以太網(wǎng)上汽車，確保實時性和故障安全性（下）

提出用于控制系統(tǒng)的標準

　　Ethernet AVB的現(xiàn)行標準雖然可用于信息系統(tǒng)，但要想用于控制系統(tǒng)在實時性和故障安全方面“有難度”（豐田）。因此，打算通過預定2014年以后完成制定的新一代標準加以改善（圖8）。

圖8：以用于控制系統(tǒng)為目標制定新一代標準
Ethernet AVB的新一代標準的目標是，確保可用于控制系統(tǒng)的延遲時間及可靠性等。例如，考慮使延遲時間在7跳點時為100μs以下。

　　例如，豐田與瑞薩電子以及AVnu聯(lián)盟的主要企業(yè)博通于2011年春共同將面向車載用途的要素匯總成白皮書提交給了AVnu聯(lián)盟。

　　該白皮書對延遲時間提出了3跳點、100μs以下的條件。白皮書的內(nèi)容中，關于實時性已向IEEE802.1提案完畢，可作為“IEEE802.1Qbv”滿足控制系統(tǒng)條件的技術已開始實現(xiàn)標準化。目前正以實現(xiàn)“7跳點、100μs以下”（瑞薩電子）而非3跳點、100μs以下為目標進行討論注2）。

　　注2） IEEE802.1Qbv預定在完成標準制定后成為Ethernet AVB的規(guī)格群之一。

　　另外，Ethernet AVB的現(xiàn)行標準中“沒有故障安全相關的規(guī)定”（瑞薩電子）。因此，首先計劃加進針對故障安全的條件。比如，瑞薩提出了在7跳點網(wǎng)絡中，當一個路徑或一個端口發(fā)生故障時，在70ms以內(nèi)恢復的目標。據(jù)豐田介紹，在白皮書中，寶馬對故障安全，GM對實時性表示了關心。

在物理層實現(xiàn)成本削減和高速化

　　在擴大車載用途的應用所面臨的課題中，通過物理層解決導入成本和數(shù)據(jù)傳輸速度課題的動向日益活躍。

　　導入成本中，線纜成本的削減成為焦點之一。目前的OBD用途是在汽車處于停止狀態(tài)下與外部個人電腦連接進行故障診斷。此時采用像“5類雙絞線（Category 5）”那樣廣泛普及的低價以太網(wǎng)線纜。

　　而汽車的攝像頭系統(tǒng)、影像傳輸系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及主干網(wǎng)在汽車運行中也利用以太網(wǎng)，因此必須在車內(nèi)布線。此時，“輻射電磁噪聲之大是利用以往的以太網(wǎng)傳輸技術時想象不到的”（某汽車廠商），所以需要使用屏蔽線。這樣的話，“不但成本上升，線纜也會變粗，由此導致安裝空間和重量增加，不適合使用”（多家汽車廠商和電裝品廠商）。因此，需要利用無屏蔽雙絞線（UTP：unshielded twisted pair）傳輸數(shù)據(jù)。

利用1對UTP實現(xiàn)100Mbit/秒速度

　　為解決上述線纜課題，從事物理層LSI的企業(yè)推進了開發(fā)。比如博通、美國邁威爾、美國麥瑞等。其中，先行一步的是博通。

　　博通稱，利用面向車載以太網(wǎng)開發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸技術“BroadR-Reach”，在車載用途要求的數(shù)十m的傳輸距離中，能以1對UTP實現(xiàn)100Mbit/秒的速度。不但無需屏蔽，在實現(xiàn)100Mbit/秒的數(shù)據(jù)傳輸速度的同時，與普通的“100Base-TX”的2對信號線相比還能削減布線，因此得到了汽車行業(yè)的關注。

　　BroadR-Reach之所以能利用1對UTP實現(xiàn)100Mbit/秒的傳輸速度，是因為在改變符號率之上，部分沿用了1Gbit/秒的“1000Base-T”的技術。

　　100Base-TX和1000Base-T的符號率為125MSymbol/秒，而BroadR-Reach約為66.7MSymbol/秒（表2）。這是為了避免傳輸路徑產(chǎn)生的電磁噪聲頻率與收音機廣播頻帶的干擾。這樣就無需屏蔽了。

　　BroadR-Reach在實現(xiàn)100Mbit/秒的傳輸速度的同時，通信方式利用全雙工方式，調(diào)制方式利用PAM（Pulse Amplitude Modulation：脈沖振幅調(diào)制），通過應用1000Base-T技術，削減了信號線。

　　不僅是數(shù)據(jù)信號線，還削減了電源線，利用1對UTP可在傳輸數(shù)據(jù)的同時供電?，F(xiàn)已可以利用1對線纜供給5W左右的電力。能夠驅(qū)動一個攝像頭模塊。

加盟企業(yè)超過50家

　　BroadR-Reach本來是“面向酒店等的網(wǎng)絡系統(tǒng)開發(fā)的，而不是車載用途”（熟悉車載以太網(wǎng)的某技術人員）。數(shù)年前，因輻射的電磁噪聲小等原因，寶馬開始導入該技術。

　　之后，寶馬從采購的立場出發(fā)希望除博通外還能有其他供貨支持BroadR-Reach的物理層LSI的企業(yè)，于是提議開發(fā)過CAN和FlexRay的物理層LSI的荷蘭恩智浦半導體開發(fā)支持BroadR-Reach的物理層LSI。

　　因此，寶馬、博通和恩智浦等作為主導的“Promoter”，于2011年11月成立了普及促進團體OPEN Alliance SIG注3）。

　　注3） OPEN Alliance SIG除了推進以BroadR-Reach為基礎的物理層應用和確保相互連接性之外，還進行旨在制定標準等的討論，目標是使其標準在IEEE實現(xiàn)標準化。另外，利用BroadR-Reach相關的授權費條件等需要與博通單獨簽約。

　　在OPEN Alliance SIG設立之初只有數(shù)家的成員企業(yè)到2012年6月已經(jīng)超過了50家。雖然此前一直以歐美企業(yè)為中心，不過現(xiàn)在瑞薩電子也作為Promoter加盟，2012年5月以后，本田及電裝也加入其中，日本企業(yè)在不斷增加注4）。

　　注4） 豐田本著廣泛采集優(yōu)秀技術的方針，目前還未加盟AVnu聯(lián)盟和OPEN Alliance SIG。

　　在加盟企業(yè)增加的同時，各企業(yè)還在推進支持產(chǎn)品的開發(fā)（圖9）。支持BroadR-Reach的物理層LSI方面，博通已經(jīng)開始樣品供貨。而作為第二供應商，恩智浦以2014年初實現(xiàn)量產(chǎn)為目標，目前正在開發(fā)物理層LSI。

圖9：利用BroadR-Reach的提案接連出現(xiàn)
OPEN Alliance SIG的成員企業(yè)相繼提出利用BroadR-Reach的方案。例如，飛思卡爾半導體采用配備該公司BroadR-Reach MCU的攝像頭模塊試制了系統(tǒng)（a）。大陸公司利用BroadR-Reach構(gòu)筑了車載網(wǎng)絡系統(tǒng)（b）。照片均為“ESEC”上的演示。

以業(yè)績?yōu)槲淦魍七M普及

　　與BroadR-Reach對抗的，是面向OBD用途開發(fā)物理層LSI的邁威爾和麥瑞。兩公司均計劃以在OBD用途的業(yè)績?yōu)槲淦?，擴大在攝像頭系統(tǒng)和信息系統(tǒng)中的應用。麥瑞半導體日本自信地表示，“以歐洲車廠商為中心，在OBD用途已經(jīng)供貨了數(shù)百萬個產(chǎn)品”。

　　另外，雙方還強調(diào)，以IEEE標準的以太網(wǎng)為基礎也是一大特點。邁威爾和麥瑞均表示，“因為是標準品，所以價格低”。

　　為了從OBD用途擴大到信息系統(tǒng)等更加廣泛的用途，邁威爾和麥瑞紛紛致力于可利用UTP實現(xiàn)100Mbit/秒數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢韺覮SI的開發(fā)。例如，麥瑞以2012年內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)品化為目標。邁威爾也已經(jīng)完成試制，“正由某大型供應商進行評測”（該公司）。

探討1Gbit/秒傳輸速度

　　要想普及車載以太網(wǎng)，還需要提高物理層的數(shù)據(jù)傳輸速度。目的是應對信息系統(tǒng)用途的數(shù)據(jù)容量增大，以及實現(xiàn)在車載LAN主干網(wǎng)的利用。首要目標是制定1Gbit/秒的標準。消費類產(chǎn)品使用的1000Base-T利用4對信號線實現(xiàn)1Gbit/秒的傳輸速度。直接將4對信號線用于汽車在成本和安裝空間方面都比較難。

　　因此，IEEE802.3的工作組正在討論能夠以4對以下的信號線實現(xiàn)1Gbit/秒傳輸速度的技術標準。那就是2012年3月成立的RTPGE Study Group。除了從事物理層LSI開發(fā)的博通、恩智浦、邁威爾及麥瑞等公司外，大型汽車廠商也加入了該工作組。

　　估計最早將在2014～2015年之前確定該標準。至少在連接器、線纜及電磁噪聲對策方面需要比100Mbit/秒的技術進行大幅改善。MAC層也“需要大幅改變”（恩智浦）。

　　在為擴大車載用途的應用而解決以太網(wǎng)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層課題的過程中，還出現(xiàn)了旨在提高車載以太網(wǎng)時代安全功能的動向以及開發(fā)中間件的舉措。

　　提高安全功能是因為，在利用以太網(wǎng)與外部產(chǎn)品輕松聯(lián)動的同時，遭到非法訪問的危險性也提高了。例如，由德國政府出資的項目SEIS（Security in Embedded IP-based Systems）除了IP車載網(wǎng)絡的安全功能外，還包括中間件等的要求事項，目標是用于汽車軟件標準平臺規(guī)格“AUTOSAR”注5）。

　　注5） SEIS的時間為2009年7月～2012年6月。

　　日本方面，行業(yè)團體JASPAR內(nèi)也于2012年4月成立了面向車載以太網(wǎng)應用的工作組。除安全功能和中間件外，還討論了物理層和開發(fā)環(huán)境等要素。

　　除此之外，還開始進行支持車載以太網(wǎng)的中間件開發(fā)及標準制定。例如，在AUTOSAR規(guī)格中，最新標準“Release 4.0”支持以太網(wǎng)和TCP/IP等。由汽車廠商等成立的車載信息產(chǎn)品行業(yè)團體“GENIVI聯(lián)盟”也在制定信息系統(tǒng)的中間件。