【導讀】在汽車新四化（電動化、網聯化、智能化、共享化）和軟件定義汽車的浪潮下，汽車正經歷著一場深刻的架構變革。曾經的分布式架構，已無法滿足日益復雜的汽車功能需求。汽車電子電氣正在朝著域架構、跨域架構和集中式架構加速演進。安富利密切關注汽車變革趨勢，攜手合作伙伴積極布局汽車相關的解決方案，助力客戶構建下一代智能網聯汽車開發(fā)。
在汽車新四化（電動化、網聯化、智能化、共享化）和軟件定義汽車的浪潮下，汽車正經歷著一場深刻的架構變革。曾經的分布式架構，已無法滿足日益復雜的汽車功能需求。汽車電子電氣正在朝著域架構、跨域架構和集中式架構加速演進。安富利密切關注汽車變革趨勢，攜手合作伙伴積極布局汽車相關的解決方案，助力客戶構建下一代智能網聯汽車開發(fā)。
汽車架構演進背后的驅動力，是車內電子控制單元（ECU）數量的指數級增長。從平均20-30個，飆升至100多個，甚至數百個。龐大的ECU數量，對車內網絡帶來了嚴峻挑戰(zhàn)：數據傳輸速度慢、延遲高、可靠性差，嚴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。預計到2030年，95%的售出新車將實現互聯。
為了應對這些需求和挑戰(zhàn)，車載網絡也必須升級換代。據億歐智庫《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，向“以太網為主、CAN及其他總線為輔”的域集中式架構轉變。
目前的車載網絡技術：CAN總線為主
車載網絡（IVN）是現代汽車的命脈，為其多功能性提供關鍵支撐。它負責傳輸各種數據流，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)以及無線電波雷達和光檢測激光雷達等遙感技術，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，車載網絡主要采用CAN、LIN、FlexRay、MOST、LVDS和車載以太網等多種總線技術。其中，CAN總線憑借其低成本、可靠性和易于實施等優(yōu)點，成為目前應用最廣泛的標準協(xié)議，廣泛應用于車身控制、動力系統(tǒng)管理、底盤控制等領域。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，隨著汽車電子產品數量的激增和功能的不斷升級，CAN總線技術由于其半雙工通信模式和有限的傳輸速率，已經難以滿足現代汽車網絡對高速、實時、雙向數據傳輸的需求。此外，傳統(tǒng)總線的復雜拓撲結構和冗余的協(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到2.5英里，一般汽車中長達數英里的銅線重達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，汽車以太網憑借其高帶寬、輕量化線束和高成本效益，或將成為車載網絡的重要通信技術。
取代CAN總線？10BASE-T1S成為車載網絡的趨勢
當今，隨著汽車逐漸向區(qū)域性電子電氣（E/E）架構發(fā)展，勢必要將汽車以太網連接到邊緣傳感器和執(zhí)行器。以太網應用有望從智能座艙等局部應用擴展到最終成為車載通信的骨干。
單對10BASE-T1S以太網正在成為車載網絡的理想選擇。10BASE-T1S于2019年獲得批準，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，可以在25米或更遠的距離上處理至少8個收發(fā)器節(jié)點或設備?！癝”表示短長度或短范圍。
單對以太網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制（PAM）信號相比，10BASE-T1S使用差分曼徹斯特編碼（DME）來降低復雜性和成本。10BASE-T1S提供比CAN-FD更快的通信速度，并且有機會省掉CAN和FlexRay等傳統(tǒng)網絡協(xié)議。10BASE-T1S啟用“全以太網”IVN方法來支持點對點和多點傳輸。其多點功能適用于長達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，它不需要網關將CAN或CAN-FD轉換為以太網，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（CAN）拓撲快2到3倍，與CAN的2Mbps和CAN-FD的5Mbps相比，10BASE-T1S可達到10Mbps。
此外，它還受益于使用與100/1000BASE-T1以太網相同的軟件堆棧。除了不同的PHY之外，兩者之間不需要額外的網關。隨著軟件定義車輛（SDV）架構的出現，以太網的另一個優(yōu)勢是它無需通過網關來進行固件更新，從而簡化了軟件管理。
結語
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準可以適應。安富利正攜手長期合作伙伴安森美公司共同推動10BASE-T1S技術的普及應用。安森美將于今年推出支持汽車10BASE-T1S技術的NCV7311和NVN7410系列芯片，為客戶提供全面、可靠的車載網絡解決方案。這些MAC和PHY收發(fā)器器件將推動汽車產業(yè)轉型升級，共創(chuàng)智能網聯新未來。
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