軟件定義大勢明確 汽車以太網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用加速前進(jìn)

本文為Microchip汽車業(yè)務(wù)部門企業(yè)副總裁Matthias Kaestner，接受媒體采訪的文字節(jié)錄。文中，他針對近期備受關(guān)注的汽車以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展提出看法，并且解析Microchip所將采取的解決之道。
汽車以太網(wǎng)（Automotive Ethernet），顧名思義，就是一種專門用于汽車數(shù)據(jù)通訊的以太網(wǎng)絡(luò)，它主要的目的是用來達(dá)成車載信息系統(tǒng)的數(shù)字化，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)汽車智能化的愿景。隨著車聯(lián)網(wǎng)和自駕車應(yīng)用的逐步落實(shí)，汽車以太網(wǎng)絡(luò)的重要性也在近期受到了市場的關(guān)注。
事實(shí)上，汽車以太網(wǎng)絡(luò)并不是新概念，很多解決方案早在2015年，甚至更早的時候就推出了。然而它跟一般人所理解的普通以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，仍存在著一些不同之處。

減少系統(tǒng)布線 汽車以太網(wǎng)絡(luò)正快速發(fā)展中
Microchip汽車業(yè)務(wù)部門企業(yè)副總裁Matthias Kaestner指出，促使汽車公司采用以太網(wǎng)技術(shù)的主要因素，是將布線減少到只用一對平衡線，同時具備足夠的可靠性。更重要的是，汽車以太網(wǎng)半導(dǎo)體產(chǎn)品，是經(jīng)過專門設(shè)計，能夠滿足汽車產(chǎn)業(yè)嚴(yán)格的環(huán)境要求，并包括系統(tǒng)構(gòu)建者需要的ISO 26262功能安全合規(guī)所需的文件數(shù)據(jù)。
而在物理層連接上，汽車以太網(wǎng)使用與標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)相同的框架結(jié)構(gòu)和通訊機(jī)制，其中也包括所有的安全功能，這就是為何汽車以太網(wǎng)現(xiàn)在會受到許多人青睞的原因。
至于目前汽車以太網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到什么階段？Matthias Kaestner表示，像大多數(shù)汽車技術(shù)一樣，汽車以太網(wǎng)一開始只在高階、功能豐富的旗艦車型中部署，但現(xiàn)在正在大規(guī)模量產(chǎn)的車型中部署，并在汽車產(chǎn)業(yè)中快速被采用。由于以太網(wǎng)絡(luò)非常成熟，且只有物理層改變用于車輛，因此汽車制造商可以得力于過去50年間，以太網(wǎng)絡(luò)被運(yùn)用在各種應(yīng)用中所累積的知識。
談到汽車廠對汽車以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的態(tài)度，以及電動車公司與傳統(tǒng)汽車制造商在采用汽車以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的觀點(diǎn)和意愿時，Matthias Kaestner認(rèn)為，大多數(shù)汽車制造商若不是正在部署以太網(wǎng)絡(luò)，就是正在評估其在下一代車輛中的使用。因?yàn)橐蕴W(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了車輛的基本通訊骨干，與車輛使用電動馬達(dá)還是內(nèi)燃發(fā)動機(jī)無關(guān)。

 
圖一 : 車輛被劃分為各個區(qū)域，這些區(qū)域彼此通訊以協(xié)調(diào)車輛需要執(zhí)行哪些操作。（source：Microchip）

汽車朝向軟件定義 系統(tǒng)架構(gòu)面向分布式
他表示，以太網(wǎng)絡(luò)使汽車制造商可以從硬件驅(qū)動的集中架構(gòu)轉(zhuǎn)，變?yōu)楦稚⒌膮^(qū)域架構(gòu)，后一種架構(gòu)需要網(wǎng)關(guān)并轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，以在車輛的各個領(lǐng)域之間傳輸。這種架構(gòu)使車輛各部分的數(shù)據(jù)，可供各種運(yùn)算平臺在標(biāo)準(zhǔn)化的以太網(wǎng)通訊框架中被存取，以便功能可以由軟件定義。
這種架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的系統(tǒng)，并簡化診斷、維護(hù)和故障排除的難度。此外，它還增強(qiáng)了安全性，因?yàn)槭褂昧藰I(yè)界熟知的以太網(wǎng)專用驗(yàn)證和加密系統(tǒng)，而不必從頭開始開發(fā)新系統(tǒng)。
至于采用汽車以太網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成本是否較為昂貴？Matthias Kaestner則表示并非如此。他指出，汽車以太網(wǎng)實(shí)際上并不比其他高帶寬技術(shù)更昂貴，只是需要時間，從為特定、獨(dú)立功能優(yōu)化的系統(tǒng)，轉(zhuǎn)移到更靈活、面向軟件的通用通訊機(jī)制的架構(gòu)。
由于必須完成這種汽車電子系的轉(zhuǎn)移，并使用分布式計算來實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)。過去，每個車輛領(lǐng)域都獨(dú)立于其他系統(tǒng)發(fā)展，并使用為一個特定功能優(yōu)化的硬件。如今，車輛被劃分為各個區(qū)域，這些區(qū)域彼此通訊以協(xié)調(diào)車輛需要執(zhí)行哪些操作。軟件已經(jīng)接管了許多功能，硬件則會更通用。

靈活的可擴(kuò)展性 增添汽車應(yīng)用范疇
盡管汽車以太網(wǎng)絡(luò)已漸漸躍居主流的位置，但隨著自動駕駛與智能應(yīng)用等趨勢的發(fā)展，Matthias Kaestner看好汽車以太網(wǎng)絡(luò)的框架仍會進(jìn)一步的擴(kuò)大。他表示，以太網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)并不在于高速，而在于它提供的可擴(kuò)展性，進(jìn)而提供特定功能所需的帶寬。
他解釋，一些汽車傳感器和執(zhí)行器只需要幾kbps的帶寬，但更復(fù)雜的視覺系統(tǒng)可能需要Gbps。以太網(wǎng)的妙處就在于，無論速度如何，數(shù)據(jù)的格式（即以太網(wǎng)框架）都是相同的。例如，開發(fā)者可以使用10 Mbps的鏈路連接傳感器，連接到一個簡單的交換器，將許多10 Mb數(shù)據(jù)流聚合到更高的帶寬，并使用同一臺交換器傳輸需要更高速度的串流視訊或信息娛樂數(shù)據(jù)。
因應(yīng)上述的需求，Microchip近期也推出了通過汽車認(rèn)證的LAN8670/1/2系列10BASE-T1S以太網(wǎng)組件，如此便可將過往需要采用自己的通訊系統(tǒng)的低速設(shè)備，連接到汽車應(yīng)用中的標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)系統(tǒng)。至于在開發(fā)符合IEEE汽車規(guī)范的10BASE-T1S技術(shù)方面，Microchip則是主要的貢獻(xiàn)者之一，這項(xiàng)技術(shù)藉由將以太網(wǎng)的覆蓋范圍擴(kuò)展到邊緣網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備，進(jìn)而簡化了系統(tǒng)設(shè)計。

 

圖二 : Microchip汽車業(yè)務(wù)部門企業(yè)副總裁Matthias Kaestner（source：Microchip）

極佳的安全性 確保車聯(lián)網(wǎng)信息不外漏
此外，以太網(wǎng)絡(luò)的另一個重要好處，是能夠在網(wǎng)絡(luò)中驗(yàn)證參與者的身份，并加密流經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信息。以太網(wǎng)一直用于各種類型的通訊，是一種安全、業(yè)界熟知且經(jīng)過測試的系統(tǒng)，其他技術(shù)則必須開發(fā)安全基礎(chǔ)設(shè)施，并且?guī)缀鯖]有全球生態(tài)系統(tǒng)的支持，可以用以尋找和解決最新發(fā)現(xiàn)的威脅。
為了強(qiáng)化車聯(lián)網(wǎng)的安全，Microchip的安全業(yè)務(wù)部門開發(fā)并部署了專門針對汽車和非汽車應(yīng)用的安全產(chǎn)品，稱為CryptoAutomotive IC。
Matthias Kaestner指出，在這一領(lǐng)域，安全提供的配套細(xì)節(jié)就像設(shè)計電子設(shè)備一樣困難，Microchip在這兩個領(lǐng)域都擁有專業(yè)知識，并已開發(fā)出防篡改的半導(dǎo)體產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)各種基于標(biāo)準(zhǔn)的安全協(xié)議。它們可用來驗(yàn)證彼此通訊的組件，以確保這些組件屬于汽車。它們還可加密在網(wǎng)絡(luò)參與者之間傳輸?shù)男畔ⅰ?br/>

 
圖三 : 以太網(wǎng)絡(luò)的另一個重要好處，是能夠在網(wǎng)絡(luò)中驗(yàn)證參與者的身份，并加密流經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信息。

此外，Microchip還有安全的相關(guān)配套系統(tǒng)，協(xié)助客戶插入密鑰和信任證書，以確保這些加密組件的整個制造過程是安全的。這些配套系統(tǒng)可以防止任何客戶的密鑰在進(jìn)入汽車之前被截獲。
除了提供汽車以太網(wǎng)絡(luò)之外，Microchip也將其與PCIe和ASA結(jié)合形成解決方案，對此Matthias Kaestner解釋，PCIe和串行器/解串器（汽車ＳerDes）可以提供比以太網(wǎng)絡(luò)更高速的鏈接，所有這些技術(shù)都彼此互補(bǔ)。而Microchip在這些領(lǐng)域都擁有專業(yè)知識，可以協(xié)助客戶優(yōu)化其系統(tǒng)，將它們組合起來能夠?qū)崿F(xiàn)最豐富的功能和最經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。