體的系統傳輸 (MOST) 和單邊半波傳輸 (SENT)。結 果，這些傳統標準正逐漸融入信息技術 (IT) 領域以前 經過驗證的各種技術。

當前的主要實例是汽車以太網，它覆蓋了電氣和電子 工程師 (IEEE) 開發的四項標準。目前，汽車以太網將 與涵蓋各種系統和子系統的多種總線共存。因此，我 們需要不同的測試方法，來完成汽車和 IVN 的設計、 驗證、調試、排障、維護和保養。

發展趨勢：處理數據、以太網

今天，許多汽車包含著八十幾個電子控制單元(ECUs)。 到目前為止，CAN、LIN、FlexRay、MOST 和 SENT 一直承載著這些 ECU 和各種機載系統之間的信息， 比如發動機、傳動系統、傳輸、剎車、車身、懸架、 信息娛樂系統等 ( 表 1)。此外，蜂窩和非蜂窩無線技 術 ( 如藍牙、WLAN 和 GNSS) 正把外部數據流傳送 到信息娛樂系統、導航系統和交通信息系統。

在未來幾年中，我們預計每輛汽車中都會看到超過 100 個 ECU，聯網的車內網絡每天會承載幾 TB 數據。我 們 預 計 汽 車 將 繼 續 采 用 CAN、CAN-FD、LIN、 FlexRay、SENT 和 MOST；但是，當前頂端數據是 FlexRay 的 10 Mbps 及 MOST 的 150 Mbps。當然， 想“走得更快”總是說易行難，業界普遍采用 CAN 總線要求進行大規模重新設計，才能提供必要的速度、 安全性和向下兼容能力。

隨著傳感器的數量越來越多，靈敏度越來越高，它們 會產生龐大的數據。可以想象，10~20 個攝像頭，提 供 360 度全景視圖，所有攝像頭都發送 1080p ( 現在 ) 或 4K ( 將來 ) 高清數據流，像素深度從 16 位提高到 20 位甚至 24 位。這些數字正在迅速疊加在一起：一 個支持 24 位像素深度的 4K 攝像頭以每秒 10-30 幀的 速率，生成每幀 199 Mb 的數據。2 盡管 1 Gbps 速率 現在可能足夠了，但很快就需要 10 Gbps ( 圖 1)。

目前，IVNs 采用預處理硬件，在傳感器上執行數據精 簡 ( 即壓縮 )。遺憾的是，這會引入時延，影響響應時 間，同時還會降低圖像質量，從而限制可用的檢測距 離。一個新興解決方案是以 2 - 8 Gbps 速率把原始 數據傳送到集中式片上系統 (SoCs) 或通用處理單元 (GPUs)，SoC 或 GPU 可以對輸入的實時數據進行壓 縮。IVNs 正從扁平結構轉向域控制器結構，在域控制 器結構中，傳感器會把原始數據傳送到中央處理單元。所需的通信流量正在不斷擴大，并隨著汽車到基礎設 施 (V2I)、汽車到汽車 (V2V) 和汽車到萬物 (V2X) 技術 不斷演進。所有這些都將在汽車操作和人機交互中發 揮重要作用。

挑戰：并排測試多條總線

測試挑戰 #1：調試總線問題

CAN、LIN 和 FlexRay 均是相對成熟的總線協議，設 計目標是強健、容易集成。即便如此，車載通信可能 仍會受到噪聲、電路板布線及啟動 / 關閉定時的影響， 產生總線錯誤過多及鎖定等問題。

CAN、LIN 和 FlexRay 的常見問題包括排除信號問題， 調試解碼后的協議，了解多條通道、傳感器和激勵器。在 SENT 中，很難先配置示波器解碼快速和低速通道 SENT 消息，然后再觸發解碼后的信息。如前所述，多條總線在汽車封閉的空間內同時運行， 可能會產生 EMI，導致信號質量差。預一致性測試可 以幫助您隔離和識別信號質量問題和總線性能問題 的成因，另外還可以改善針對相關標準通過 EMI 和 電磁兼容性 (EMC) 正式測試的能力，如 CISPR 12、 CISPR 25、EN 55013、EN 55022 ( 被 EN 55032 替代 ) 和 CFR Title 47, Part 15。

測試挑戰 #2：檢驗電氣一致性

保證汽車之間及汽車內部可靠的低時延數據流，對整 個系統的安全運行至關重要。與 CAN、 LIN 等不同， 汽車以太網擁有 IEEE 和 OPEN 聯盟規定的一套復雜 的合規測試，包括各種電氣要求，以確保滿足標準。 這些測試通常在設計、驗證和生產過程中執行。在汽 車以太網中，物理 (PHY) 層電氣測試覆蓋發射機 / 接 收機（收發機）性能的多個關鍵指標，如表 3 所示。 這些測量的具體目標，是測試物理介質連接（PMA） 相對于各種電氣參數據的一致性。

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