僅僅在一代人的時(shí)間里，電子技術(shù)和處理器技術(shù)幾乎就已經(jīng)改變了我們生活中的所有方面 – 在車輛工程上最為顯著。電子元件、軟件和處理能力的范疇不僅改變了車輛的運(yùn)行方式，而且還改變了我們對(duì)車輛的看法 – 車輛現(xiàn)在更像是移動(dòng)的計(jì)算機(jī)，而不再是機(jī)器。
在 2010 年到 2016 年之間，現(xiàn)代汽車中軟件代碼的行數(shù) (SLOC) 已經(jīng)在以 15 為系數(shù)不斷的擴(kuò)張，從 1000 萬(wàn)行發(fā)展到了約 1.5 億行。預(yù)計(jì)對(duì)于全部車輛來(lái)說(shuō)，軟件的平均份額將以 11% 的年復(fù)合增長(zhǎng)率發(fā)展下去，從當(dāng)今 D 級(jí)車或者更大型汽車的 10%（約為 1,220 美元）增至 2030 年的 30%（5,200 美元左右）。
強(qiáng)大的計(jì)算能力、巨大的帶寬和速度都是處理形形色色的傳感器生成的海量數(shù)據(jù)的必備條件，從而滿足車輛日益實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化與自動(dòng)化的要求。5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接的目標(biāo)是將我們周圍的萬(wàn)事萬(wàn)物全部互連到一個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)可以提供必要的速度與響應(yīng)時(shí)間，從而供完全的利用自動(dòng)駕駛汽車的各種功能。
半導(dǎo)體公司當(dāng)前都在開發(fā)新型的微處理器，能夠?yàn)槎鄥^(qū)域車輛架構(gòu)（圖 1）實(shí)現(xiàn)高達(dá) 10 Gbps 及以上的高帶寬數(shù)據(jù)傳輸速率。這就會(huì)將車輛從移動(dòng)的計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)化成車輪上的數(shù)據(jù)中心，并且使自動(dòng)駕駛汽車實(shí)時(shí)做出復(fù)雜的決策。
隨著現(xiàn)有的汽車網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不足以應(yīng)對(duì)未來(lái)汽車的各種需求，以太網(wǎng)現(xiàn)已作為高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N最重要的協(xié)議而浮現(xiàn)了出來(lái)。對(duì)數(shù)據(jù)速率的需求正在不斷的攀升，愈發(fā)提升了多層安全措施以及無(wú)縫連接起軟硬件及互連布線系統(tǒng)所需的各種接口的重要性。以太網(wǎng)是一種成熟、穩(wěn)定而又久經(jīng)考驗(yàn)的技術(shù)，可以提供極高的速度與安全性，從而成為了一種標(biāo)準(zhǔn)。然而，與大多數(shù)傳統(tǒng)上的以太網(wǎng)應(yīng)用相比，以太網(wǎng)架構(gòu)必須能夠在車輛中惡劣的多的條件下良好工作。如此一來(lái)，這類網(wǎng)絡(luò)就必須要更加的穩(wěn)健，因?yàn)樗鼈円佑|到極端的溫度、濕度、水分、振動(dòng)和沖擊，并且還必須能夠耐受極大的電磁干擾 (EMI)。
將車輛的電子元件和電子設(shè)備分布到多個(gè)區(qū)域中，可以使 CAN 和 LIN 之類較老一些的汽車通信協(xié)議以及各種新的標(biāo)準(zhǔn)整合到基于以太網(wǎng)的車輛架構(gòu)之中。專用網(wǎng)關(guān)可以構(gòu)成原有的 ECU 設(shè)備與發(fā)展中的車載以太網(wǎng)絡(luò)之間的接口，便于形形色色的協(xié)議通信方式融入到更大規(guī)模的以太網(wǎng)架構(gòu)當(dāng)中。它們可以聚合起傳感器數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)發(fā)到一個(gè)或多個(gè)高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS)/自動(dòng)駕駛 (AD) 傳感器，在其中做出決策并將相應(yīng)產(chǎn)生的車輛命令通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)礁鱾€(gè)區(qū)域的網(wǎng)關(guān)。在那里，網(wǎng)關(guān)會(huì)將命令通過(guò)以太網(wǎng)或原有的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到控制單元。
各種各樣的傳感器，例如雷達(dá)、激光雷達(dá)以及高分辨率攝像頭等等，都在不斷的收集有關(guān)周邊環(huán)境的數(shù)據(jù)，并且通過(guò)以太網(wǎng)連接到網(wǎng)關(guān)。車輛工程師將會(huì)依靠高時(shí)效網(wǎng)絡(luò) (TSN) 來(lái)實(shí)現(xiàn)域間通信并滿足實(shí)時(shí)的要求。TSN 可以確保為網(wǎng)絡(luò)流量劃分出所需的優(yōu)先級(jí)，從而對(duì)于安全性至關(guān)重要的各種功能就不會(huì)被來(lái)自信息娛樂(lè)系統(tǒng)方面的數(shù)據(jù)流之類的其他活動(dòng)所阻礙。
在后視攝像頭的例子中，一個(gè)負(fù)責(zé)檢測(cè)物體是否阻擋進(jìn)一步傳播的信號(hào)會(huì)通過(guò) 100 兆比特的以太網(wǎng)線纜發(fā)送到網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)將所有的引入數(shù)據(jù)聚合到一個(gè)大的數(shù)據(jù)流中，然后通過(guò) 10 千兆的以太網(wǎng)鏈路實(shí)時(shí)發(fā)送到 ADAS/AD 服務(wù)器。在那里，軟件會(huì)對(duì)來(lái)自后視攝像頭的信號(hào)做出決策。然后，將向制動(dòng)控制單元發(fā)送一個(gè)制動(dòng)命令，該單元就會(huì)相應(yīng)的啟動(dòng)制動(dòng)器以使車輛停下。后視攝像頭的信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)會(huì)優(yōu)先處理，這樣關(guān)鍵的功能就不會(huì)被非關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)流量所中斷。
多區(qū)域網(wǎng)關(guān)控制的概念采用了冗余來(lái)建立起自動(dòng)防故障的功能性網(wǎng)絡(luò)，從而達(dá)到所需的極高安全性。
接插件式的連接器和線纜能夠在車輛的總壽命期間提供信號(hào)上的完整性，對(duì)于高速網(wǎng)絡(luò)連接的可靠性來(lái)說(shuō)，是一個(gè)決定性的因素。可靠性不得受到 EMI 或者熱過(guò)程的影響。
