我們可以用高帶寬和低帶寬類(lèi)技術(shù)來(lái)簡(jiǎn)單分類(lèi)。通常，傳感器需要低帶寬。汽車(chē)上最常用的加速度計的輸出數據速率(ODR)只有幾千赫茲。至于信息娛樂(lè )系統，普通音頻和視頻數據要求的速率一般為幾Mbps以上。

 

然而，高清多攝像頭系統的采用才真正令標準得到提高，這種系統適用于停車(chē)輔助系統、360°視覺(jué)系統（也稱(chēng)為鳥(niǎo)瞰系統或環(huán)視系統）、雷達（基于RF微波）和激光雷達（基于紅外激光），能夠幫助增強駕駛員輔助系統(ADAS)。這些系統能夠共存是推動(dòng)自動(dòng)駕駛汽車(chē)發(fā)展的關(guān)鍵因素，但對任何通信總線(xiàn)來(lái)說(shuō)都是一個(gè)巨大的挑戰。

 

汽車(chē)中使用的傳統總線(xiàn)包括：

 

● 局域互連網(wǎng)絡(luò )(LIN)：速度最高20kbps，主要用于要求低成本、速度/帶寬比不太重要的子系統中。

● 控制器局域網(wǎng)(CAN)：傳輸速度最高1Mbps，比如用于在電子控制單元(ECU)和啟停系統、駐車(chē)輔助系統和電子駐車(chē)制動(dòng)器的傳感器之間通信。

● FlexRay：速度比CAN快（最高10 Mbps），價(jià)格更高昂。最開(kāi)始被用于線(xiàn)控（線(xiàn)控駕駛、線(xiàn)控轉向）系統，能用于適配多種網(wǎng)絡(luò )拓撲。

● 面向媒體的系統傳輸(MOST)：速度最高150 Mbps，專(zhuān)用于傳輸音頻、視頻、語(yǔ)音和數據信號。定義ISO/OSI模型的全部7個(gè)層，從物理層直到應用層。是一個(gè)專(zhuān)有的解決方案。

 

隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)不斷發(fā)展，另一方面變得越加重要。許多不同子系統使用的各種總線(xiàn)都包含非常復雜（且昂貴）的電纜。對于汽車(chē)應用，尺寸和重量是新的挑戰，因為要滿(mǎn)足新的環(huán)境法規就意味著(zhù)需要開(kāi)發(fā)能夠（例如）降低CO2排放量的新系統。在這種情況下，就不太容易滿(mǎn)足高帶寬、低延遲，確定性、耐用且便宜的通信總線(xiàn)的需求了。

 

汽車(chē)音頻總線(xiàn)(A2B)

 

汽車(chē)音頻系統的電纜在總電纜重量中占了很大比重，這是因為模擬線(xiàn)路要求從音頻源到端（揚聲器）都采用價(jià)格高昂的屏蔽電纜。此外，主動(dòng)降噪(ANC)和路噪降噪(RNC)系統需要在車(chē)內安裝多個(gè)麥克風(fēng)，這為音頻網(wǎng)絡(luò )增加了許多輸入節點(diǎn)。圖1非常詳細地展示了傳統汽車(chē)音頻系統的實(shí)際布線(xiàn)。

 

圖1. 傳統的車(chē)內音頻系統線(xiàn)纜。

 

汽車(chē)音頻總線(xiàn)(A2B)是ADI推出的一項創(chuàng )新技術(shù)，支持串聯(lián)拓撲，即單個(gè)主機最多連接10個(gè)菊花鏈形式的從機。A2B針對音頻應用進(jìn)行優(yōu)化，速度為50Mbps。通過(guò)使用非屏蔽雙絞線(xiàn)(UTP)，大幅簡(jiǎn)化連接，線(xiàn)束的總重量減少高達75%。節點(diǎn)之間的距離可達15米，最大網(wǎng)絡(luò )長(cháng)度為40米。同樣的UTP傳輸電源（幻象供電）最高可達300mA，非常適合數字麥克風(fēng)。

 

若在主節點(diǎn)提供的供電功率分配不足時(shí)，可以由本地電源為從機節點(diǎn)供電?？偩€(xiàn)支持雙向通信，主機至從機、從機至主機，最多可32個(gè)通道下行和上行（12、16、24位）。最重要的是，可以保證延時(shí)最多2個(gè)時(shí)鐘周期，為ANC/RNC這樣的延時(shí)敏感型應用提供確定性。A2B總線(xiàn)可以傳輸I2C消息，支持在從機節點(diǎn)上遠距離配置ADC/DAC等外設。

 

簡(jiǎn)化A2B網(wǎng)絡(luò )配置的工具是SigmaStudio，這是一種圖形化設計環(huán)境，支持SigmaDSP和SHARC DSP等系列。A2B收發(fā)器（AD2428, AD2427, and AD2426）提供I2S和PDM接口。I2S接口通常用于連接ADC和DAC，數字麥克風(fēng)則通常使用PDM。

 

汽車(chē)應用的一個(gè)重要問(wèn)題是電磁兼容性(EMC/EMI)。A2B通過(guò)了最嚴格的汽車(chē)EMC和EMI測試（僅使用雙線(xiàn)UTP電纜）。RNC應用要求加速度計和麥克風(fēng)分布在汽車(chē)內部周?chē)?。使用模擬鏈路的成本非常高昂，因為需要額外部署電路（模數轉換器）、電纜和連接器。A2B技術(shù)采用新型音頻源和傳感器，簡(jiǎn)化了這個(gè)架構。

 

圖2. 被A2B技術(shù)簡(jiǎn)化過(guò)的車(chē)內音頻系統線(xiàn)纜。

 

車(chē)載以太網(wǎng)

 

以太網(wǎng)是非常流行的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，擁有龐大的生態(tài)系統。然而，到目前為止，它在汽車(chē)領(lǐng)域的應用非常有限，僅限于診斷、車(chē)載信息娛樂(lè )系統和高帶寬傳感器連接等。

 

雖然在雷達和激光雷達等新技術(shù)不斷涌現且對帶寬產(chǎn)生巨大需求時(shí)，以太網(wǎng)可能能夠滿(mǎn)足這些帶寬需求，但仍有幾個(gè)方面限制了它在汽車(chē)上的應用。用于100-Base-TX的傳統以太網(wǎng)電纜都是基于兩個(gè)差分線(xiàn)對，通過(guò)變壓器進(jìn)行隔離，對于汽車(chē)應用而言太過(guò)昂貴。此外，5類(lèi)電纜不能滿(mǎn)足汽車(chē)EMI標準，因此，100-Base-TX以太網(wǎng)除了進(jìn)行診斷和固件更新，并不能用于車(chē)內通信。

 

對于車(chē)對車(chē)(V2V)或車(chē)對萬(wàn)物(V2X)通信，車(chē)內數據傳輸必須支持同步、流量控制和固定延遲。以太網(wǎng)無(wú)法提供這類(lèi)支持，除非采用新協(xié)議棧。

 

我們先考慮一下物理層。為了滿(mǎn)足關(guān)于重量、EMI和成本的要求，電氣與電子工程師協(xié)會(huì )(IEEE)制定了一項新標準，即802.3bw，也被稱(chēng)為100-Base-T1。IEEE802.3bw是基于雙向UTP電纜的100Mbps標準，滿(mǎn)足嚴格的汽車(chē)電磁輻射標準。它利用疊加、特定編碼和加擾等原理降低EMI。

 

使用非屏蔽雙線(xiàn)電纜代替傳統的5類(lèi)電纜時(shí)，成本和重量都更低。以太網(wǎng)供電(PoE)等技術(shù)在傳輸數據的同時(shí)供電，共用相同的電纜。但是，PoE提供電源至少要用到兩個(gè)線(xiàn)對，與減少電纜數量的要求背道而馳。

 

所以IEEE制定出802.3bu標準，也被稱(chēng)為數據線(xiàn)供電(PoDL)。PoDL可以通過(guò)一個(gè)線(xiàn)對提供電源，這從一定程度上增加了收發(fā)器原理圖的復雜性。

 

圖3. 基本的PoDL架構：通過(guò)同樣的差分通道傳輸數據和提供電源。

 

如前所述，為了支持汽車(chē)應用，以太網(wǎng)需要額外的軟件技術(shù)來(lái)支持時(shí)間確定性。這可以通過(guò)音頻視頻橋接協(xié)議(AVB)來(lái)實(shí)現，AVB協(xié)議由IEEE 802.1開(kāi)發(fā)，該組織負責ISO/OSI模型的第二層。

 

AVB是一種提供時(shí)間同步和流量控制的軟件技術(shù)。利用這些基本概念，以太網(wǎng)可以可靠地提供音頻和視頻內容。在A(yíng)VB的推動(dòng)下，IEEE定義了一系列協(xié)議，即時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò )(TSN)，它們主要關(guān)注工業(yè)和汽車(chē)市場(chǎng)，提供支持實(shí)時(shí)支持的以太網(wǎng)。

 

綜上所述，IEEE 802.3bw加上TSN可以取代傳統總線(xiàn)，成為合適的車(chē)內確定性通信解決方案。此外，100-Base-T1正在演變成新的1000-Base-T1標準，速度可以達到1Gbps。但是，這樣的系統相當復雜，而且這些技術(shù)還不夠成熟，不適合在汽車(chē)市場(chǎng)中廣泛部署。

 

可能的場(chǎng)景

 

車(chē)載市場(chǎng)已開(kāi)始采用A2B來(lái)進(jìn)行音頻傳輸。涉及從不同總線(xiàn)子系統/節點(diǎn)傳輸數據的需求下，以太網(wǎng)還遠遠沒(méi)有達到批量實(shí)施的水平。

 

圖4. 多域架構。

 

A2B技術(shù)對簡(jiǎn)化ANC、免提系統、電動(dòng)汽車(chē)(EV)警示音系統、緊急呼叫(eCall)系統等應用都大有裨益。此外，未來(lái)可能能夠直接將數字傳感器提供的信息傳輸至A2B，以進(jìn)一步簡(jiǎn)化RNC系統的架構。

 

自動(dòng)駕駛推動(dòng)著(zhù)總線(xiàn)性能不斷提高，未來(lái)有望實(shí)現千兆網(wǎng)絡(luò )連接。那么，在接下來(lái)的幾年里，會(huì )出現什么樣的場(chǎng)景？

 

A2B是一種易于實(shí)現的技術(shù)，通過(guò)同一對UTP電纜傳輸電源和數據，并對延時(shí)提供確定性支持。采用現有的100-Base-T1（未來(lái)是1000-Base-T1）技術(shù)的以太網(wǎng)將會(huì )是一種融合技術(shù)，可以聚合多條數據總線(xiàn)，但增加供電(PoDL)和軟件確定性(TSN)的復雜性會(huì )提高。

 

很可能，基于A(yíng)2B的音頻傳輸和傳感器混合解決方案，以及依靠高速Gb以太網(wǎng)連接激光雷達和雷達等主干網(wǎng)絡(luò )，能夠滿(mǎn)足汽車(chē)行業(yè)大部分的中期需求。

本文轉載ADI.

 

 

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