車載網(wǎng)絡(luò)的性能和合規(guī)性

對比過去、現(xiàn)在、將來的汽車，有一個明顯的趨勢： 汽車已經(jīng)成為帶輪子的數(shù)據(jù)中心。在每輛汽車內(nèi)部， 來自安全系統(tǒng)、機載傳感器、導(dǎo)航系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)流量， 以及對這些數(shù)據(jù)的依賴程度，都在不斷迅速增長。

這在速度、容量、可靠性方面給車載網(wǎng)絡(luò) (IVNs) 帶來 了重大影響，其中的影響之一是，在高速低時延應(yīng)用 中，為某種目的設(shè)計的總線缺少要求的帶寬，比如控 制區(qū)域網(wǎng) (CAN)、FlexRay、本地互連網(wǎng) (LIN)、面向 媒體的系統(tǒng)傳輸 (MOST) 和單邊半波傳輸 (SENT)。結(jié) 果，這些傳統(tǒng)標準正逐漸融入信息技術(shù) (IT) 領(lǐng)域以前 經(jīng)過驗證的各種技術(shù)。

當(dāng)前的主要實例是汽車以太網(wǎng)，它覆蓋了電氣和電子 工程師 (IEEE) 開發(fā)的四項標準。目前，汽車以太網(wǎng)將 與涵蓋各種系統(tǒng)和子系統(tǒng)的多種總線共存。因此，我 們需要不同的測試方法，來完成汽車和 IVN 的設(shè)計、 驗證、調(diào)試、排障、維護和保養(yǎng)。

發(fā)展趨勢：處理數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)

今天，許多汽車包含著八十幾個電子控制單元(ECUs)。 到目前為止，CAN、LIN、FlexRay、MOST 和 SENT 一直承載著這些 ECU 和各種機載系統(tǒng)之間的信息， 比如發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、傳輸、剎車、車身、懸架、 信息娛樂系統(tǒng)等 ( 表 1)。此外，蜂窩和非蜂窩無線技 術(shù) ( 如藍牙、WLAN 和 GNSS) 正把外部數(shù)據(jù)流傳送 到信息娛樂系統(tǒng)、導(dǎo)航系統(tǒng)和交通信息系統(tǒng)。

在未來幾年中，我們預(yù)計每輛汽車中都會看到超過 100 個 ECU，聯(lián)網(wǎng)的車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)每天會承載幾 TB 數(shù)據(jù)。我 們 預(yù) 計 汽 車 將 繼 續(xù) 采 用 CAN、CAN-FD、LIN、 FlexRay、SENT 和 MOST；但是，當(dāng)前頂端數(shù)據(jù)是 FlexRay 的 10 Mbps 及 MOST 的 150 Mbps。當(dāng)然， 想“走得更快”總是說易行難，業(yè)界普遍采用 CAN 總線要求進行大規(guī)模重新設(shè)計，才能提供必要的速度、 安全性和向下兼容能力。

隨著傳感器的數(shù)量越來越多，靈敏度越來越高，它們 會產(chǎn)生龐大的數(shù)據(jù)。可以想象，10~20 個攝像頭，提 供 360 度全景視圖，所有攝像頭都發(fā)送 1080p ( 現(xiàn)在 ) 或 4K ( 將來 ) 高清數(shù)據(jù)流，像素深度從 16 位提高到 20 位甚至 24 位。這些數(shù)字正在迅速疊加在一起：一 個支持 24 位像素深度的 4K 攝像頭以每秒 10-30 幀的 速率，生成每幀 199 Mb 的數(shù)據(jù)。2 盡管 1 Gbps 速率 現(xiàn)在可能足夠了，但很快就需要 10 Gbps ( 圖 1)。

目前，IVNs 采用預(yù)處理硬件，在傳感器上執(zhí)行數(shù)據(jù)精 簡 ( 即壓縮 )。遺憾的是，這會引入時延，影響響應(yīng)時 間，同時還會降低圖像質(zhì)量，從而限制可用的檢測距 離。一個新興解決方案是以 2 - 8 Gbps 速率把原始 數(shù)據(jù)傳送到集中式片上系統(tǒng) (SoCs) 或通用處理單元 (GPUs)，SoC 或 GPU 可以對輸入的實時數(shù)據(jù)進行壓 縮。IVNs 正從扁平結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向域控制器結(jié)構(gòu)，在域控制 器結(jié)構(gòu)中，傳感器會把原始數(shù)據(jù)傳送到中央處理單元。所需的通信流量正在不斷擴大，并隨著汽車到基礎(chǔ)設(shè) 施 (V2I)、汽車到汽車 (V2V) 和汽車到萬物 (V2X) 技術(shù) 不斷演進。所有這些都將在汽車操作和人機交互中發(fā) 揮重要作用。

挑戰(zhàn)：并排測試多條總線

測試挑戰(zhàn) #1：調(diào)試總線問題

CAN、LIN 和 FlexRay 均是相對成熟的總線協(xié)議，設(shè) 計目標是強健、容易集成。即便如此，車載通信可能 仍會受到噪聲、電路板布線及啟動 / 關(guān)閉定時的影響， 產(chǎn)生總線錯誤過多及鎖定等問題。

CAN、LIN 和 FlexRay 的常見問題包括排除信號問題， 調(diào)試解碼后的協(xié)議，了解多條通道、傳感器和激勵器。在 SENT 中，很難先配置示波器解碼快速和低速通道 SENT 消息，然后再觸發(fā)解碼后的信息。如前所述，多條總線在汽車封閉的空間內(nèi)同時運行， 可能會產(chǎn)生 EMI，導(dǎo)致信號質(zhì)量差。預(yù)一致性測試可 以幫助您隔離和識別信號質(zhì)量問題和總線性能問題 的成因，另外還可以改善針對相關(guān)標準通過 EMI 和 電磁兼容性 (EMC) 正式測試的能力，如 CISPR 12、 CISPR 25、EN 55013、EN 55022 ( 被 EN 55032 替代 ) 和 CFR Title 47, Part 15。

測試挑戰(zhàn) #2：檢驗電氣一致性

保證汽車之間及汽車內(nèi)部可靠的低時延數(shù)據(jù)流，對整 個系統(tǒng)的安全運行至關(guān)重要。與 CAN、 LIN 等不同， 汽車以太網(wǎng)擁有 IEEE 和 OPEN 聯(lián)盟規(guī)定的一套復(fù)雜 的合規(guī)測試，包括各種電氣要求，以確保滿足標準。 這些測試通常在設(shè)計、驗證和生產(chǎn)過程中執(zhí)行。在汽 車以太網(wǎng)中，物理 (PHY) 層電氣測試覆蓋發(fā)射機 / 接 收機（收發(fā)機）性能的多個關(guān)鍵指標，如表 3 所示。 這些測量的具體目標，是測試物理介質(zhì)連接（PMA） 相對于各種電氣參數(shù)據(jù)的一致性。

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