車載以太網(wǎng)在汽車中的作用

I.車載以太網(wǎng)總線介紹

1.1以太網(wǎng)讓連接更容易

以太網(wǎng)技術(shù)在生活中的應(yīng)用隨處可見，日常電腦上網(wǎng)，或者手機(jī)上網(wǎng)都與以太網(wǎng)密不可分。現(xiàn)在汽車中的5G車聯(lián)網(wǎng)、V2X，以及后面汽車的智能化應(yīng)用這些都跟以太網(wǎng)技術(shù)密不可分。

1.2車載以太網(wǎng)最大優(yōu)勢(shì)：帶寬高，成熟度高

車載以太網(wǎng)的普及主要依賴于以太網(wǎng)的兩個(gè)優(yōu)勢(shì)：帶寬高和成熟度比較高。車載以太網(wǎng)帶寬目前有100M或者1000M，甚至隨著技術(shù)的發(fā)展后面可以達(dá)到2.5G、5G、10G的帶寬。

目前工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)可以達(dá)到100G的帶寬，從工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用到車載以太網(wǎng)應(yīng)用主要解決汽車上EMC的問(wèn)題，不需要做單獨(dú)的驗(yàn)證或者技術(shù)難題攻關(guān)，相當(dāng)于可以直接拿來(lái)應(yīng)用，這對(duì)車載以太網(wǎng)的發(fā)展是非常有利的，所以說(shuō)車載以太網(wǎng)的成熟度比較高，這也是車載以太網(wǎng)廣泛應(yīng)用的重要原因。

汽車技術(shù)的發(fā)展對(duì)以太網(wǎng)需求明顯提高：

1）隨著高算力，多功能，中央化智能ECU出現(xiàn)，刷寫速率以及迭代速度要快；

2）高階智能駕駛，針對(duì)時(shí)延以及帶寬，提出了更高的要求；

3）新能源換電，針對(duì)換電站的WIFI需求，無(wú)線靈活化；

4）智能車聯(lián)網(wǎng)，極致的座艙享受，消費(fèi)&汽車一體化

降本增效，使用以太網(wǎng)AVB/TSN技術(shù)實(shí)現(xiàn)視頻傳輸，節(jié)省LVDS專用線束成本。

1.3常見以太網(wǎng)線束分類

一對(duì)雙絞線

兩對(duì)雙絞線

OBD對(duì)外通信通常使用的是3、11、12、13 這四個(gè)引腳，外加一個(gè)引腳8做DOIP激活，在這里面，用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖?、11、12、13，這四個(gè)引腳用了兩對(duì)雙絞線，這四根線跟外部網(wǎng)線中四根進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)跟診斷儀或PCG進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

四對(duì)雙絞線（線序分T568A和T568B）

上圖是常見的網(wǎng)線，網(wǎng)線的采用四對(duì)雙絞線，一般一百兆網(wǎng)絡(luò)的話會(huì)用到里面1，2, 3,6四根。OBD口的四個(gè)引腳要跟網(wǎng)線里某四根線進(jìn)行一一匹配才能進(jìn)行車外通信。

II.車載以太網(wǎng)協(xié)議分析

2.1以太網(wǎng)經(jīng)典OSI(OpenSystemInterconnect)七層模型，由ISO組織發(fā)布

以太網(wǎng)經(jīng)典OSI七層模型以及對(duì)應(yīng)的解釋見上圖，同時(shí)列出了TCP/IP五層模型進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比來(lái)看，OSI和TCP/IP本質(zhì)描述的都是同一個(gè)東西，只不過(guò)OSI將TCP/IP最上方的應(yīng)用層詳細(xì)的分解成三層，做了詳細(xì)的功能描述，這樣方便加深理解。但是在實(shí)際學(xué)習(xí)和實(shí)施中，更多的是按照TCP/IP的五層模型進(jìn)行。

OSI模型協(xié)議分布

2.2以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)

以太網(wǎng)幀結(jié)構(gòu)見上圖，我們能夠抓到的以太網(wǎng)報(bào)文幀從目標(biāo)MAC地址開始到IP數(shù)據(jù)報(bào)，前面的前導(dǎo)碼和幀開始符再被抓包前就已經(jīng)被解析掉了，幀跟幀之間存在幀間距。

因此以太網(wǎng)幀由目標(biāo)MAC地址、源MAC地址、幀類型以及IP數(shù)據(jù)報(bào)構(gòu)成，其中IP數(shù)據(jù)報(bào)有一個(gè)規(guī)定的長(zhǎng)度，從46字節(jié)到1500個(gè)字節(jié)，因此以太網(wǎng)存在最大幀和最小幀：

1）以太網(wǎng)最大幀：

6+6+2+1500+4=1518字節(jié)

2）以太網(wǎng)最小幀

6+6+2+46+4=64字節(jié)

2.3IP及子網(wǎng)掩碼：子網(wǎng)掩碼不能單獨(dú)存在，它必須結(jié)合IP地址一起使用

1）子網(wǎng)掩碼作用：就是將某個(gè)IP地址劃分成網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址兩部分

2）例如192.168.1.1/24或者192.168.1.1，255.255.255.0，則主機(jī)數(shù)2^8-2=254

以太網(wǎng)路由示例：

以PC訪問(wèn)百度為例，對(duì)于PC來(lái)說(shuō)，它壓根不知道也關(guān)心

是在北京還是深圳，它只需要根據(jù)它的缺省網(wǎng)關(guān)去做路由，知道把IP往哪里送即可，就好比我們寄快遞到北京，快遞員從這個(gè)片區(qū)收件后，他不需要知道去具體北京的路線，

他只需要把物件送到下一個(gè)匯聚點(diǎn)就可以，就像接力一樣。這就是以太網(wǎng)通信的概念，因此，在進(jìn)行以太網(wǎng)通信設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮把信息發(fā)送給誰(shuí)。

電腦獲取網(wǎng)卡IP信息

2.4以太網(wǎng)DOIP協(xié)議

上圖為抓取的一個(gè)DOIP報(bào)文，這里注意一下，圖中的幀不包括前導(dǎo)碼、幀起始符、CRC校檢部分，這些已經(jīng)被剝離掉，特別是CRC校驗(yàn)，如果這個(gè)幀能被抓取到，那么意味著CRC校驗(yàn)一定是通過(guò)的。

圖中整個(gè)DOIP報(bào)文一共有69個(gè)字節(jié)，分別是：

14字節(jié)數(shù)據(jù)標(biāo)層，包含6個(gè)字節(jié)的源MAC，6個(gè)字節(jié)的目的MAC，2個(gè)字節(jié)的幀類型，

然后是IPV4，一般缺省是20字節(jié)，在某些情況下會(huì)額外有一些option字段，這樣可能就不止20字節(jié)，這種情況用的比較少，可以僅做了解，

再往下是TCP，同樣缺省是20字節(jié)，在極少數(shù)的情況下會(huì)額外有一些option字節(jié)

DOIP協(xié)議有8個(gè)字節(jié)的header，注意一下header中不包含邏輯地址。

以上就是DOIP協(xié)議的幀結(jié)構(gòu)

2.5以太網(wǎng)SOMEIP協(xié)議

SOMEIP協(xié)議幀結(jié)構(gòu)見上圖，SOMEIP就是我們常說(shuō)的SOA用的協(xié)議一種。SOMEIP幀結(jié)構(gòu)跟DOIP幀結(jié)構(gòu)類似，前面的部分基本差不多，SOMEIP報(bào)文頭部有16個(gè)字節(jié)，包含Service ID，Method ID，長(zhǎng)度等。

不同的SOMEIP一個(gè)請(qǐng)求或者消息，它的payload需要不同的解析，因?yàn)椴煌琌EM的payload定義是不一樣的，可能需要額外做一些插件進(jìn)行解析。

III.車載以太網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景

3.1DoIP應(yīng)用

DOIP協(xié)議數(shù)據(jù)格式

診斷儀通過(guò)DOIP跟網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，從內(nèi)部網(wǎng)關(guān)到內(nèi)部，包含了四種情況：

1）CAN ECU：診斷儀與網(wǎng)關(guān)建立DOIP鏈接，通過(guò)網(wǎng)關(guān)協(xié)議轉(zhuǎn)換進(jìn)行ECU診斷；

2）智能ECU：診斷儀與網(wǎng)關(guān)建立DOIP鏈接，通過(guò)網(wǎng)關(guān)協(xié)議磚混進(jìn)行ECU診斷；

3）智能ECU：網(wǎng)關(guān)代理：診斷儀與網(wǎng)關(guān)建立DOIP鏈接，網(wǎng)關(guān)與智能ECU建立1）DOIP鏈接，進(jìn)行ECU診斷；

4）智能ECU：網(wǎng)關(guān)穿透：診斷儀與智能ECU建立DOIP鏈接，進(jìn)行ECU診斷。

DOIP應(yīng)用過(guò)程示例

DOIP應(yīng)用過(guò)程示例

3.2端口鏡像的應(yīng)用

鏡像是指將指定源的保溫復(fù)制一份到目的端口。指定源被稱為鏡像源，目的端口被稱為觀察端口，復(fù)制的報(bào)文被稱為鏡像報(bào)文。

鏡像可以在不影響設(shè)備對(duì)原始報(bào)文正常處理的情況下，將期復(fù)制一份，并通過(guò)觀察端口發(fā)送給監(jiān)控設(shè)備，從而判斷網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行的業(yè)務(wù)是否正常。

鏡像端口：原始報(bào)文經(jīng)過(guò)的端口

觀察端口：連接監(jiān)控設(shè)備的端口，車上一般指OBD口

原理：PC可以通過(guò)OBD接入，通過(guò)診斷指令打開能使端口鏡像功能抓取ECU1→ECU2的通信報(bào)文，進(jìn)行分析和解決問(wèn)題。

IV.車載以太網(wǎng)的項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)

4.1車載以太網(wǎng)落地考慮事項(xiàng)

在進(jìn)行車載以太網(wǎng)的整車設(shè)計(jì)，需要知道以太網(wǎng)通信的物理特性，進(jìn)而決定線束及插件選型方向：

1）按需選擇屏蔽線還是非屏蔽線（成本和長(zhǎng)度）

2）線束的選型需要參考阻抗和S參數(shù)，有TC2/9規(guī)范約束

3）拉脫力對(duì)供應(yīng)商的生產(chǎn)以及壓接工藝有要求

4）性能測(cè)試可以配合PHY進(jìn)行壓測(cè)時(shí)延和丟幀率

4.2無(wú)線WIFI通信優(yōu)化 優(yōu)化一：信道管理

優(yōu)化1：信道管理

當(dāng)大家同時(shí)往空中發(fā)信號(hào)或者都在傳數(shù)據(jù)時(shí)意味著各個(gè)設(shè)備間存在相互干擾。比如大家同時(shí)在辦公室上網(wǎng)的時(shí)候，同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，有時(shí)候覺(jué)著好用，有時(shí)候覺(jué)著不好用，這個(gè)可能有時(shí)候干擾比較大一點(diǎn)。

這樣就要做信道管理，就是要錯(cuò)開信道，一般在中國(guó)大概有11個(gè)信道，1信道到11信道，要間隔5個(gè)信道才能沒(méi)有干擾。

優(yōu)化二：負(fù)載均衡管理

優(yōu)化2：負(fù)載均衡管理

以換電站為例，特別是春節(jié)期間，換電時(shí)有很多車在排隊(duì)，有可能換電站里一個(gè)路由器或者WIFI上面接入很多車，另一個(gè)又沒(méi)有接入車輛，這就造成了對(duì)資源的一個(gè)不均衡使用。在這種情況下就可以對(duì)負(fù)載均衡進(jìn)行管理。

優(yōu)化三：功率管理

優(yōu)化3：功率管理

前面提到信道之間有干擾，理想情況下是信號(hào)相互之間不要干擾，可以通過(guò)把功率相互之間重疊的地方減少，這樣可以減少干擾。

4.3診斷儀無(wú)法建立DoIP鏈接

原因分析：

物理鏈路問(wèn)題

數(shù)據(jù)鏈路問(wèn)題

DoIP激活電壓?jiǎn)栴}

對(duì)端節(jié)點(diǎn)DoIP協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)問(wèn)題

協(xié)議一致性不匹配問(wèn)題

邏輯地址定義問(wèn)題

其它具體問(wèn)題CASE分析

總結(jié)：“一看，二ping，三分析”

排查常用操作：SSH、ADB、Linux命令、telnet、tcpdump、wireshark、日志記錄等

審核編輯：劉清