本文為Microchip汽車業(yè)務(wù)部門企業(yè)副總裁Matthias Kaestner，接受媒體採(cǎi)訪的文字節(jié)錄。文中，他針對(duì)近期備受關(guān)注的汽車乙太網(wǎng)路技術(shù)的發(fā)展提出看法，並且解析Microchip所將採(cǎi)取的解決之道。
汽車乙太網(wǎng)（Automotive Ethernet），顧名思義，就是一種專門用於汽車數(shù)據(jù)通訊的乙太網(wǎng)路，它主要的目的是用來達(dá)成車載資訊系統(tǒng)的數(shù)位化，並進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)汽車智慧化的願(yuàn)景。隨著車聯(lián)網(wǎng)和自駕車應(yīng)用的逐步落實(shí)，汽車乙太網(wǎng)路的重要性也在近期受到了市場(chǎng)的關(guān)注。
事實(shí)上，汽車乙太網(wǎng)路並不是新概念，很多解決方案早在2015年，甚至更早的時(shí)候就推出了。然而它跟一般人所理解的普通乙太網(wǎng)路技術(shù)，仍存在著一些不同之處。
減少系統(tǒng)佈線 汽車乙太網(wǎng)路正快速發(fā)展中
Microchip汽車業(yè)務(wù)部門企業(yè)副總裁Matthias Kaestner指出，促使汽車公司採(cǎi)用乙太網(wǎng)技術(shù)的主要因素，是將佈線減少到只用一對(duì)平衡線，同時(shí)具備足夠的可靠性。更重要的是，汽車乙太網(wǎng)半導(dǎo)體產(chǎn)品，是經(jīng)過專門設(shè)計(jì)，能夠滿足汽車產(chǎn)業(yè)嚴(yán)格的環(huán)境要求，並包括系統(tǒng)建造商需要的ISO 26262功能安全合規(guī)所需的文件資料。
而在實(shí)體層連接上，汽車乙太網(wǎng)使用與標(biāo)準(zhǔn)乙太網(wǎng)相同的框架結(jié)構(gòu)和通訊機(jī)制，其中也包括所有的安全功能，這就是為何汽車乙太網(wǎng)現(xiàn)在會(huì)受到許多人青睞的原因。
至於目前汽車乙太網(wǎng)路發(fā)展到什麼階段？Matthias Kaestner表示，像大多數(shù)汽車技術(shù)一樣，汽車乙太網(wǎng)一開始只在高階、功能豐富的旗艦車型中部署，但現(xiàn)在正在大規(guī)模量產(chǎn)的車型中部署，並在汽車產(chǎn)業(yè)中快速被採(cǎi)用。由於乙太網(wǎng)路非常成熟，且只有實(shí)體層改變用於車輛，因此汽車製造商可以得力於過去50年間，乙太網(wǎng)路被運(yùn)用在各種應(yīng)用中所累積的知識(shí)。
談到汽車廠對(duì)汽車乙太網(wǎng)路技術(shù)的態(tài)度，以及電動(dòng)車公司與傳統(tǒng)汽車製造商在採(cǎi)用汽車乙太網(wǎng)路技術(shù)的觀點(diǎn)和意願(yuàn)時(shí)，Matthias Kaestner認(rèn)為，大多數(shù)汽車製造商若不是正在部署乙太網(wǎng)路，就是正在評(píng)估其在下一代車輛中的使用。因?yàn)橐姨W(wǎng)路構(gòu)成了車輛的基本通訊骨幹，與車輛使用電動(dòng)馬達(dá)還是內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)無關(guān)。
| 圖一 : 車輛被劃分為各個(gè)區(qū)域，這些區(qū)域彼此通訊以協(xié)調(diào)車輛需要執(zhí)行哪些操作。（source：Microchip） |
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汽車朝向軟體定義 系統(tǒng)架構(gòu)面向分散式
他表示，乙太網(wǎng)路使汽車製造商可以從硬體驅(qū)動(dòng)的集中架構(gòu)轉(zhuǎn)，變?yōu)楦稚⒌膮^(qū)域架構(gòu)，後一種架構(gòu)需要閘道並轉(zhuǎn)換資料，以在車輛的各個(gè)領(lǐng)域之間傳輸。這種架構(gòu)使車輛各部分的資料，可供各種運(yùn)算平臺(tái)在標(biāo)準(zhǔn)化的乙太網(wǎng)通訊框架中被存取，以便功能可以由軟體定義。
這種架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)更複雜的系統(tǒng)，並簡(jiǎn)化診斷、維護(hù)和故障排除的難度。此外，它還增強(qiáng)了安全性，因?yàn)槭褂昧藰I(yè)界熟知的乙太網(wǎng)專用驗(yàn)證和加密系統(tǒng)，而不必從頭開始開發(fā)新系統(tǒng)。
至於採(cǎi)用汽車乙太網(wǎng)路技術(shù)的成本是否較為昂貴？Matthias Kaestner則表示並非如此。他指出，汽車乙太網(wǎng)實(shí)際上並不比其他高頻寬技術(shù)更昂貴，只是需要時(shí)間，從為特定、獨(dú)立功能優(yōu)化的系統(tǒng)，轉(zhuǎn)移到更靈活、面向軟體的通用通訊機(jī)制的架構(gòu)。
由於必須完成這種汽車電子系的轉(zhuǎn)移，並使用分散式運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)。過去，每個(gè)車輛領(lǐng)域都獨(dú)立於其他系統(tǒng)發(fā)展，並使用為一個(gè)特定功能優(yōu)化的硬體。如今，車輛被劃分為各個(gè)區(qū)域，這些區(qū)域彼此通訊以協(xié)調(diào)車輛需要執(zhí)行哪些操作。軟體已經(jīng)接管了許多功能，硬體則會(huì)更通用。
靈活的可擴(kuò)展性 增添汽車應(yīng)用範(fàn)疇
儘管汽車乙太網(wǎng)路已漸漸躍居主流的位置，但隨著自動(dòng)駕駛與智慧應(yīng)用等趨勢(shì)的發(fā)展，Matthias Kaestner看好汽車乙太網(wǎng)路的框架仍會(huì)進(jìn)一步的擴(kuò)大。他表示，乙太網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)並不在於高速，而在於它提供的可擴(kuò)展性，進(jìn)而提供特定功能所需的頻寬。
他解釋，一些汽車感測(cè)器和執(zhí)行器只需要幾kbps的頻寬，但更複雜的視覺系統(tǒng)可能需要Gbps。乙太網(wǎng)的妙處就在於，無論速度如何，資料的格式（即乙太網(wǎng)框架）都是相同的。例如，開發(fā)者可以使用10 Mbps的鏈路連接感測(cè)器，連接到一個(gè)簡(jiǎn)單的交換器，將許多10 Mb資料流程聚合到更高的頻寬，並使用同一臺(tái)交換器傳輸需要更高速度的串流視訊或資訊娛樂資料。
因應(yīng)上述的需求，Microchip近期也推出了通過汽車認(rèn)證的LAN8670/1/2系列10BASE-T1S乙太網(wǎng)元件，如此便可將過往需要採(cǎi)用自己的通訊系統(tǒng)的低速設(shè)備，連接到汽車應(yīng)用中的標(biāo)準(zhǔn)乙太網(wǎng)系統(tǒng)。至於在開發(fā)符合IEEE汽車規(guī)範(fàn)的10BASE-T1S技術(shù)方面，Microchip則是主要的貢獻(xiàn)者之一，這項(xiàng)技術(shù)藉由將乙太網(wǎng)的覆蓋範(fàn)圍擴(kuò)展到邊緣網(wǎng)路的設(shè)備，進(jìn)而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
| 圖二 : Microchip汽車業(yè)務(wù)部門企業(yè)副總裁Matthias Kaestner（source：Microchip） |
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極佳的安全性 確保車聯(lián)網(wǎng)資訊不外漏
此外，乙太網(wǎng)路的另一個(gè)重要好處，是能夠在網(wǎng)路中驗(yàn)證參與者的身份，並加密流經(jīng)網(wǎng)路的資訊。乙太網(wǎng)一直用於各種類型的通訊，是一種安全、業(yè)界熟知且經(jīng)過測(cè)試的系統(tǒng)，其他技術(shù)則必須開發(fā)安全基礎(chǔ)設(shè)施，並且?guī)缀鯖]有全球生態(tài)系統(tǒng)的支援，可以用以尋找和解決最新發(fā)現(xiàn)的威脅。
為了強(qiáng)化車聯(lián)網(wǎng)的安全，Microchip的安全業(yè)務(wù)部門開發(fā)並部署了專門針對(duì)汽車和非汽車應(yīng)用的安全產(chǎn)品，稱為CryptoAutomotive IC。
Matthias Kaestner指出，在這一領(lǐng)域，安全提供的配套細(xì)節(jié)就像設(shè)計(jì)電子設(shè)備一樣困難，Microchip在這兩個(gè)領(lǐng)域都擁有專業(yè)知識(shí)，並已開發(fā)出防篡改的半導(dǎo)體產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)各種基於標(biāo)準(zhǔn)的安全協(xié)議。它們可用來驗(yàn)證彼此通訊的元件，以確保這些元件屬於汽車。它們還可加密在網(wǎng)路參與者之間傳輸?shù)馁Y訊。
| 圖三 : 乙太網(wǎng)路的另一個(gè)重要好處，是能夠在網(wǎng)路中驗(yàn)證參與者的身份，並加密流經(jīng)網(wǎng)路的資訊。 |
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此外，Microchip還有安全的相關(guān)配套系統(tǒng)，協(xié)助客戶插入金鑰和信任證書，以確保這些加密元件的整個(gè)製造過程是安全的。這些配套系統(tǒng)可以防止任何客戶的金鑰在進(jìn)入汽車之前被截獲。
除了提供汽車乙太網(wǎng)路之外，Microchip也將其與PCIe和ASA結(jié)合形成解決方案，對(duì)此Matthias Kaestner解釋，PCIe和串列器/解串器（汽車ＳerDes）可以提供比乙太網(wǎng)路更高速的連結(jié)，所有這些技術(shù)都彼此互補(bǔ)。而Microchip在這些領(lǐng)域都擁有專業(yè)知識(shí)，可以協(xié)助客戶優(yōu)化其系統(tǒng)，將它們組合起來能夠?qū)崿F(xiàn)最豐富的功能和最經(jīng)濟(jì)高效的解決方案。
