车载网络趋势与演进

随着车辆愈发先进，有助于提升道路安全性能、提供驾驶辅助功能以及提高能效，其底层技术的重要性也随之增加。无论是传统的内燃机（ICE）驱动车辆、混合动力汽车还是纯电动汽车，汽车设计中都包含了数十种传感器、微控制器及执行器，所有这些器件都会产生或处理大量的数据。

现代车辆不仅仅是一种交通工具，更是车轮上的先进计算平台。与所有计算系统一样，有效传输数据的能力对于这类系统的平稳运行和安全操作至关重要。

常用车载网络技术（IVN）

电子技术在车辆中已应用数十年，提供了许多实用功能，通常是为了增强安全性或娱乐性。在早期，这些功能很多都是独立存在的，既不向车辆的其他系统提供数据，也不依赖于其他系统产生的数据。然而，随着技术的进步，集成化带来的优势逐渐显现，汽车专用的网络技术随之应运而生。

在车辆中普遍采用的协议包括LIN总线（Local Interconnect Network, LIN）、CAN总线（Controller Area Network, CAN/CAN-FD）、FlexRay总线以及MOST总线（Media Oriented System Transport, MOST）。虽然每种解决方案都有其独特之处，并可满足不同的设计考量，但更重要的是，这些现有的技术方案难以满足现代车辆日益增长的需求。

LIN总线是一项成本效益高的技术，对于低数据速率（<20kbps）的应用场景来说易于实施和部署。然而，由于其带宽有限，并且系统节点数量被限制在12个以内，这限制了它在现代车辆中的价值。

CAN总线（以及后续迭代版本如CAN-FD）因其非常稳定可靠且相对不受电气干扰和噪声影响，在车辆和其他安全关键系统中得到了广泛应用。然而，有限的带宽（通常约为2Mbps）限制了它在某些数据密集型应用（如信息娱乐系统和摄像头）中的使用，同时也限制了节点的数量。目前，新的CAN-XL标准正在开发中，以处理更高速度并具备与以太网衔接的能力，但对于许多工程师来说，直接过渡到全以太网解决方案看起来更具吸引力。

FlexRay总线提供了精确的时序和同步功能，使其适用于诸如线控驱动等时间关键型应用。然而，与其他方式相比，复杂性限制了其普及程度。

MOST总线 仅用于信息娱乐系统，其适用性有限且成本高昂，因此随着该技术的逐步淘汰，已被其他解决方案所取代。

以太网被许多人视为替代现有多种解决方案的理想选择，它可以提供高带宽和低延迟的通信能力。然而，现行的以太网协议存在一个问题，即其固有的载波侦听多路访问/冲突检测（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD）机制，这意味着无法实现确定性操作，从而不适用于任何时间敏感的应用场景，比如线控驱动等。此外，以太网技术的成本也是一个问题。然而，考虑到以太网的巨大潜力，现在已经出现了如10BASE-T1S这样的确定性协议，它包含了物理层冲突避免（Physical Layer Collision Avoidance, PLCA）机制（参见图1），为时间关键型应用提供了所需的性能。此外，汽车以太网设备的成本正在迅速下降，这使得更多的汽车制造商能够应用高带宽特性。