简介：为什么要讨论汽车以太网协议？

大家好，我是来自 key-iot 的工程师。最近，我在做智能网联汽车项目时发现，越来越多的原始设备制造商和一级供应商都在讨论 "车载以太网协议"。其实，车载以太网已经不是一个新概念，但它的协议体系与传统的 IT 以太网有很大不同。今天，让我们来谈谈什么是车载以太网协议，以及它为什么会成为智能汽车的 "新基础设施"。

1.什么是汽车以太网协议？

简而言之，汽车以太网协议是专为车载通信而设计的以太网协议系列。它不是一个单一的协议，而是一个从物理层到应用层的完整系统，旨在实现车内各种电子控制单元（ECU）、传感器、摄像头和其他设备之间高效可靠的互联。为什么不直接使用传统的 CAN、LIN 或 FlexRay？因为这些传统总线的带宽有限，无法满足自动驾驶、智能驾驶舱和车载娱乐等新应用的数据传输速率和实时性要求。以太网具有高带宽、低成本和强大的可扩展性，是下一代车载网络的首选。

2.汽车以太网协议栈概述

在讨论协议时，我们不能回避 OSI 七层模型。汽车以太网协议栈基本上就是按照这个思路设计的，但每一层都针对汽车应用场景进行了专门优化。

1.物理层 (PHY)汽车以太网的物理层与传统以太网有很大不同。最典型的标准是 100BASE-T1、1000BASE-T1 和 10BASE-T1S。这些标准都使用单对非屏蔽双绞线（单对以太网），支持全双工通信，抗干扰能力强，重量轻，非常适合复杂的汽车环境。物理层主要定义硬件接口、信号编码、数据到信号的转换和传输，以及主从模式确认。物理层主要定义硬件接口、信号编码、数据到信号的转换和传输，以及主从模式确认。例如，100BASE-T1 可在一对单线上实现 100Mbps 全双工通信，大大简化了车内布线。

2.数据链路层（MAC） 数据链路层负责帧封装、寻址和错误检测。汽车以太网在这一层引入了 VLAN（虚拟局域网）技术，可将一个物理网络划分为多个逻辑广播域，隔离广播风暴，提高网络质量。例如，动力总成系统和娱乐系统可以分属不同的 VLAN，互不干扰，使网络更加稳定。

3.网络层汽车以太网的网络层主要使用 ARP 和 IP 协议。ARP 处理 IP 地址和 MAC 地址之间的映射，而 IP 协议则负责数据包的寻址和转发。IPv4 是主流，但 IPv6 正在逐步被采用。CIDR（无类域间路由）允许更灵活的子网划分，使大规模节点管理更容易。

4.传输层传输层支持 ICMP、UDP 和 TCP 等协议。ICMP 主要用于网络测试（如 PING），而 UDP 和 TCP 则适用于对实时性和可靠性有不同要求的场景。例如，视频流和雷达数据使用 UDP，而诊断和校准使用 TCP。应用层应用层协议非常丰富，主要包括

• UDPNM：基于 UDP 的网络管理协议，用于协调节点睡眠和唤醒。
• DHCP：动态主机配置协议，用于自动分配 IP 地址。
• SOME/IP：面向服务的中间件协议，支持 SOA 架构下的服务发现和通信。
• DoIP：通过 IP 进行诊断，支持远程诊断和闪烁。
• 以太网 XCP：支持 ECU 校准、测量和旁路功能的校准协议。

3.汽车以太网协议的核心优势

1.高带宽、低延迟传统 CAN 总线的最高带宽为 1Mbps，FlexRay 为 10Mbps，而汽车以太网可轻松达到数百 Mbps 甚至 Gbps，满足高清摄像头、雷达和激光雷达的海量数据传输需求。灵活扩展、易于集成以太网是一种开放标准，具有良好的设备兼容性，易于与 IT 系统对接。VLAN和TSN等技术使网络拓扑结构更加灵活，可适应不同车型和功能需求。**3以下为 "汽车以太网协议 "原文的英文全文翻译，以Key-IoT员工的风格撰写，供恩施无线论坛等论坛使用。

导言：为什么要讨论汽车以太网协议？

大家好，我是 Key-IoT 的工程师。最近，我在做与智能网联汽车相关的项目时注意到，越来越多的汽车制造商和一级供应商都在讨论 "汽车以太网协议"。虽然汽车以太网并不是一个新概念，但其协议体系与传统的 IT 以太网有很大不同。今天，我想与大家分享一下什么是汽车以太网协议，以及为什么它已成为智能汽车的 "新基础设施"。

1.什么是汽车以太网协议？

简单地说，汽车以太网协议是一套专为车载通信而设计的以太网协议。它不是一个单一的协议，而是一个从物理层到应用层的综合系统，旨在实现电子控制单元（ECU）、传感器和摄像头等各种车载设备之间高效可靠的互连。原因在于这些传统总线系统的带宽有限，已无法满足自动驾驶、智能驾驶舱和车载娱乐等新应用的数据传输速率和实时性要求。以太网以其高带宽、低成本和可扩展性，自然成为下一代车载网络的首选。

2.汽车以太网协议栈概述

在讨论协议时，我们无法回避 OSI 七层模型。汽车以太网协议栈基本上就是根据这一模型设计的，但每一层都针对汽车应用场景进行了专门优化。 1. 物理层（PHY）
汽车以太网的物理层与传统以太网有很大不同。最典型的标准是 100BASE-T1、1000BASE-T1 和 10BASE-T1S。这些标准使用单对非屏蔽双绞线（单对以太网），支持全双工通信，抗干扰能力强，重量轻，适用于复杂的汽车环境。物理层主要定义硬件接口、信号编码、数据到信号的转换以及主从模式确认。例如，100BASE-T1 可通过单对电缆实现 100 Mbps 全双工通信，大大简化了车内布线。

2.数据链路层（MAC）
数据链路层负责帧封装、寻址和错误检测。汽车以太网在这一层引入了 VLAN（虚拟局域网）技术，可将物理网络划分为多个逻辑广播域，隔离广播风暴，提高网络质量。例如，动力总成系统和娱乐系统可分属不同的 VLAN，通过防止干扰来确保网络的稳定性。

3.网络层
汽车以太网的网络层主要使用 ARP 和 IP 协议。ARP 处理 IP 地址和 MAC 地址之间的映射，而 IP 协议则负责数据包寻址和转发。IPv4 是主流选择，但 IPv6 正逐渐被采用。CIDR（无类域间路由）允许更灵活的子网划分，使大规模节点的管理更加容易。

4.传输层
传输层支持 ICMP、UDP 和 TCP 等协议。ICMP 主要用于网络测试（如 PING），而 UDP 和 TCP 则用于对实时性能和可靠性有不同要求的场景。例如，视频流和雷达数据使用 UDP，而诊断和校准使用 TCP。应用层
应用层包括各种协议，如

• UDPNM：基于 UDP 的网络管理协议，可协调节点的休眠和唤醒。
• DHCP：用于自动分配 IP 地址的动态主机配置协议。
• SOME/IP：一种服务中间件协议，支持 SOA 架构中的服务发现和通信。
• DoIP： 以太网诊断协议，支持远程诊断和闪烁。
• 以太网 XCP：支持 ECU 校准、测量和旁路的校准协议。

3.汽车以太网协议的核心优势

1.高带宽、低延迟
传统 CAN 总线的带宽上限为 1 Mbps，而 FlexRay 只能达到 10 Mbps。相比之下，汽车以太网可轻松达到数百 Mbps 甚至 Gbps，满足高清摄像头、雷达和激光雷达对大量数据传输的需求。

2.灵活的可扩展性和简易集成
以太网是一种开放式标准，具有出色的设备兼容性，易于与 IT 系统集成。VLAN 和 TSN 等技术可实现更灵活的网络拓扑结构，以适应不同的车辆型号和功能要求。

3.实时和确定性通信
通过 AVB（音视频桥接）和 TSN（时间敏感网络）等扩展，汽车以太网可实现毫秒甚至微秒级的实时通信，满足自动驾驶和底盘控制对延迟的严格要求。

4.成本和重量优势
单对电缆设计大大降低了布线成本和重量，尤其适用于需要轻型解决方案的电动汽车和智能汽车。