Introduction : Pourquoi parler du protocole Ethernet automobile ?

Bonjour à tous, je suis un ingénieur de key-iot. Récemment, alors que je travaillais sur des projets de véhicules connectés intelligents, j'ai remarqué que de plus en plus d'équipementiers et de fournisseurs de niveau 1 discutaient du "protocole Ethernet automobile". En fait, l'Ethernet embarqué n'est plus un concept nouveau, mais son système de protocole est très différent de l'Ethernet informatique traditionnel. Aujourd'hui, voyons ce qu'est le protocole Ethernet automobile et pourquoi il est en passe de devenir la "nouvelle infrastructure" des véhicules intelligents.

1. Qu'est-ce que le protocole Ethernet automobile ?

En termes simples, le protocole Ethernet automobile est une famille de protocoles Ethernet spécialement conçus pour la communication à l'intérieur des véhicules. Il ne s'agit pas d'un protocole unique, mais d'un système complet allant de la couche physique à la couche application, visant à permettre une interconnexion efficace et fiable entre les différentes unités de contrôle électronique (ECU), les capteurs, les caméras et d'autres dispositifs à l'intérieur de la voiture.Pourquoi ne pas utiliser les bus CAN, LIN ou FlexRay traditionnels ? Parce que ces bus traditionnels ont une bande passante limitée et ne peuvent plus répondre aux exigences de débit de données et de temps réel des nouvelles applications telles que la conduite autonome, les cockpits intelligents et les divertissements à bord des voitures. Ethernet offre une large bande passante, un faible coût et une forte évolutivité, ce qui en fait le choix privilégié pour la prochaine génération de réseaux embarqués.

2. Aperçu de la pile de protocoles Ethernet automobile

Lorsque l'on parle de protocoles, on ne peut éviter le modèle OSI à sept couches. La pile de protocoles Ethernet automobile est fondamentalement conçue selon ce modèle, mais chaque couche est spécialement optimisée pour les scénarios automobiles.

1. Couche physique (PHY)La couche physique de l'Ethernet automobile est très différente de l'Ethernet traditionnel. Les normes les plus courantes sont 100BASE-T1, 1000BASE-T1 et 10BASE-T1S. Ces normes utilisent toutes une paire torsadée non blindée (Single Pair Ethernet), supportent la communication full-duplex, ont de fortes capacités anti-interférences et sont légères - parfaites pour l'environnement automobile complexe.La couche physique définit principalement les interfaces matérielles, le codage des signaux, la conversion données-signal et la transmission, ainsi que la confirmation du mode maître-esclave. La couche physique définit principalement les interfaces matérielles, le codage des signaux, la conversion données-signal et la transmission, ainsi que la confirmation du mode maître-esclave. Par exemple, 100BASE-T1 permet une communication full-duplex de 100Mbps sur une seule paire de fils, ce qui simplifie grandement le câblage dans les véhicules.

2. Couche liaison de données (MAC) La couche liaison de données est responsable de l'encapsulation des trames, de l'adressage et de la détection des erreurs. L'Ethernet automobile introduit la technologie VLAN (Virtual LAN) à cette couche, qui permet de diviser un réseau physique en plusieurs domaines de diffusion logiques, d'isoler les tempêtes de diffusion et d'améliorer la qualité du réseau. Par exemple, le système de transmission et le système de divertissement peuvent appartenir à des VLAN différents, sans interférer les uns avec les autres, ce qui rend le réseau plus stable.

3. Couche réseauLa couche réseau de l'Ethernet automobile utilise principalement les protocoles ARP et IP. Le protocole ARP gère la correspondance entre les adresses IP et les adresses MAC, tandis que le protocole IP est responsable de l'adressage et de la transmission des paquets. Le protocole IPv4 est le plus répandu, mais le protocole IPv6 est progressivement adopté. Le CIDR (Classless Inter-Domain Routing) permet un sous-réseau plus souple, ce qui facilite la gestion des nœuds à grande échelle.

4. Couche transport La couche transport prend en charge des protocoles tels que ICMP, UDP et TCP. ICMP est principalement utilisé pour les tests de réseau (comme PING), tandis que UDP et TCP conviennent à des scénarios ayant des exigences différentes en matière de temps réel et de fiabilité. Par exemple, les flux vidéo et les données radar utilisent UDP, tandis que les diagnostics et l'étalonnage utilisent TCP.5. Couche applicationLes protocoles de la couche application sont très riches et comprennent principalement :

• UDPNM : protocole de gestion de réseau basé sur UDP pour la mise en veille et le réveil coordonnés des nœuds.
• DHCP : Dynamic Host Configuration Protocol (protocole de configuration dynamique des hôtes) pour l'attribution automatique d'adresses IP.
• SOME/IP : protocole d'intergiciel orienté services prenant en charge la découverte et la communication de services dans le cadre d'une architecture SOA.
• DoIP : Diagnostic sur IP, permettant le diagnostic et le clignotement à distance.
• XCP on Ethernet : Protocole d'étalonnage prenant en charge les fonctions d'étalonnage, de mesure et de contournement du calculateur.

3. Principaux avantages du protocole Ethernet automobile

1. Large bande passante, faible latenceLa bande passante du bus CAN traditionnel plafonne à 1 Mbps, celle du FlexRay à 10 Mbps, tandis que l'Ethernet automobile atteint facilement des centaines de Mbps, voire des Gbps, répondant ainsi aux besoins massifs de transmission de données des caméras HD, des radars et des LiDAR.2. Extension flexible et intégration facileEthernet est une norme ouverte qui offre une bonne compatibilité entre les appareils et qui est facile à interfacer avec les systèmes informatiques. Les technologies telles que VLAN et TSN rendent la topologie du réseau plus flexible, s'adaptant aux différents modèles de véhicules et aux exigences fonctionnelles.**3Voici la traduction intégrale en anglais du texte original sur le "Protocole Ethernet automobile", rédigé dans le style d'un employé de Key-IoT pour un forum tel que Enshan Wireless Forum.

Introduction : Pourquoi parler du protocole Ethernet automobile ?

Bonjour à tous, je suis ingénieur chez Key-IoT. Récemment, alors que je travaillais sur des projets liés aux véhicules connectés intelligents, j'ai remarqué que de plus en plus de constructeurs automobiles et de fournisseurs de niveau 1 discutaient du "protocole Ethernet automobile". Bien que l'Ethernet automobile ne soit pas un nouveau concept, son système de protocole est très différent de l'Ethernet informatique traditionnel. Aujourd'hui, j'aimerais vous expliquer ce qu'est le protocole Ethernet automobile et pourquoi il est devenu la "nouvelle infrastructure" des véhicules intelligents.

1. Qu'est-ce que le protocole Ethernet automobile ?

En termes simples, le protocole Ethernet automobile est un ensemble de protocoles Ethernet spécifiquement conçus pour la communication à l'intérieur des véhicules. Il ne s'agit pas d'un protocole unique, mais d'un système complet qui s'étend de la couche physique à la couche application, et qui vise à permettre une interconnexion efficace et fiable entre divers dispositifs embarqués, tels que les unités de contrôle électronique (ECU), les capteurs et les caméras.Pourquoi ne pas utiliser les protocoles traditionnels tels que CAN, LIN ou FlexRay ? La raison est que ces systèmes de bus traditionnels ont une bande passante limitée et ne peuvent plus répondre aux exigences de débit de données et de temps réel des nouvelles applications telles que la conduite autonome, les cockpits intelligents et les divertissements à bord des véhicules. L'Ethernet, avec sa large bande passante, son faible coût et son évolutivité, est naturellement devenu le choix privilégié pour la prochaine génération de réseaux embarqués.

2. Aperçu de la pile de protocoles Ethernet automobile

Lorsque l'on parle de protocoles, on ne peut éviter le modèle OSI à sept couches. La pile de protocoles Ethernet automobile est essentiellement conçue sur la base de ce modèle, mais chaque couche a été spécialement optimisée pour les scénarios automobiles.1 Couche physique (PHY)
La couche physique de l'Ethernet automobile est très différente de l'Ethernet traditionnel. Les normes les plus courantes sont 100BASE-T1, 1000BASE-T1 et 10BASE-T1S. Ces normes utilisent une paire torsadée non blindée (Single Pair Ethernet), supportent la communication full-duplex, ont de fortes capacités anti-interférences et sont légères, ce qui les rend adaptées à l'environnement automobile complexe. La couche physique définit principalement les interfaces matérielles, le codage des signaux, la conversion données-signal et la confirmation du mode maître-esclave. La couche physique définit principalement les interfaces matérielles, le codage des signaux, la conversion données-signal et la confirmation du mode maître-esclave. Par exemple, 100BASE-T1 permet une communication full-duplex à 100 Mbps sur une seule paire de câbles, ce qui simplifie considérablement le câblage à l'intérieur des véhicules.

2. Couche liaison de données (MAC)
La couche liaison de données est responsable de l'encapsulation des trames, de l'adressage et de la détection des erreurs. L'Ethernet automobile introduit la technologie VLAN (Virtual Local Area Network) à cette couche, qui permet de diviser un réseau physique en plusieurs domaines de diffusion logiques, d'isoler les tempêtes de diffusion et d'améliorer la qualité du réseau. Par exemple, le système de transmission et le système de divertissement peuvent appartenir à des VLAN différents, ce qui garantit la stabilité du réseau en évitant les interférences.

3. Couche réseau
La couche réseau de l'Ethernet automobile utilise principalement les protocoles ARP et IP. Le protocole ARP gère la correspondance entre les adresses IP et les adresses MAC, tandis que le protocole IP est responsable de l'adressage et de la transmission des paquets. IPv4 est le choix le plus courant, mais IPv6 est progressivement adopté. Le CIDR (Classless Inter-Domain Routing) permet un sous-réseau plus souple, ce qui facilite la gestion des nœuds à grande échelle.

4. Couche transport
La couche transport prend en charge des protocoles tels que ICMP, UDP et TCP. ICMP est principalement utilisé pour tester le réseau (par exemple, PING), tandis que UDP et TCP sont utilisés pour des scénarios ayant des exigences différentes en matière de performance et de fiabilité en temps réel. Par exemple, les flux vidéo et les données radar utilisent UDP, tandis que les diagnostics et l'étalonnage utilisent TCP.5. Couche application
La couche application comprend une variété de protocoles, tels que :

• UDPNM : protocole de gestion de réseau basé sur UDP, permettant la mise en veille et le réveil coordonnés des nœuds.
• DHCP : protocole de configuration dynamique des hôtes pour l'attribution automatique d'adresses IP.
• SOME/IP : un protocole d'intergiciel de service qui prend en charge la découverte et la communication de services dans les architectures SOA.
• DoIP : protocole de diagnostic sur Ethernet qui prend en charge les diagnostics à distance et le clignotement.
• XCP on Ethernet : Protocole d'étalonnage qui prend en charge l'étalonnage, la mesure et le contournement du calculateur.

3. Principaux avantages du protocole Ethernet automobile

1. Largeur de bande élevée et faible latence
La bande passante du bus CAN traditionnel est limitée à 1 Mbps, et FlexRay n'atteint que 10 Mbps. En revanche, l'Ethernet automobile atteint facilement des centaines de Mbps, voire des Gbps, ce qui répond aux exigences des caméras haute définition, des radars et des LiDAR en matière de transmission de données volumineuses.

2. Évolutivité souple et intégration aisée
Ethernet est une norme ouverte qui offre une excellente compatibilité entre les appareils, ce qui facilite son intégration dans les systèmes informatiques. Des technologies telles que VLAN et TSN permettent des topologies de réseau plus souples, s'adaptant aux différents modèles de véhicules et aux exigences fonctionnelles.

3. Communication en temps réel et déterministe
Grâce à des extensions telles que AVB (Audio Video Bridging) et TSN (Time-Sensitive Networking), l'Ethernet automobile peut assurer une communication en temps réel au niveau de la milliseconde, voire de la microseconde, et répondre ainsi aux exigences strictes en matière de latence de la conduite autonome et du contrôle du châssis.

4. Avantages en termes de coût et de poids
La conception du câble à une seule paire réduit considérablement les coûts de câblage et le poids, en particulier pour les véhicules électriques et intelligents qui exigent des solutions légères.