以太網在企業和消費者領域是一種普遍的網絡技術，自 30 多年前推出以來，它的廣泛采用有助于推動速度和成本的提高。如今，汽車制造商及其一級供應商正在尋求通過不斷發展的 IEEE 標準來利用以太網的低成本和高帶寬，以幫助提高網絡技術的確定性和可靠性，正如 Marvell 汽車解決方案事業部高級產品營銷經理 Alex Tan半導體在本次采訪中解釋道。

由于速度和成本優勢，以太網似乎是車載網絡的合理選擇。當今汽車行業如何利用以太網？

TAN：當然，以太網在消費者和企業領域非常成功，但也用于許多其他應用。它首先進入的領域之一是工業方面，基本上表明您可以采用這種基于 IP 的、非確定性的松散網絡，并使用它來控制實時系統和關鍵系統。它進入工業領域，被PROFINET、SERCOS III和DeviceNet采用，但也適用于許多不同的工業技術。它還進入智能電網進行配電。該模型采用標準以太網，然后開發在 IP 之上工作的上層協議以允許實時操作。

在汽車中，引起人們對以太網興趣的真正原因是對帶寬的需求。我相信寶馬是第一家對此非常直言不諱的公司。他們回顧情況并說：“在 2010 年代中期，我們將有如此多的處理器運行如此多的代碼行，如果我們使用現有的專有技術，如果有任何理由刷新軟件，寶馬車主將不得不將他們的車帶進來兩天才能讓所有東西都閃爍。” 這是一個巨大的問題，你認為他們期待引入新技術，他們自然而然地關注了以太網。

他們發現的第一件事是，從協議的角度來看，以太網非常好，但車載網絡本身的物理層與以太網的要求不匹配，因為汽車的物理層非常獨特和健壯：你有EMI 問題；您有堅固性問題；您的電纜會在水下弄臟并搖晃；甚至對于這些汽車制造商來說，電纜甚至螺絲的重量都會增加每加侖英里數的成本。

這就是該行業在進入以太網之前所處的位置，因此必須發生兩件事。一件事是通過 IEEE 發展單對以太網 （ 100BASE-T1 ），然后發展千兆以太網 （GbE），即1000BASE-T1。

將以太網引入系統后，無論是汽車、工業、智能電網還是能源基礎設施，您都會發現這種帶寬帶來了許多其他優勢和新功能。即使是雙向、可配置和基于 IP 的 100 Mb 以太網也可以為您提供很多功能，并且與以前汽車中的任何設備都大不相同。如果你看看 CAN、LIN 或 MOST，它們中的每一個都有一個非常明確的架構，專為汽車中的特定應用而設計，但 MOST 用于信息娛樂，CAN 用于控制信號，LIN 用于安全，隨著以太網的出現，你例如，可以將 CAN 信號封裝在 IP 包中，然后通過您的 CAN 網絡發送。這開啟了新應用的爆炸式增長。

今天每個人都在談論，到 2020 年代中期，自動駕駛汽車將如何出現。好吧，今天的技術就在那里，當然，我們只需要看看谷歌在做什么，或者奧迪在兩次 CES 之前做了什么，當時一輛汽車從舊金山開到拉斯維加斯。但是把它做成一輛量產車，你可以在孩子們放學后作為他們的第一輛車為他們購買，這是一個巨大的不同，對吧？它不僅擁有技術，還必須滿足汽車要求和汽車成本。

我們正在開發的 GbE 是連接汽車中不同領域（傳統上是信息娛樂領域、高級駕駛員輔助系統 （ADAS） 領域、車身電子領域和控制領域）的骨干或基礎設施，并連接他們都在一起。下一步是使用該信息連接自動駕駛汽車所需的其他傳感器。所有這些都可以共同發揮作用，并為您提供所需的性能。

第二步不僅僅是連接車內，而是將車連接到云端。您的汽車成為物聯網 （IoT） 的延伸。就在最近，我將我家的鎖換成了與 Apple HomeKit 兼容的鎖，這樣我就可以使用手機查看我的前門是否鎖上了。我的車應該能夠告訴我同樣的事情，事實上，我想從我的車上獲得更多信息。是否被鎖定？里面的溫度是多少？是不是油耗低？如果您被鎖在門外，能夠拿起您的手機并進入那里并打開它不是很好嗎？所有這些東西都非常有用。

這就是以太網為您提供的。這是一個非常靈活的主干，因此如果有一個新的應用程序，這個新的應用程序可以添加到汽車中。您需要您今天構建的架構的靈活性，以使您的汽車能夠支持甚至還沒有想到的功能。事實上，這真的很難，因為建筑師可能會在發布前五到七年進行設計，而且他們必須已經在考慮銷售福特嘉年華的營銷人員在七年之內想要什么信息娛樂系統年，這幾乎是不可能的。

以太網提出了對丟包的擔憂。汽車級以太網如何減少可能對車輛安全產生巨大影響的數據包丟失？

TAN：這個答案的基礎來自工業，因為在汽車使用它之前，工業人員找到了采用舊 PROFIBUS 類型技術并用以太網取代它的方法。在這些情況下，如果您使用以太網來控制機械臂并丟失了一個數據包，那么機械臂可能會到達不應該出現的地方，這可能非常危險并且對制造非常不利。因此，開發了許多實時協議，它們基本上位于 IP 之上，并允許對根本上非確定性的網絡進行確定性的實時控制。其中一項基礎技術是稱為1588 精確時間協議 （PTP）的 IEEE 標準，并且該協議允許網絡上的不同節點交換它們的時間，以便它們可以同步操作（圖 1）。這對于一個非常受控的環境來說已經足夠強大了，但下一步是確保你不會丟失數據包，因為以太網本質上是突發的，這意味著在你發送盡可能多的數據、使用全部帶寬和沒有發送任何內容，或者您同時有兩個事件，每個事件都在爭奪帶寬。

【圖1 | IEEE 1588 精確時間協議旨在同步基于以太網的嵌入式系統以實現實時操作。］

幸運的是，有一個稱為IEEE 802.1AS的標準子集是為音頻視頻橋接 （AVB） 開發的，其互操作性由 AVnu 聯盟管理。最初，這些標準是為專業音樂會場地設計的，因為同樣，您需要有準確的時間，但如果每個音符都在同一時間，但音頻沒有到達其中一個揚聲器，因為它被另一個揚聲器阻擋，這還不夠好指示狀態或其他內容的數據包。AVB 所做的是允許您在網絡上動態分配帶寬，以便您擁有保護與時間相關的流式傳輸流所需的帶寬（圖 2）。

【圖2 | 開發了 IEEE 802.1AS 的音頻視頻橋接 （AVB） 部分，以確保通過流量整形將時間相關的流式流傳輸到各個網絡節點。］

AVB 技術現在正通過一組稱為時間敏感網絡 （TSN）的新 802.1 子標準適用于汽車和工業應用正在遠離音頻/視頻路線（圖 3）。TSN 將其提升到一個新的水平，以保證流量保護和交付。例如，在今天的汽車系統中，您可以在您的軟件中為您的交換機和 PHY 使用帶有這些 TSN 擴展的 AVB，然后您的所有輸入數據都保證為 50 Mbps，或者任何所需的帶寬。但是，如果您關閉輸入系統，例如，如果您想進行一次性閃存以更新所有處理器，則該帶寬將完全可用。因此，這并不像說我們有一個完全隔離的網絡僅用于視頻那樣具有限制性，而是它允許您保護需要保護的視頻并充分利用系統。另一部分是你確實達到了極限，

【圖3 | 新的時間敏感網絡 （TSN） IEEE 標準組通過將網絡資源專用于特定節點/應用程序，擴展了基于以太網的網絡的 AVB 確定性。］

除了采用已經為工業和音頻設計和驗證的技術外，汽車制造商無需做任何事情。這是 Marvell Semiconductor 在開發 PTP 和 AVB TSN 方面一直處于技術領先地位的領域之一，我們直接在我們的硬件中實現了這些協議的許多計算難度更高的部分（圖 4）。因此，這使得制作軟件和管理網絡變得更加容易，并且還使網絡速度更快，減少了延遲，因此它們可以足夠快地運行，以滿足您在行駛時發送視頻的汽車的要求路或類似的東西。

【圖4 | Marvell 的汽車以太網參考平臺帶有來自 TE Connectivity 的用于汽車以太網的集成 MATEnet 連接器，包括兩個 1000BASE-T1 PHY、兩個 100BASE-T1 PHY、兩個標準以太網 PHY，以及一個支持音頻/視頻橋接和時間敏感網絡 （TSN） 的內置交換機） 協議。］

汽車級以太網會像我們在傳統網絡基礎設施中看到的那樣繼續推動帶寬嗎？

審核編輯：郭婷