从CAN到以太网，汽车通信升级中的连接如何应对

电子发烧友网报道（文/李宁远）互联是各行各业正在发展的趋势，汽车行业也不例外。随着对于更加安全、环保的车辆需求不断增加，像驾驶员驾驶辅助系统 ADAS、360°摄像头环视系统、接近检测系统、V2V和V2X通信等功能正在变得更加重要，不再是“可有可无”的辅助功能。
 
这些功能的实现需要大量数据作为基础，随着各类功能的增加，可以预见数据需求会呈指数级增长。数据量的增长倒逼了设计人员需要对车辆的电气/电子架构做出重大改动，以满足日益增长的传输数据量和传输速度。目前来看，方法无外乎是增加更多的专用 CAN网络，或者是集成更快的通信协议进入车辆，比如以太网。
 
汽车数字网络基石——通信总线
 
汽车内的各种通信总线技术，构建起了汽车数字化网络。传统的CAN、LIN和FlexRay各司其职，还有MOST用于汽车多媒体和导航。LIN小巧而方便，性价比很高；CAN可靠、适应性强，综合能力优秀；FlexRay价格高速度快、安全可靠。
 
在日益增长的传输数据量和传输速度需求下，汽车需要将数据从任何源位置快速、无缝地传输到其他目的地。增加更多的专用 CAN网络这种办法解决了一些数据传输升级面临的困扰，而且从CAN到CAN FD，CAN总线已经提升了不少（CAN FD最高可以达到8Mbps）。但即便是升级到CAN FD，增加更多的CAN FD网络，在当前自动驾驶和主动安全的需求之下，仍然显得不太够用。
 
以太网，不仅技术成熟而且标准化程度高，还具有高带宽与低成本的优势。早先因为其电磁兼容（EMC）的问题没有解决，导致这一技术在以前的整车中没有得到充分利用。随着EMC问题的解决，在汽车数据量膨胀的推动下车载通信架构开始重构，以太网开始在整车通信架构里占据越来越重要的位置。
 
从传输速率上说，以太网和其他总线的确不是一个级别，比如具有66 -200MHz的100Mbit/秒的IEEE 100BASE-T1（IEEE802.3bw）和600MHz的1Gbit/秒的IEEE 1000BASE-T1（IEEE802.3bp），这些以太网标准提供了汽车中传输数据急需的大带宽。传输距离上，车载以太网可以构建起覆盖整个车辆内部的广域网络，不再局限于CAN控制器与控制器之间的通信。
 
车载通信，从CAN到以太网的升级考虑
 
虽然CAN正在向以太网过渡，但是以太网不会取代整个现有CAN BUS协议，而是可以在适当的情况下在以太网中设计车辆最想要的功能，例如远程信息处理、诊断和ADAS。设计人员必须扩展整个车载网络系统，并在需要的地方使用以太网专用线路，以实现这些高级、数据密集型功能。
 
电气/电子架构的重构将更多的高级和自动化功能的添加了进来，与 CAN 和其他以往协议不同，以太网交换机需要将信号完整、低时延的定向传输到所需目的地。因此是将交换机放置在新的专用电气控制单元ECU内还是放置在原本ECU内都是需要考量的地方，同时需要多少电缆、连接器，以及如何放置它们，同样也会影响通信效果。
 
另一方面，以太网能够以更高的频率运行，因此，当它位于其他电子器件附近时会很“敏感”。因此以太网的物理层元件，连接器和线缆必须提前考虑潜在的 EMI、机械干扰、质量问题，需要针对平衡和EMI对物理层的每个连接元件进行控制。连接器的屏蔽和非屏蔽也需要充分考虑强磁干扰后进行选择，不同的ECU设计电磁兼容性也不尽相同，有些设计可能需要连接带有更高水平的屏蔽，而有些应用可能只需要简单的无屏蔽连接。
 
汽车以太网连接器在高频高速上的升级能够从专用的以太网连接器性能上看出来，并且其性能升级已经开始为未来更高的数据速率、更多的数据量做好了准备。此外，越来越多的功能也开始在汽车以太网连接器中实现，如PoDL电力和数据的混合传输，HDBASET内联连接器全双工数据传输等等。
 
小结
 
不能低估了元件机械性能对通信链路的影响，在以太网逐渐取代更多CAN应用的时候，只有与之匹配的连接元件和布线，才能保证稳定的海量数据传输和更快的传输速率，也有助于将其更方便地集成进车载网络中。