今天的汽車正迅速成為車輪上的數據中心。

碰撞檢測、車道偏離預警和自動駕駛等功能已經或者即將進入市場。這些出色的安全特性需要車輛具備強大的安全數據處理、網絡通信和存儲能力。一個典型的例子就是后視或環視攝像頭系統等高級輔助駕駛系統（ADAS），它們就需要很高的數據吞吐量。

汽車技術下一步發展的行業口號是“更大帶寬”，以太網/車載網絡（IVN）就可以實現這種能力，它可以通過車輛中無處不在的物理網絡提供高速通信主干。那么，我們要如何實現這一目標呢？

接下來，我們將探討各種單對以太網標準，并解釋它們如何協同工作，為攝像頭視頻、GPS、關鍵安全系統等各種應用構建優化的車載通信網絡。

單對以太網（SPE）

全球大多數以太網電纜以傳統的以太網布線方式作為標準，使用兩對線纜來傳輸數據；而車載以太網采用的是單對、雙向、雙絞、非屏蔽的布線方式，并通過數據線供電（PoDL）技術，在傳感器和云端之間實現并行、高性能的數據和電力傳輸。

這項技術可以讓電纜的重量更輕、成本更低，并可以減少車輛內部空間占用，從而提升燃油效率、簡化安裝過程。

單對以太網技術基于多項IEEE標準。其中，IEEE 802.3bw和802.3bp是首批相關標準，分別對應100BASE-T1和1000BASE-T1技術，能夠支持100Mbps/15m和1Gbps/40m的速度和距離限制。這些基于標準的技術可以輕松滿足未來汽車的需求。

這兩項標準正推動諸多車載創新應用的發展，例如車內通信、測量與校準、通過DoIP進行診斷，以及電動汽車與充電樁之間的通信等。以太網為車輛提供了靈活的模塊化結構，同時也非常適合車輛中的特定安全解決方案。此外，以太網在互聯網上也具有安全性。

傳統以太網與車載以太網

以太網技術可用于車內通信、測量與校準，以及通過DoIP進行診斷。DoIP通過將診斷信息封裝在以太網幀中，實現診斷測試儀與車輛間通信。使用DoIP訪問車輛時，可通過現有診斷連接器的可自由分配引腳實現向后兼容。DoIP能夠輕松集成到各種網絡結構中，甚至包括WLAN。 車載以太網是一種不同于傳統以太網，并且要求更高的技術。所有車規級以太網產品都需要通過AEC-Q100認證，并且要支持汽車行業的生產件批準程序（PPAP）。

車載以太網與標準以太網的一個主要區別，在于汽車應用中的EMC和溫度環境要嚴苛得多。此外，車載技術還需要更高的平均無故障時間（MTBF）以確保更高的可靠性。可重復性/更高的MTBF和可預測性對于汽車安全至關重要，因為一旦發生故障，便可能導致人員傷亡，因而車載應用必須符合安全/ASIL（ISO26262）標準。

在某些車載以太網應用中，硬件認證是必需的。車輛傳動系統通常需要更低的延遲，以便在公路和道路行駛中實現快速反應。此外，電子控制單元（ECU）的硬件和軟件也必須進行驗證。一輛普通的汽車內會安裝100多個ECU，用于控制制動、發動機、變速器（傳動系統）、轉向、攝像頭、無線通信等各個方面。

這些器件設計用于極端工作條件，即使在極端溫度下也能提供實時響應和高可靠性。

當今車載技術

一輛普通的汽車內會安裝多種通信系統，包括CAN、LIN和FlexRay等。這些系統將在汽車中繼續存在一段時間。不過，以太網才是車載網絡的未來，尤其是單對以太網，它可以在一條鏈路上傳輸比當前CAN總線快100倍的數據。

根據IEEE的規定，到2020年底，所有主要原始設備制造商（OEM）都應在量產車型中采用100BASE-T1規范，通過非屏蔽電纜實現100Mb/s的數據傳輸速率，從而取代大多數其他車載通信系統，并有助于降低車輛成本。

100BASE-T1于2013年首次應用于量產車型，并于2015年通過IEEE 802.3bw《IEEE以太網標準修訂案1：單對平衡雙絞線電纜100Mb/s傳輸的物理層規范和管理參數（100BASE-T1）》實現標準化。LAN8770就是一款符合100BASE-T1規范的以太網PHY收發器。（請參閱以太網評估板EVB-LAN8770-RMII，這款插件卡可直接連接到匹配的Microchip主機處理器或控制器板。）

汽車從外部接收的信息越來越多，必須通過快速連接來為終端用戶處理這些數據。（來源：BlackBoxGuild - shutterstock.com）

下一代的1Gb/s技術如今也已應用于汽車領域；1000BASE-T1（2016年，IEEE 802.3bp《IEEE以太網標準修訂案4：單對雙絞線銅纜1Gb/s傳輸的物理層規范和管理參數》）和1000BASE-RH（2017年，IEEE 802.3bv《IEEE以太網標準修訂案9：塑料光纖1000Mb/s傳輸的物理層規范和管理參數》）已于2019年啟動首次量產（SOP）活動。

另外兩項新的IEEE標準化規范速度分別為10Mb/s（IEEE 802.3cg）和2.5/5/10Gb/s（IEEE 802.3ch），分別于2019年和2020年發布。10Gb/s以上的標準化工作（IEEE P802.3cy和IEEE P802.3cz）正在進行中。

與車載以太網競爭的通信技術

100Mb/s和1000Mb/s以太網解決了車載網絡（IVN）技術在速度上的明顯差距。然而，車載以太網在各個新的速度等級中都面臨著更多競爭對手：低速方面有FlexRay、各種CAN變體和A2B音頻總線，高速方面則有SerDes、USB和PCIe。通常，專用技術在初期會具備優勢，因為它們針對特定用例和領域進行了量身定制和成本優化。2.5/5/10G Base-T1將在2025年應用于ADAS和自動駕駛汽車，每輛車平均配備100多個以太網端口。

為單一用途開發的技術應用于其他用途時，可能會迅速暴露出僵化、高成本的問題。而像以太網這樣的全球標準化技術，會在測試機構、供應商、智能工具、培訓以及多樣化產品組合等構成的認證生態系統支持下不斷發展，這對于OEM在降低風險等方面至關重要。

車載以太網的前沿技術解決方案是怎樣的？

IEEE指出：“……車載以太網普及的進展是顯而易見的。”全球汽車行業正在思考標準化車載網絡（IVN）基礎和IEEE 802.3以太網以及P802.1DG的發展方向，這些話題已成為業界熱點。 所有主要OEM都承諾在量產車型中引入100BASE-T1規范，通過非屏蔽電纜實現100Mb/s數據傳輸速率。全球汽車行業的決策者們需要共同解決汽車網絡通信這一難題。以太網很可能成為贏家，因為它可以在所有軟件和協議棧層面提供理想的解決方案。