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October 19, 2017

以太网在汽车领域应用的长期展望

作者：Tim Lau，Marvell 汽车产品管理高级总监

汽车领域正在遭遇自 150 年前内燃机发明以来技术进步历程中非常深刻的一场变革。 自动化程度的日益提高将会改变我们对汽车和乘车出行的看法。 It won't be just a matter of getting from point A to point B while doing very little else -- we will be able to keep on doing what we want while in the process of getting there. 

As it is, the modern car already incorporates large quantities of complex electronics - making sure the ride is comfortable, the engine runs smoothly and efficiently, and providing infotainment for the driver and passengers. 此外，在我们目前开始购买的汽车中，融合的特性和功能也不再是固定不变的。 It is increasingly common for engine control and infotainment systems to require updates over the course of the vehicle's operational lifespan. 

事实证明，此类更新对以太网连接最初应用于汽车领域很有帮助。 宝马和大众等汽车先进品牌发现，通过将小型以太网装置安装到汽车底盘中，取代虽然成熟但速度慢得多的控制器局域网络 (CAN) 总线，可以显著提高服务中心机修工执行上传的速度。 因此，传输时间从几小时缩短到了几分钟。

随着越来越多的可升级电子控制单元 (ECU) 不断涌现，对现有的车载网络技术产生了更大的压力，以太网网络本身也随之扩展。 与之相对应，半导体行业已开发出解决方案并随之制定了网络标准，其最初的开发目的是用于相对来说电动原件很少的办公室环境，而如今其功能更强，更能满足汽车制造商的严格要求。 The CAN and Media Oriented Systems Transport (MOST) buses have persisted as the main carriers of real-time information for in-vehicle electronics - although, now, they are beginning to fade as Ethernet evolves into a role as the primary network inside the car, being used for both real-time communications and updating tasks. 

在这个环境中，所采用技术的重量要求非常严格，重量越轻越能节省燃料，在单个网络中完成通讯任务的能力（尤其若设备只需一对重量相对更轻的铜线）具有非常大大的运行优势。 另外，保持连接器足迹更小也是这种背景下至关重要的一点，更便于增加传感器的部署数量（例如摄像头、雷达和 LiDAR 收发器），现在这些设备已经装满整个车身，用于驾驶辅助/半自动驾驶。 采用非屏蔽的双绞线有助于实现这个目标。

图像传感、雷达和 LiDAR 功能都会生成大量的数据。 因此，数据传输能力在目前和今后都将是车载以太网网络的一大关键要素。 汽车行业对此做出快速响应，首先提供 100 Mbit/s 的收发器，后续又推出功能更强大且符合标准的 1000 Mbit/s 产品。

但是，仅提供更大带宽还是不够。 为了让汽车制造商无需牺牲必要的即时性能，实现可靠的控制，相关国际标准委员会已经制定了协议，确保数据的及时传输。 时效性网路 (TNS) 让应用能够使用虚拟通道上的保留带宽，以便确保在可预测的时间期限内完成传输。 不太重要的流量则可利用常规以太网的优化服务，使用剩余的未保留带宽。

行业内包括 Marvell 在内的一些更具前瞻性思维的半导体供应商，已经通过在车载优化以太网交换机中增加深度包检测 (DPI) 等功能，采用三元内容可寻址存储器 (TCAM) 等设备进一步提高即时性能。 借助 DPI 机制，硬件能够在每个数据包到达交换机输入端时对其进行深入检测，即时决定如何处理该消息。 包检测技术通过捕捉某种类型的消息支持实时调试功能，并通过避免处理器的干扰显著降低部署过程中的应用程序延迟。

远程管理帧支持也是汽车以太网领域的另一个具有重大意义的协议创新。 这些帧让系统控制器能够直接控制交换机状态。 For example, a system controller can automatically power down I/O ports when they are not needed - a feature that preserves precious battery life. 

对于核心以太网标准的调试，及其恢复能力的提高，促进更多功能组不断增加，进一步推动汽车技术的变革，将汽车从一种简单的运输方式，转变为未来设想中数据丰富的自主移动平台。

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