一文詳解車載以太網

I.車載以太網總線介紹

1.1 以太網讓連接更容易

以太網技術在生活中的應用隨處可見，日常電腦上網，或者手機上網都與以太網密不可分。現在汽車中的5G車聯網、V2X，以及后面汽車的智能化應用這些都跟以太網技術密不可分。

1.2 車載以太網最大優勢：帶寬高，成熟度高

車載以太網的普及主要依賴于以太網的兩個優勢：帶寬高和成熟度比較高。車載以太網帶寬目前有100M或者1000M，甚至隨著技術的發展后面可以達到2.5G、5G、10G的帶寬。目前工業以太網已經可以達到100G的帶寬，從工業以太網應用到車載以太網應用主要解決汽車上EMC的問題，不需要做單獨的驗證或者技術難題攻關，相當于可以直接拿來應用，這對車載以太網的發展是非常有利的，所以說車載以太網的成熟度比較高，這也是車載以太網廣泛應用的重要原因。

汽車技術的發展對以太網需求明顯提高：

1）隨著高算力，多功能，中央化智能ECU出現，刷寫速率以及迭代速度要快；

2）高階智能駕駛，針對時延以及帶寬，提出了更高的要求；

3）新能源換電，針對換電站的WIFI需求，無線靈活化；

4）智能車聯網，極致的座艙享受，消費&汽車一體化

降本增效，使用以太網AVB/TSN技術實現視頻傳輸，節省LVDS專用線束成本。

1.3 常見以太網線束分類

一對雙絞線

兩對雙絞線

OBD對外通信通常使用的是3、11、12、13 這四個引腳，外加一個引腳8做DOIP激活，在這里面，用于數據傳輸的是3、11、12、13，這四個引腳用了兩對雙絞線，這四根線跟外部網線中四根進行連接，從而實現跟診斷儀或PCG進行數據傳輸。

網線的采用四對雙絞線，一般一百兆網絡的話會用到里面1，2, 3,6四根。OBD口的四個引腳要跟網線里某四根線進行一一匹配才能進行車外通信。

II.車載以太網協議分析

2.1 以太網經典OSI(Open System Interconnect)七層模型，由ISO組織發布

以太網經典OSI七層模型以及對應的解釋見上圖，同時列出了TCP/IP五層模型進行對比，對比來看，OSI和TCP/IP本質描述的都是同一個東西，只不過OSI將TCP/IP最上方的應用層詳細的分解成三層，做了詳細的功能描述，這樣方便加深理解。但是在實際學習和實施中，更多的是按照TCP/IP的五層模型進行。

OSI模型協議分布

2.2 以太網幀結構

以太網幀結構見上圖，我們能夠抓到的以太網報文幀從目標MAC地址開始到IP數據報，前面的前導碼和幀開始符再被抓包前就已經被解析掉了，幀跟幀之間存在幀間距。

因此以太網幀由目標MAC地址、源MAC地址、幀類型以及IP數據報構成，其中IP數據報有一個規定的長度，從46字節到1500個字節，因此以太網存在最大幀和最小幀：

1）以太網最大幀：

6+6+2+1500+4=1518字節

2）以太網最小幀

6+6+2+46+4=64字節

2.3 IP及子網掩碼：子網掩碼不能單獨存在，它必須結合IP地址一起使用

1）子網掩碼作用：就是將某個IP地址劃分成網絡地址和主機地址兩部分

2）例如192.168.1.1/24或者192.168.1.1，255.255.255.0，則主機數2^8-2=254

以太網路由示例：

以PC訪問百度（www.baidu.com）為例，對于PC來說，它壓根不知道也關心www.baidu.com

是在北京還是深圳，它只需要根據它的缺省網關去做路由，知道把IP往哪里送即可，就好比我們寄快遞到北京，快遞員從這個片區收件后，他不需要知道去具體北京的路線，

他只需要把物件送到下一個匯聚點就可以，就像接力一樣。這就是以太網通信的概念，因此，在進行以太網通信設計時，需要考慮把信息發送給誰。

電腦獲取網卡IP信息

2.4 以太網DOIP協議

上圖為抓取的一個DOIP報文，這里注意一下，圖中的幀不包括前導碼、幀起始符、CRC校檢部分，這些已經被剝離掉，特別是CRC校驗，如果這個幀能被抓取到，那么意味著CRC校驗一定是通過的。

圖中整個DOIP報文一共有69個字節，分別是：

14字節數據標層，包含6個字節的源MAC，6個字節的目的MAC，2個字節的幀類型，
然后是IPV4，一般缺省是20字節，在某些情況下會額外有一些option字段，這樣可能就不止20字節，這種情況用的比較少，可以僅做了解，

再往下是TCP，同樣缺省是20字節，在極少數的情況下會額外有一些option字節

DOIP協議有8個字節的header，注意一下header中不包含邏輯地址。

以上就是DOIP協議的幀結構

2.5 以太網SOMEIP協議

SOMEIP協議幀結構見上圖，SOMEIP就是我們常說的SOA用的協議一種。SOMEIP幀結構跟DOIP幀結構類似，前面的部分基本差不多，SOMEIP報文頭部有16個字節，包含Service ID，Method ID，長度等。不同的SOMEIP一個請求或者消息，它的payload需要不同的解析，因為不同OEM的payload定義是不一樣的，可能需要額外做一些插件進行解析。