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  車載以太網(wǎng)誕生背景

  汽車智能化和網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展越來越快，汽車從傳統(tǒng)的出行終端慢慢演變成智能終端。傳統(tǒng)汽車電子通信總線以CAN總線為主，通信速率在1MBps以內(nèi)已經(jīng)可以滿足需求，但是隨著現(xiàn)在汽車EE架構(gòu)的升級(jí)換代，CAN總線的通信速率和帶寬已經(jīng)無法滿足需求。

  特別是在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，傳感器+自動(dòng)駕駛域控+執(zhí)行單元的結(jié)構(gòu)，傳感器對(duì)外感知的數(shù)據(jù)量是非常龐大的。這就慢慢把以太網(wǎng)搬上了車，當(dāng)前車載以太網(wǎng)已經(jīng)可以支持千兆的速度。

  以太網(wǎng)的基礎(chǔ)知識(shí)

  提起以太網(wǎng)就離不開OSI七層模型，1984年，ISO發(fā)布了著名的ISO/IEC 7498標(biāo)準(zhǔn)，它定義了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的7層架構(gòu)：開放式系統(tǒng)互聯(lián)參考模型(Open System Interconnection Model，OSI Model)。

  OSI模型引入了服務(wù)、接口、協(xié)議、分層的概念，TCP/IP借鑒了OSI的這些概念建立TCP/IP參考模型，也被稱為TCP/IP或TCP/IP四層模型。

  以太網(wǎng)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層離不開三個(gè)硬件名稱：MAC、MII、PHY，這三個(gè)硬件名稱是必須理解清楚的。

  MAC(Media Access Control)控制器

  PHY(Physical Layer)物理層接口

  MII(Media Independent Interface)媒體獨(dú)立接口

  結(jié)構(gòu)：

  從這個(gè)圖就可以看出，ETH發(fā)包的時(shí)候會(huì)把數(shù)據(jù)放到DMA中，MAC會(huì)從DMA中拿數(shù)據(jù)并通過PHY發(fā)送出去。

  實(shí)際項(xiàng)目中，一般MAC是集成到MCU主芯片內(nèi)的，PHY芯片單獨(dú)購(gòu)買的。這是因?yàn)镻HY芯片整合了大量模擬硬件，而MAC則是典型的全數(shù)字器件，考慮到芯片面積和模擬/數(shù)字混合架構(gòu)原因，通過PHY芯片是留在片外的。所以一般是以下這種結(jié)構(gòu)：

  MAC和PHY是工作在OSI七層模型的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層

  MAC

  MAC可以指的是硬件控制器，也可以指MAC通信協(xié)議。該協(xié)議位于OS七層協(xié)議中數(shù)據(jù)鏈路層的下半部分，主要負(fù)責(zé)控制與連接物理層的物理介質(zhì)。MAC結(jié)構(gòu)大概是這個(gè)樣子：

  MAC通過MII總線和PHY進(jìn)行發(fā)包收包的數(shù)據(jù)傳輸，通過MII管理也就是MDC和MDIO來控制PHY芯片和讀取PHY芯片狀態(tài)。

  MII

  MII接口是MAC和PHY連接的標(biāo)準(zhǔn)接口，該接口支持10Mb/s和100Mb/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，傳輸位為4位。

  后續(xù)由于發(fā)展，在MII總線基礎(chǔ)上發(fā)展了RMII GMII RGMII等，主要是縮減線數(shù)和提高傳輸速率。

  PHY

  PHY是物理接口收發(fā)器，它實(shí)現(xiàn)了OSI模型的物理層，包括MII/GMII子層、PCS(物理介質(zhì)相關(guān))子層、MDI子層。

  PHY芯片寄存器地址從0到31定義了一些默認(rèn)寄存器地址，當(dāng)然隨著芯片功能不斷增加，很多PHY芯片采用分頁技術(shù)來擴(kuò)展地址空間定義更多的寄存器。

  車載以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)的區(qū)別

  物理線束上：

  工業(yè)以太網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)主要采用10/100BASE-TX和1000BASE-T，1000BASE-T是使用RJ45接口，需要四對(duì)雙絞線共8根線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，而10/100BASE-TX是使用2對(duì)雙絞線共4根線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

  而車載以太網(wǎng)一般使用帶T1的標(biāo)準(zhǔn)，如IEEE 100BASE-T1、IEEE 1000BASE-T1，這些都是使用一對(duì)雙絞線共兩根線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

  注：以上的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字指的是通信速率 10M 100M 1000M

  上圖展示了使用T1標(biāo)準(zhǔn)兩根線的好處，所以T1標(biāo)準(zhǔn)適用于車規(guī)級(jí)別使用。

  網(wǎng)絡(luò)分層模型上：

  車載以太網(wǎng)是基于TCP/IP的網(wǎng)絡(luò)分層模型。也就是傳輸層以上都稱為應(yīng)用層。沒有對(duì)5-7層做嚴(yán)格區(qū)分。

  現(xiàn)在車載以太網(wǎng)應(yīng)用層常用的有SOME/IP DDS協(xié)議等。

  當(dāng)在使用車載以太網(wǎng)的時(shí)候，就要選擇對(duì)應(yīng)的車規(guī)PHY芯片。汽車領(lǐng)域?qū)τ诳煽啃?、安全性要求比較高。汽車使用的環(huán)境比較惡劣，從各方面對(duì)車載以太網(wǎng)的可靠性提了更高的要求。所以車載以太網(wǎng)和工業(yè)以太網(wǎng)還是有蠻多不同之處的。