2014年8月12日 星期二

‧ 打破堅冰,乙太網侵入汽車領域

leiphone 碧雲濤

百兆1
自從特斯拉橫空出世以後,智慧汽車的概念為世人所普遍接受,汽車電子化大潮洶湧澎湃。從簡單的燃油噴射到先進的發動機系統、駕駛員輔助系統、氣囊、安全系統、資訊娛樂系統、胎壓監測系統以及後視鏡、雷達等安全輔助系統,我們已經見證了車內電子系統的巨大變革。
然而真正的聯網汽車需要的不僅僅是這些孤立的技術。要想汽車內部各個系統間的資訊暢通傳輸,需要一種快速、可擴展、高適應能力和更具性價比的網路通訊協定標準。
今天汽車中廣泛應用的是網路是CANLINFlexRay以及MOST,它們主要應用於車身電子和一些關鍵的安全性應用,如電動車窗/車門/車椅控制、電動雨刷、引擎控制、安全氣囊控制等,這些應用的特點是需要傳輸的資料量較小,但要求非常高的即時性和可靠性。
CAN現場匯流排的最大頻寬只有12Mbps,隨著越來越多的高清視頻應用進入汽車,如ADAS(先進輔助駕駛系統)360度全景泊車系統和藍光DVD播放系統,汽車網路必須支援從車頭和車尾即時地向駕駛員前面顯示面板傳送720p以上高清視頻,這時候CAN匯流排頻寬已經遠遠不夠用了。這也是為什麼當今汽車業界在發展MOST多媒體匯流排的背後原因。
MOST匯流排的頻寬是夠了,它能提供的最大頻寬是150Mbps,但MOST是共用匯流排,也就是多個設備共用這150Mbps頻寬,當某個設備佔用大頻寬的時候,別的設備可能就沒有資源了。例如,當後座乘客在看藍光DVD影片時,駕駛員從ADAS看到的圖像可能就會時斷時續。
此外,ADAS系統在車身周圍都配有很多攝影機,現在這些攝影機都是類比的,但現在有一個趨勢是,這些類比攝影機要全部轉向數位攝影機,而且解析度至少要達到720P。要傳輸這麼高清晰度的資料信號,目前都是用壓縮的方法做的,但壓縮過以後還是需要30M頻寬,可以想像如果不壓縮的話,需要的頻寬就更多了。這麼多數位攝影機如果同時工作,MOST匯流排就已經滿足不了需求。
adas

乙太網技術應用已久,遍佈資料中心、運營商和企業級網路,目前正在向汽車行業滲透,車載乙太網提供了一種擴展能力更強、更開放的架構。與MOST相比,乙太網採用的是星形連接架構,也就是每一個設備或每一條鏈路都可以專享100M的頻寬,這樣無論今後汽車內要增加什麼高頻寬應用,都不用擔心匯流排頻寬問題。更重要的是,乙太網使得客戶只需使用單對非遮罩雙絞線就可以實現100Mbps頻寬,從而為汽車市場提供了業界成本最低的高頻寬連接解決方案。
目前汽車中採用的FlexRayMOST匯流排使用LVDS電纜來傳送大頻寬資料,但LVDS為了滿足汽車對電磁輻射的要求,需要有很厚的遮罩層,同時連接器也是非常的複雜和昂貴。
博通的BroadR-Reach技術使得普通的非遮罩雙絞線就能夠實現現在LVDS做到的事情,互連成本能降低80%,線纜重量減少30%,這可使得同樣的燃油能跑更多的路,這一點對新興的電動汽車來說特別具有意義。成本低廉的乙太網目前已經解決了此前汽車業內最擔心的即時性、可靠性和安全性問題,未來很有希望成為汽車市場的一匹黑馬。目前寶馬汽車已經在2013年推出的X5中採用博通乙太網解決方案,其它汽車製造商也還在積極評估中。
那麼,為什麼此前100Mbps乙太網沒能進入汽車市場呢?“傳統的100Mbps標準乙太網解決方案之所以進不了汽車市場,主要是因為它必須用兩對或四對非遮罩雙絞線進行傳輸,實體層內部的工作頻率要到200MHz左右,其電磁輻射量沒有辦法滿足汽車對EMC的要求。”
博通基礎設施與網路事業部汽車網路產品線副總監Timothy Lau說,“現在的方案之所以能滿足汽車對EMC的要求,主要是實現了兩大改進:一是它支援用單對非遮罩雙絞線線就可以進行100M資料的傳輸。二是博通成功降低了實體層的工作頻率,晶片內部的工作頻率只需50M左右。”
它除了可以滿足汽車非常嚴格的EMC要求,而且還可以滿足極高的溫度要求,它的工作溫度範圍是軍用級或汽車級的,達到-45℃到 125℃。Timothy Lau表示,這款產品甚至可以用在汽車引擎附近,而汽車引擎附近通常是汽車內溫度最高的地方。
整個汽車半導體市場呈非常快速的增長態勢,在2009年的時候,這個市場還大約只有150億美金,但預計到2015年,這個市場將膨脹到260億美金。
汽車對車載電子設備的需求在過去10年中翻了一番,而且除了數量上增加以外,複雜性也在不斷增加。一個典型的例子是ADAS,其它典型例子包括:車內資訊娛樂系統、藍光DVD播放系統和高清顯示應用。這些越來越複雜的車載系統需要的頻寬也越來越多,對車內的互連系統提出了一個更苛刻的需求,要求的頻寬也隨之大幅增加。
由於汽車智慧化聯網化的趨勢不可逆轉,與IT互聯網行業一樣,汽車行業另外一個發展趨勢也是希望新的互聯標準是開放性、相容性的架構,這樣他們可以很容易地把現有的應用嵌入到新的系統裡去。在不增加成本的前提下,這些汽車廠商希望把車內的網路統一簡化,將目前車內的CANLINFlexRay網路都統一到一個簡單的、成本低的乙太網路上。
Timothy Lau認為:“這是我們的遠期目標,在此之前,我認為將是CANLIN和乙太網共存的狀態。我們將在8-10年內看到車用乙太網開始取代CAN。”但有鑒於汽車產業行動較為緩慢的特性,車用乙太網到底會在多快的時間內滲透到汽車,而且數量會有多少?仍是產業界所強烈質疑的問題;甚至汽車產業分析師們的意見也大不相同,對2020年車用乙太網節點數量的預測,從1.2億到3億都有。
為了促進乙太網在汽車中的應用,博通和業界的一些業內廠商(如寶馬、現代、路虎、NXP、飛思卡爾和哈曼)共同倡議建立了一個OPEN聯盟,這個聯盟的目的是促進新一代車內乙太網路系統的發展,同時推動乙太網解決方案在下一代汽車網路內得到大規模的應用。
除了上述提到的重要目標應用以外,汽車音響業也正在朝乙太網方向發展。OPEN聯盟的哈曼就是專門做車載音響系統的,他們現在就在開發基於乙太網的音響系統。估計,在未來會有越來越多的汽車音響廠商加入到這個標準中來。

乙太網是一種簡單、成熟的開放標準,每一種基於乙太網的應用都極大地降低了擁有成本。在征服電信骨幹網路以後,從PANWAN,乙太網幾乎可以說是無處不在了,現在它又要開始征服一個新堡壘——汽車。汽車行業的保守和封閉盡人皆知,但在互聯網的衝擊下,在汽車智慧化聯網化的潮流中,汽車廠商也不得不低下高傲的頭顱,擁抱開放互聯的標準。

                                                                                                                                                                                                                            

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