隨著傳感器數據量的爆炸式增長，汽車通信系統正在被重新設計構建。

市場對更復雜、更安全的車載電子產品的需求打響了一輪新的裝備競賽，迫使著汽車制造商們重新審視日益智能化的汽車通信系統。

就在不久之前，現代車輛部件之間的通信還是十分簡單的，車輛之間的通信也彷如天方夜譚。然而隨著當代技術的突飛猛進，汽車內部、汽車之間以及汽車與基礎設施之間的電子設備間的快速并安全的聯絡通信已經成為了輔助和自動駕駛車輛的關鍵。

然而，并非所有通信技術都已完善到位。除非有新的解決方案，汽車OEM廠商們將不得不放棄引入某些功能，特別是在自動駕駛方面。Valens Automotive公司高級副總裁兼總經理Micha Risling表示：“我們一直在處理大量有關汽車的動態數據，我們深知通信問題亟需解決。我們現在面對的不是一場演變，而是一場關于互通互聯的徹底的變革。這種變革也同樣適用于所有正在被應用或將要被用于自動駕駛汽車的不同元素。而這一切都在從根本上改變汽車的設計方式。”

傳感器數量的激增是迫使通信技術進步的推動力量之一。目前有超過16種不同類型的傳感器：激光雷達、雷達、加速度傳感器、陀螺儀、壓力傳感器等，所有這些都需要與車輛中的ECU相聯。隨著更多自動化功能被添加到車輛中，這個數字將會顯著增長。

“車輛之間的通信以及車與基礎設施間的通信的日益增加意味著車載雷達系統的數量將會不斷增長。”汽車傳感器制造商UMC公司市場營銷副總裁Steven Liu表示，“這些系統所需的技術設備包括汽車的防碰撞雷達和全球定位系統，以及與交通信號燈和車輛調度員進行交互所需的傳感器。這些系統可與現有系統相結合，如乘客舒適度和信息娛樂控制系統，以及調節溫度、胎壓和汽油的發動機監控子系統。長途貨運汽車還將需要能夠進行負載平衡、負載轉移、曲線和風切變的控制系統，以確保貨物在運輸過程中的完好無損以及集裝箱在整個行程中的安定穩固。所有這些5G通信應用程序對于系統執行各自的操作能力都是至關重要的。”

但是由于受制于現有的技術和連接解決方案，有線集群和各種線束成為了向前發展的一大難題。另一大難題則是軟件的代碼數量。作為參考，自動駕駛車輛的軟件代碼量可能比F-35噴氣機多出100倍；原因在于自動駕駛車輛需要處理比噴氣式飛機更多的操作場景。

“當飛機進行自動駕駛時，99%的時間無需擔心與另一架飛機相遇。”Valens公司的Risling表示。 “而當你將飛機與在曼哈頓或拉斯維加斯進行自動駕駛的汽車相比，僅僅是考慮到每秒所需要處理的潛在路況，你就會立刻明白為什么我們會需要如此大量特殊、精細、先進、復雜的軟件代碼來處理汽車問題。這對于ECU及傳感連接來說皆是如此——尤其是在涉及自動駕駛汽車的情況下。處理安全問題時，大量的冗余設計便是必不可少的,而冗余設計又會使架構復雜化。更多的ECU導致產生更多的連接點，為此我們需要更高級的連接，”Risling解釋說。

投注以太網

目前，汽車生態系統將汽車以太網作為車載通信的主要技術規范。在投入應用的四十多年以來，以太網在各種環境條件下都表現出色。

圖：出售的以太網網線。來源：亞馬遜。

這促使了像Marvell這樣的芯片制造商將之前汽車的獨立部分（如信息娛樂系統、先進駕駛輔助系統（ADAS）、車身電子設備、控制系統等）用以太網作為高帶寬、基于標準的信息支持主干聯接起來。未來，這些信息將被用于聯接自動駕駛車輛所需的其它傳感器，不僅滿足汽車內部的聯通性，更能實現汽車的外部相聯。

“以太網市場歷來被分為兩個不同的細分市場。”Marvell公司聯接、存儲和基礎設施業務部營銷總監Venu Balasubramonian表示， “一方面，數據中心的速度為每秒25/50/100/400千兆位，這將帶動帶寬的發展。這是第一個細分市場；另一個細分市場則是采用銅線的企業，它們有10 Gbps。而現在，隨著電子產品的發展，出現了第三個即汽車以太網的細分市場。所有數據和交換都需要帶寬，以太網也需要加強。”

他指出，汽車市場最終可能需要100 Gbps以太網來傳輸圖像傳感器的所有數據。此外，通過利用以太網低成本和高帶寬的特點，新的應用程序將被添加到下一代汽車架構中，其中甚至包括還未想到的功能。

如今，一輛汽車可能會與多個ECU進行交互。OEM廠商們正在研究相關支持技術用以連接大量的ECU，這實質上就是以太網總線。兩種不同的標準（AUTOSAR和Open Alliance）正在推動以太網的使用和測試標準化。

事實上，考慮到未來自動駕駛汽車的安全性和可靠性問題，對汽車以太網進行測試是至關重要的。

目前，汽車以太網測試有三種不同的類別：

• 一致性測試。這確保了實現以太網協議的每個軟件都符合協議本身。這一類別需要進行大量案例測試。

• 集成性測試。這確保了整個網絡和基礎設施能夠按預期運行。在這種情況下，通常使用集成測試來測試基礎架構的魯棒性。

• 性能測試。此類別用于測試吞吐量、軟件端和網絡端負載的性能。此測試通常會有不同的類別，其中大部分都是在軟件端完成的。

可以肯定的是，由于存在低成本的互連介質（雙絞線）、長距離傳輸和非傳統的多級信令（PAM-3），從一個汽車以太網控制器向另一個傳輸信號是極具挑戰的，Cadence公司PCB、IC封裝、信號及電源完整性產品管理總監Brad Griffin表示，“多個模塊的整合需要通過一致性測試。仿真工具可以提供虛擬的一致性測試，以確保在設計模塊之前滿足標準要求，減少實驗室測試過程中發現的錯誤數量，從而有助于加速產品上市時間。”

其它挑戰

從IP角度來看，汽車以太網面臨的一個重大挑戰是增加了時間敏感網絡（TSN）的設計。

該領域的研究并不缺乏。“汽車以太網的發展需要迅速有力的行動。”New Hampshire大學InterOperability Laboratory（IOL）實驗室（該實驗室為汽車中的BaseT以太網執行PHY一致性的半導體測試）的以太網技術高級經理Curtis Donahue表示，“OEM廠商們想要在很多領域迅速解決很多問題，這就是為什么很多改變在同時發生。當談到自動駕駛時，很多人都會想到無線車輛通信——無論是車對車還是車對基礎設施——這無疑是自動駕駛生態系統中正在萌生的一大組成部分。但是即使有了無線技術、車載通信，比如可以收集來自所有傳感器、所有攝像頭的信息——所有帶寬都依然需要擁有非常可靠的車載通信網絡。這就是BASE-T1技術開始介入并取代CAN和FlexRay技術的領域，它可以提供更好的帶寬，從而實現即將到來的自動駕駛時代。”

就如何提高設計的易測性而言，Donahue表示，基于實驗室對適用于未來BASE-T1技術的100BASE-T1的經驗，IEEE規范并不能簡潔明了的說明測試的方法，“它表明了測試的要求和適用范圍，但忽略了如何實現測試的方法。芯片供應商們早已注意到IEEE在面對很對領域的問題時可能會說'這是一個要求'，但這個問題不一定是可以測試的。在存在內部信號的區域，芯片供應商通常不會將其引出至專用引腳以供測試和測量設備的觀察。在這些領域，要明確'合格'與'失敗'的界限是非常困難的。而這往往會令芯片供應商對此感到困惑和挫敗，因為IEEE標準并不直接表明其必要性、而是使其具備可測試性。因此我們應該意識到，要獲得全面的、100%可測試的報告并非易事。”

結語

汽車以太網被認為是實現車輛連接的有效方法。它易于理解，價格合理且經受過時間的檢驗。此外，我們還有一個提高數據傳輸速率的發展藍圖，目前這個速度僅次于光速。

盡管如此，在解決方案之間的相互操作性和以太網規范的理解等方面還有很多工作要做。雖然目前在車載通信方面以太網看似是贏家，但也有其他方案正在處于討論研發階段。就像快速發展的汽車市場一樣，一切皆有可能。