第五章 车载以太网
车载以太网技术基础解析
车载以太网技术基础解析1 以太网常见缩略词汇总1）1TPCE = One (1) Twisted Pair 100 Megabit (C = century = 100) Ethernet1对双绞线 100M以太网2）RTPGE= Reduced Twisted Pair Gigabit Ethernet简化版双绞线千兆以太网3）GEPOF = Gigabit Ethernet Over Plastic Optical Fiber基于塑料光纤的千兆以太网4）100BASE-T1 = 100 Megabit Baseband One Pair100M以太网（1对双绞线）5）1000BASE-T1 = 1 Gigabit Baseband One Pair1000M以太网（1对双绞线）6）1000BASE-RH = Gigabit Ethernet Over Plastic Optical Fiber基于塑料光纤的千兆以太网7）OPEN / OPEN Alliance = One Pair Ethernet Network Alliance单对以太网网络联盟8）OABR = (OPEN Alliance) BroadR-Reach100BASE-T1的早期名称，当时IEEE没有参与，开放联盟将Broadcom的BroadR-Reach技术引入汽车领域；9）TSN = Time Sensitive Network时间敏感网络10）AVB = Audio/Video Bridging音视频桥接技术2 初步了解 100BASE - T1100BASE-T1 是在现有的以太网技术基础上进行的整合。
1）IEEE 100BASE-TX——双单工通讯—— MLT-3（多级传输）- ＞125Msps（百万抽样/秒）65~80MHz带宽）——两对双绞线——无纠错编码——DSP中没有回音和串扰消除技术——决策反馈均衡（DFE）图1. 双单工通信（两对双绞线）2）IEEE 1000BASE-T——全双工通讯——4D-PAM5 - ＞125Msps（百万抽样/秒）65~80MHz带宽）——四对双绞线——部分响应传输滤波器——纠错编码的附加级别——DSP中有回音和串扰消除技术——决策反馈均衡（DFE）图2. 全双工通信（四对双绞线）3）IEEE 100BASE-T1——全双工通讯——PAM3 - 66.7Msps（百万抽样/秒）27MHz带宽——单对双绞线——回音消除技术——决策反馈均衡（DFE）图3. 全双工通信（单对双绞线）3 以太网VS传统总线3.1 交换机式网络通信图4：CAN总线与以太网通信方式对比1）传统总线上所有节点都连接到同一个传输媒介中；例如一条CAN总线上就可以挂多个终端节点（ECU），同时该CAN总线上的电信号还会影响到挂在此总线上的所有终端节点，我们一般会把CAN 称为CAN Bus 或 CAN Network。
车载以太网讲解及降噪方法
车载以太网讲解及降噪方法一、车载以太网定义车载以太网是一种连接车内电子单元的新型局域网技术，在单对非屏蔽双绞线上可实现100 Mbit/s 甚至1 Gbit/s 的数据传输速率，同时满足汽车行业高可靠性、低电磁辐射、低功耗、带宽分配、低延迟以及同步实时性等方面的要求。
常用的以太网和车载以太网主要是在物理层不同，基本架构依然是MAC+PHY芯片+传输链路。
主要有100M和1G两种标准。
对于100M车载以太网在PHY层主要有两个规范：BroadR-Reach和100Base-T1，两者都是明确为汽车应用设计的，并且它们之间有很多重叠。
而1000Base-T1这是千兆车载以太网的物理层技术标准。
100Base-T1最显著的特点就是使用单对差分线实现数据传输，从成本上来说降低了线束的成本和重量。
办公用以太网采用了100Base-TX或1000Base-T标准，而用于汽车的以太网则规定使用100Base-T1或1000Base-T1标准。
二、车载以太网标准车载以太网标准化主要由IEEE802.3 和IEEE802.1 工作组、AUTOSAR 联盟、OPEN 联盟及AVnu 联盟起到主要的推动作用，标准化汇总如下表：三、车载以太网应用车载以太网被定义为下一代车载局域网络技术，短期内无法全部取代现有车载网络。
依据车载以太网在汽车网络上的应用过程，大致可分为3个阶段：局部网络阶段、子网络阶段、多子网络阶段。
局部网络阶段：可单独在某个子系统上应用车载以太网技术，实现子系统功能，如基于DoIP 协议的OBD 诊断、使用IP 协议的摄像头等；子网络阶段：可将某几个子系统进行整合，构建车载以太网子系统，实现各子系统的功能，如基于AVB 协议的多媒体娱乐及显示系统、ADAS 系统等；多子网络阶段：将多个子网络进行整合，车载以太网作为车载骨干网，集成动力、底盘、车身、娱乐等整车各个域的功能，形成整车级车载以太网络架构，实现车载以太网在车载局域网络上的全面应用车载作为支持ADAS的设备，各种传感器和摄像头已被逐渐配置于汽车中。
车载以太网协议
车载以太网协议车载以太网协议（Ethernet in the Car）是一种用于车辆内部通信网络的协议标准，它基于以太网技术，旨在实现车内各种电子设备之间的高速数据传输和通信。
随着汽车智能化和互联网化的发展，车载以太网协议正逐渐成为汽车电子系统的重要组成部分。
一、车载以太网协议的发展历程。
车载以太网协议的发展始于对汽车电子系统通信速度和带宽需求的不断增加。
传统的汽车通信网络采用控制器局域网（CAN）或媒体车间通信（MOST）等总线结构，但随着汽车电子设备的增多和功能的复杂化，这些传统网络已经无法满足高速数据传输和大容量通信的需求。
因此，车载以太网协议应运而生，成为了一种更加适合车辆内部通信网络的协议标准。
二、车载以太网协议的特点。
1. 高速传输，车载以太网协议采用了千兆以太网技术，能够实现高速数据传输，满足汽车电子设备对于实时性和稳定性的要求。
2. 灵活扩展，车载以太网协议支持网络拓扑的灵活扩展，能够满足不同车型和不同功能模块的通信需求。
3. 统一标准，车载以太网协议采用了统一的协议标准，使得不同厂家生产的汽车电子设备能够实现互联互通，提高了整车系统的集成度和互操作性。
三、车载以太网协议的应用场景。
车载以太网协议广泛应用于汽车电子系统中，包括但不限于以下几个方面：1. 车载娱乐系统，车载娱乐系统包括音频、视频、导航等多媒体设备，这些设备需要高速数据传输和稳定通信，车载以太网协议能够满足其需求。
2. 驾驶辅助系统，包括自动驾驶、车道偏离预警、自适应巡航控制等系统，这些系统需要实时传输大量感知数据和控制指令，车载以太网协议能够提供高速、稳定的通信保障。
3. 车辆诊断与维护，车载以太网协议还可以用于车辆诊断与维护系统，实现对车辆各个部件的远程监测和故障诊断。
四、车载以太网协议的发展趋势。
随着汽车电子系统的不断发展和智能化水平的提高，车载以太网协议将会迎来更广阔的发展空间。
未来，车载以太网协议可能会在以下几个方面得到进一步的应用和发展：1. 支持更高速率，随着汽车电子设备对数据传输速率的需求不断增加，车载以太网协议可能会进一步提高传输速率，以满足更多高带宽应用的需求。
车载以太网及AVB技术应用
AVnu联盟白皮书--车载以太网及AVB技术应用概要随着消费者对汽车互联性和娱乐舒适性的需求呈爆炸式增长，汽车制造商非常有必要在车内构建一套标准、易于部署的A/V网络系统。
IEEE802.1音频/视频桥接（AVB）工作组与IEEE1722二层传输协议工作组，已经针对时间敏感数据开发了一系列的网络增强型功能，用于促进高可靠性的音频与视频应用。
AVnu联盟采纳了这些标准，并给出了车载应用的建议。
同时，联盟内部的汽车验证测试小组（Certification Test Subgroup，CDS）也开发了对应的认证测试规范。
本文大致描述了这些新技术内容以及它们在车载应用中的优势。
介绍过去的十年中，消费者的需求推动了汽车音视频功能的大幅度增长。
曾经只出现在豪华轿车中的功能，如DVD播放、倒车摄像头与导航等，如今也成为了许多主流汽车的标配。
越来越多的资源及选项，使得后座娱乐系统（Rear Seat Entertainment，RSE）变得越来越复杂。
面对如此多变的需求，如何构建一个通用的汽车网络架构成为需要迫切解决的问题。
当几乎全球的OEM都认为车辆通信带宽低、采取CAN网络构建车内网络时，车载多媒体的应用带来巨大挑战（如带宽、QoS、可扩展性、成本、规模经济、开放等）。
什么是可以同时满足技术、成本要求的多媒体应用解决方案呢，目前还有许多争论。
以前，由于不确定性大，车辆多媒体传输避免使用基于包交换式的网络。
如今IEEE802.1音频视频桥接（AVB）工作组与IEEE1722AVTP工作组为汽车内低时延、高可靠性传输需求提供了一种基于标准的实现方法。
AVB协议可被应用在多种物理层上，本篇文章将主要介绍以太网上的AVB应用。
车内线缆的简化及可靠的硬线解决方案，使得基于有线以太网的AVB 协议能够很好地应用于车载环境中。
AVnu联盟的主要市场目标是将AVB成功地应用于车内的音视频流中。
本白皮书概括了车内网络使用AVB技术的特点及优势。
为什么自动驾驶系统需要车载以太网
为什么自动驾驶系统需要车载以太网自动驾驶汽车和先进驾驶辅助系统（ADAS）对更高带宽、更低延迟提出了更迫切的需求。
车载以太网已经成为搭建更高速汽车网络的新骨干。
对发射机、接收机、链路分段和高层协议功能进行的全面测试确保其得到成功实施。
什么是车载以太网？车载以太网是在汽车中连接电子元器件的一种有线网络。
其设计初衷是希望满足汽车行业对带宽、延迟、同步、干扰（例如电磁干扰（EMI））、安全性和网络管理等方面的要求。
车载以太网的概念最初是由 Broadcom 提出的，后来 OPEN（单对以太网）联盟采纳了这一标准并承担起管理职责。
OPEN 推广Broadcom 的100 Mbps BroadR-Reach 作为多供应商许可解决方案。
100 Mbps PHY 实施借鉴了 1 Gbps 以太网的技术，能够在一对线缆上实现 100 Mbps 双向传输。
此技术使用了更先进的编码方案，可以消除回声，将基本频率（从 125 MHz）降至 66 MHz。
这使得以太网能够达到汽车 EMI 技术指标。
IEEE 和 OPEN 联盟已在 IEEE 802.3 和 80在早期阶段，以太网从DLC 诊断端口到网关只有一条100Base-T1 1TPCE 链路，所以它只用于诊断和固化软件更新。
图 1 显示了车载以太网作为新骨干（使用更快速的千兆位以太网 1000Base-T1 RTPGE 链路）的角色演变。
尽管传统的汽车串行总线在各种汽车应用中发挥了重要作用，但它们也都有各自的缺点，而车载以太网能够克服这些缺点。
例如，大多数汽车串行总线都无法达到LIDAR 所要求的70 MB/s 数据速率。
当各种传感技术和无线通信技术整合在一起时，通常需要同时使用LIDAR、RADAR、摄像头和 V2X 通信。
在这种情况下，需要传输的数据量超过了传统汽车串行总线的现有容量。
因此，汽车行业想要引入车载以太网，以便使自动驾驶和先进 ADAS 系统变成现实。
车载以太网工具链
车载以太网工具链一什么是车载以太网随着汽车电子的快速发展，车内ECU数量的持续增加，带宽需求也在随之不断增长。
并且，汽车制造商的电子系统、线束系统等成本也在提高。
而车载以太网相比于传统总线技术，不仅可以满足汽车制造商对带宽的需求，同时还能降低车内的网络成本，是未来整车网络架构设计的趋势。
目前，车载以太网主要用于诊断、车载信息娱乐系统（IVI）和驾驶辅助系统。
二车载以太网技术OSI（Open System Interconnection）七层网络模型定义了网络互联的七层框架，并且每一层都运行不同的协议，只有统一通信规范时，才能实现网络互联化。
车载以太网参考OSI分层结构，并规定了每一层的功能及协议。
车载以太网协议通常被认为是一个四层协议系统：应用层、传输层、网络层、数据链路层，每一层都具有不同的功能。
| 物理层（OABR）参照OSI模型，车载以太网在物理层，即第一、二层采用了博通公司的BroadR-Reach技术。
BroadR-Reach的物理层（PHY）技术由OPEN（一对以太网）联盟推动，因此有时也被称为OPEN联盟BroadR-Reach（OABR）。
BroadR-Reach由一对双绞线实现全双工通信，并提供100Mbit/s及更高的宽带性能。
该技术使用单对的非屏蔽双绞线进行通信，不仅可以减轻线缆重量达到30%，还可以降低80%连接成本，符合汽车要求的新型物理层技术。
BroadR-Reach技术已被IEEE标准化，并命名为100BASE-T1，其中T1是指车载以太网。
100BASE-TX100BASE-TX采用两对5类非屏蔽双绞线或1类屏蔽双绞线，一对用于发送数据，另一对用于接收数据，长度上限为100米。
100BASE-T1100BASE-T1也叫IEEE802.3bw，它是被IEEE针对百兆车载以太网而定义的标准。
与传统的百兆以太网（100BASE-TX）不同，100BASE-T1使用的是一对双绞线进行全双工的信息传输。
第五章 车载以太网【车载网络及信息技术】
车载以太网
• 由于车载以太网的特点，在车辆上主要作为信息主干网络和车载 信息系统的通信网络，图5-1是一个以车载以太网为骨干网的车 上通信网络示例。
• 其中，车辆电子控制系统、动力传动系统以及车身控制等这些要 求实时性可靠性高、传输的数据短、数据量少的系统会仍继续使 用CAN、FlexRay等网络
第五章 车载以太网
• 车载通信技术的发展是从串行通信，到工业总线，再到 总线网络。随着车载电子控制和信息装置的增加以及信 息服务需求的不断增加，更高级的计算机网络的应用是 必然的。
• 多媒体、电子地图、INTERNET网络信息等在车上的应用 • 在车上使用以太网，并对其适当修改，既要保持以太网
的优势特点，又要满足车辆环境的要求，这就是所谓车 载以太网
• 7） 媒介访问方式为CSMA / CD（载波侦听多路访问冲突检 测），原理简单，技术易实现，网络中各工作站地位平等， 不需集中或优先级控制；
• 8） 传输速度为10 Mbps，100 Mbps或以上，目前千兆以太 网和万兆以太网已经投入使用；
• 9） EMC性能——可以根据不同的实际应用情况进行设计， 以满足OEM的EMC要求。
Ethernet Ethernet
Ethernet
6
图5-1：以车载以太网为骨干网的车上通信网络架构
7
第一节 以太网简介
➢一、定义 • 符合IEEE802.3规范的计算机网络就称为以太网。以太网最
早由Xerox（施乐）公司推出，于1980年DEC、Intel和Xerox 三家公司联合开发成为一个标准。以太网是应用最为广泛 的局域网，包括标准的以太网（10Mbit/s)、快速以太网 （100Mbit/s）和10G（10Gbit/s）以太网。它们都符合 IEEE802.3。
车载以太网及AVB技术应用
AVnu联盟白皮书--车载以太网及AVB技术应用概要随着消费者对汽车互联性和娱乐舒适性的需求呈爆炸式增长，汽车制造商非常有必要在车内构建一套标准、易于部署的A/V网络系统。
IEEE802.1音频/视频桥接（AVB）工作组与IEEE1722二层传输协议工作组，已经针对时间敏感数据开发了一系列的网络增强型功能，用于促进高可靠性的音频与视频应用。
AVnu联盟采纳了这些标准，并给出了车载应用的建议。
同时，联盟内部的汽车验证测试小组（Certification Test Subgroup，CDS）也开发了对应的认证测试规范。
本文大致描述了这些新技术内容以及它们在车载应用中的优势。
介绍过去的十年中，消费者的需求推动了汽车音视频功能的大幅度增长。
曾经只出现在豪华轿车中的功能，如DVD播放、倒车摄像头与导航等，如今也成为了许多主流汽车的标配。
越来越多的资源及选项，使得后座娱乐系统（Rear Seat Entertainment，RSE）变得越来越复杂。
面对如此多变的需求，如何构建一个通用的汽车网络架构成为需要迫切解决的问题。
当几乎全球的OEM都认为车辆通信带宽低、采取CAN网络构建车内网络时，车载多媒体的应用带来巨大挑战（如带宽、QoS、可扩展性、成本、规模经济、开放等）。
什么是可以同时满足技术、成本要求的多媒体应用解决方案呢，目前还有许多争论。
以前，由于不确定性大，车辆多媒体传输避免使用基于包交换式的网络。
如今IEEE802.1音频视频桥接（AVB）工作组与IEEE1722AVTP工作组为汽车内低时延、高可靠性传输需求提供了一种基于标准的实现方法。
AVB协议可被应用在多种物理层上，本篇文章将主要介绍以太网上的AVB应用。
车内线缆的简化及可靠的硬线解决方案，使得基于有线以太网的AVB 协议能够很好地应用于车载环境中。
AVnu联盟的主要市场目标是将AVB成功地应用于车内的音视频流中。
本白皮书概括了车内网络使用AVB技术的特点及优势。
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第一节 以太网简介
➢二、以太网的分类与发展 ➢1. 标准以太网 ➢早期以太网只有10Mbps的吞吐量，使用的是带有冲突检测
的载波侦听多路访问（CSMA/CD，Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection）的访问控制方法。这种早期的 10Mbps以太网称之为标准以太网，以太网可以使用粗同轴 电缆、细同轴电缆、非屏蔽双绞线、屏蔽双绞线和光纤等 多种传输介质进行连接。
2015
2020
CAN、FlexRay
CAN、FlexRay
CAN、LIN
CAN
CAN 、 Ethernet 、 MOST150
CAN、 FlexRay
CAN、 Ethernet
CAN 、 Flex、 MOST150 CAN 、Ethernet
2
建立车载以太网规范总体上可归纳为两种基本做法
• 一种做法是保持以太网协议不变，只根据汽车环境的要 求提出特定的物理层规范，这种网络规范一般只用于传 输非实时性数据；
• 一种做法是根据汽车上网络通信对实时性和不同数据类 型传输的需求，保持基本特征不变，调整以太网协议以 更好满足车载系统通信功能的需求；这种车载以太网能 支持车上各种类型的数据传输。
事件触发 低
MOST 150 Mbit/s 3072 时间触发 中
Ethernet 1 Gbit/s
1500 事件触发 低
AVB 100 Mbit/s 1500 事件触发 高
TT Ethernet 1Gb/s 1518 时间触发 高
说明
控制系统 控制系统 控制系统 控制系统
图像 多媒体系统 多媒体系统 多媒体系统 控制、多媒体
3
车载以太网
• 由于车载以太网的特点，在车辆上主要作为信息主干网络和车载 信息系统的通信网络，图5-1是一个以车载以太网为骨干网的车 上通信网络示例。
• 其中，车辆电子控制系统、动力传动系统以及车身控制等这些要 求实时性可靠性高、传输的数据短、数据量少的系统会仍继续使 用CAN、FlexRay等网络
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第一节 以太网简介
以太网基本特性： 1） 适用IEEE802.3 规范； 2） 数据以包的形式发送； 3） 主要是基带信号传输（数字）； 4） 每个端口4对的结构化布线（5类，5E） 5） 电缆类型为同轴电缆、双绞线以及光纤等 6） 网络拓扑结构比较成熟，并且相对更加多
样；
10
第一节 以太网简介
14
第一节 以太网简介
千兆以太网技术有两个标准：IEEE802.3z和 IEEE802.3ab。IEEE802.3z制定了使用光纤和短程铜线 为介质的标准。IEEE802.3ab制定了使用五类双绞线 介质长距离连接的标准。
Ethernet Ethernet
Ethernet
6
图5-1：以车载以太网为骨干网的车上通信网络架构
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第一节 以太网简介
➢一、定义 ➢符合IEEE802.3规范的计算机网络就称为以太网。以太网最
早由Xerox（施乐）公司推出，于1980年DEC、Intel和Xerox 三家公司联合开发成为一个标准。以太网是应用最为广泛 的局域网，包括标准的以太网（10Mbit/s)、快速以太网 （100Mbit/s）和10G（10Gbit/s）以太网。它们都符合 IEEE802.3。
第五章 车载以太网
• 车载通信技术的发展是从串行通信，到工业总线，再到 总线网络。随着车载电子控制和信息装置的增加以及信 息服务需求的不断增加，更高级的计算机网络的应用是 必然的。
• 多媒体、电子地图、INTERNET网络信息等在车上的应用 • 在车上使用以太网，并对其适当修改，既要保持以太网
的优势特点，又要满足车辆环境的要求，这就是所谓车 载以太网
8
第一节 以太网简介
• IEEE802.3规定了包括物理层的连线、电信号和介质访问层 协议的内容，只定义了OSI网络模型的第一层和第二层。
• 常见的IEEE802.3应用模式有： • 1） 10M: 10base-T （铜线UTP模式）； • 2） 100M: 100base-TX （铜线UTP模式）； • 3） 100base-FX（光纤线）； • 4） 1000M: 1000base-T（铜线UTP模式）。
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第一节 以太网简介
2. 快速以太网 00Mbps快速以太网标准分为：100BASE－TX 、100BASE－
FX、100BASE－T4三个子类。 3. 千兆以太网 千兆以太网作为最新的高速以太网技术，采用了与10M以
太网相同的帧格式、帧结构、网络协议、全/半双工工作方 式、数据流模式以及网络布线系统。
5
表5-2：车载以太网络使用情况
动力传动系统 车身系统 车本身 功 能 需 信息娱乐系统 求 运行控制及安全系统
2010 CAN、FlexRay CAN、LIN CAN、MOST25/50
CAN、FlexRay
车载其 他应用 需求
图像装置
故障诊断 车载骨干数据网络
LVDS CAN、Ethernet
• 7） 媒介访问方式为CSMA / CD（载波侦听多路访问冲突检 测），原理简单，技术易实现，网络中各工作站地位平等， 不需集中或优先级控制；
• 8） 传输速度为10 Mbps，100 Mbps或以上，目前千兆以太 网和万兆以太网已经投入使用；
• 9） EMC性能——可以根据不同的实际应用情况进行设计， 以满足OEM的EMC要求。
13
表5-3 千兆以太网支持的网络类型
传输介质 1000Base－CX Copper STP 1000Base－T Copper Cat 5 UTP 1000Base－SX Multi-mode Fiber 1000Base－LX Single-mode Fiber
距离 25m 100m 500m 3000m
4
表5-1：车载网络性能对比
表 5-1 车载网络性能对比
帧数据
网络标准 带宽
触发方式 成本
（字节）
CAN 1Mbit/s
8
事件触发 低
LIN 20kbit/s
8
事件触发 低
TTP/C 10 Mbit/s
128 时间触发 高
FlexRay 10 Mbit/s
254 时间触发 中
LVDS 1.923Gbit/s