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今天汽车中广泛应用的是网络是CAN和LIN,它们主要应用于车身电子和一些关键的安全性应用,如电动车窗/车门/车椅控制、电动雨刷、引擎控制、安全气囊控制等,这些应用的特点是需要传输的数据量较小,但要求非常高的实时性和可靠性。

2013法兰克福车展上,宝马公司推出了全新一代BMW X5,这款换代SUV在吸引大量汽车消费者眼球的同时,更受到了汽车及通信行业技术人员的广泛关注。因为该车采用的车载LAN技术是一种在通信设备、个人电脑及家电产品中广泛采用的通信网络技术—以太网(Ethernet)。新款X5将采用车载以太网作为通信网络来传输监控摄像头记录的周围影像数据。

恩智浦半导体近日宣布进军汽车以太网开发领域,成为首家在车载网络产品中采用博通 BroadR-Reach®以太网技术的汽车半导体供应商。作为车载网络电子元件的头号供应商,恩智浦此举使BroadR-Reach成为车载以太网领域实际的开放式标准。与此同时,博通、恩智浦、飞思卡尔 (Freescale) 和哈曼 近日宣布成立开放技术联盟(OPEN Alliance Special Interest Group)。该集团的目标是推动以太网技术在汽车工业中的普及。

CAN现场总线的最大带宽只有12Mbps,随着越来越多的高清视频应用进入汽车,如ADAS、360度全景泊车系统和蓝光DVD播放系统,汽车网络必须支持从车头和车尾实时地向驾驶员前面显示面板传送720p以上高清视频,这时候CAN总线带宽已经远远不够用了。这也是为什么今天汽车业界在发展MOST多媒体总线的背后原因。

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凭借在汽车电子元件领域的丰富经验、对汽车行业质量要求的深入了解及其深厚的应用专业知识,恩智浦计划以基于BroadR-Reach® 的以太网物理层打造一个汽车级产品组合。在主要汽车制造商的当前设计理念中,以太网作为一种高带宽、低成本的网络技术,是对CAN、LIN、LVDS和FlexRay等现有车载网络技术的补充。支持以太网的宝马汽车已于2008年开始上市。

MOST总线的带宽是够了,它能提供的最大带宽是150Mbps,但MOST是共享总线,也就是多个设备共享这150Mbps带宽,当某个设备占用大带宽的时候,别的设备可能就没有资源了。例如,当后座乘客在看蓝光DVD影片时,驾驶员从ADAS看到的图像可能就会时断时续。此外,ADAS系统在车身周围都配有很多摄像头,现在这些摄像头都是模拟的,但现在有一个趋势是,这些模拟摄像头要全部转向数字摄像头,而且分辨率至少要达到720P。要传输这么高清晰度的数据信号,目前都是用压缩的方法做的,但压缩过以后还是需要30兆带宽,可以想象如果不压缩的话,需要的带宽就更多了。这么多数字摄像头如果同时工作,MOST总线就已经满足不了需求。

以太网的名称来源于人们在查明光和电磁波的传播原理之前,认为空气中存在介质“ether”(以太)。发展到现在,该通信技术已如其名称一样,融入了几乎所有场所,通过与多种网络设备连接实现了普及。到2013年,它将迎来40周年的发展历程。该技术规定的是ISO(国际标准化组织)制定的通信功能层级结构—OSI基本参考模型(分7层)中最底层的物理层及其上一层数据链路层。

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为了解决这一问题,博通最近开发出了专门针对汽车市场的物理层收发器 BroadR-Reach BCM89810,它使得100Mbps以太网可以在汽车环境下正常工作。与MOST相比,以太网采用的是星形连接架构,也就是每一个设备或每一条链路都可以专享100兆的带宽,这样无论今后汽车内要增加什么高带宽应用,都不用担心总线带宽问题。

过去,以太网击退了“FDDI(fiber distributed data interface)”、“ATM(asynchronous transfe mode)”及“100VG-AnyLAN”等并存的竞争技术,凭借绝对性价比、互联性以及高扩展性,席卷了办公室和家庭。而如今,以太网开始导入汽车。

随着汽车变得日益复杂,其与电子技术的关系也日趋密切,而OEM制造商和设计工程师对高性价比高带宽应用车载网络技术的需求也随之不断增长。相比LVDS等其他高带宽汽车网络技术,博通的BroadR-Reach以太网技术支持单条非屏蔽双绞线 ,其成本优势十分突出。单条UTP电缆不但比屏蔽电缆成本更低、重量更轻,还可用于基于CAN和LIN的控制系统之中,保证了BroadR-Reach技术对现有车载网络的支持。

更重要的是,BCM89810使得客户只需使用单对非屏蔽双绞线就可以实现100Mbps带宽,从而为汽车市场提供了业界成本最低的高带宽连接解决方案。

让汽车更开放

推动汽车高带宽快速发展的关键应用之一是摄像头安全系统,将来,这项安全功能可能会成为美国等国家对新车型的标准配置。目前在很多情况下,如在狭窄空间内倒车、调头等过程中,驾驶员无法获得全面视野,很可能导致汽车损坏或伤害到行人。通过连接安装于汽车外部的多个摄像头,驾驶员可以获得360度的全方位视图,借助仪表板上的显示屏实时了解周围事态。以太网还可以支持其他包括网络信息娱乐装置的高带宽应用。

目前汽车中采用的FlexRay和MOST总线使用LVDS电缆来传送大带宽数据,但LVDS为了满足汽车对电磁辐射的要求,需要有很厚的屏蔽层,同时连接器也是非常的复杂和昂贵。

随着智能手机与车载设备的联动、云和大数据的运用,以及高级驾驶辅助系统(ADAS)的普及,构筑新电子平台已经成为了新一代汽车的必须条件。而利用车内LAN标准“CAN”逐层连接ECU的现行车载网络无疑将遭遇发展的瓶颈。有业内专家分析,今后要实现的车载网络,或许是把更高速的通信网络作为骨干通信网,信息系统、车体系统、控制系统、安全系统等各自经由网关连接ECU。

而将太网作为一种车载技术的另一项优势则是以太网是受到全球认可的、支持IP网络的标准。这样,就可以轻松通过使用消费市场和商业市场现有IP软件和应用,加速未来互连汽车的发展步伐。

博通的BroadR-Reach技术使得普通的非屏蔽双绞线就能够实现现在LVDS做到的事情,互连成本能降低多达80%,线缆重量减少多达30%,这可使得同样的燃油能跑更多的路,这一点对新兴的电动汽车来说特别具有意义。

而在以前采用的车载LAN技术中,基本采用的都是很难与外部设备及网络服务连接的“封闭标准”。究其原因,则是目前占主流的车载LAN标准“CAN”及其新一代标准“FlexRay”、多媒体数据用高速通信标准“MOST”等都具有浓重的“汽车行业标准、由汽车行业制定、为汽车行业制定”的色彩,注定了其应用的局限性。

博通公司PHY产品营销部高级总监 Ali Abaye博士表示:“作为创新车载电子元件领域的主要供应商,我们十分兴奋恩智浦能够选择BroadR-Reach技术。向其他半导体供应商授予BroadR-Reach技术许可,有利于促进100 Mbps以太网连接技术的普及,并推动其成为汽车网络应用的标准。”

成本低廉的以太网目前已经解决了此前汽车业内广为担心的实时性、可靠性和安全性问题,未来很有希望成为汽车市场的一匹黑马。目前宝马汽车已经宣布将在2013年推出的X5汽车中广泛采用博通以太网解决方案,其它汽车制造商也在积极评估中。

但是,以太网因为本身具有的开放性,互联扩展等优势,因而将其导入汽车环境后,除了原来的车载设备以外,与智能手机、平板电脑等多种设备的联动也将变得更加容易。还能轻松利用移动通信来享受网络服务。因此,有业内专家直言,汽车导入以太网受到关注的一大原因便是其中隐含着为车载网络环境带来与IT(信息技术)行业相同的开放环境的可能性。

恩智浦半导体以太网产品营销和业务开发总监Rob Hoeben称:“我们认为,以太网是高带宽车载网络的最佳选择,而BroadR-Reach在该领域表现优异。因此,我们选择与博通进行合作,而不是开展同样的研发工作。这样有利于我们降低开发成本,加快新技术进入汽车市场的速度。我们相信,采用BroadR-Reach技术将极大地促进其普及步伐,使其成为汽车以太网领域的实际标准。我们将基于博通的BroadR-Reach IP技术,开发自己的汽车级PHY产品。”

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