以太网即将到来

2019年1月16日 约翰Burkhert

以太网即将到来

汽车以太网。这真的是一件事。如果我们想以任何有意义的(而且安全的)方式交出控制权,我们的汽车必须比手机更聪明。如今,汽车周围的数据传输有多种形式。我最近租的是一个带蓝牙配对功能的滚动WIFI热点,用于信息娱乐。很自然地,那辆黑色的雪佛兰大车上到处都是旧的USB接口,那里曾经是放烟灰缸的地方。别忘了GPS系统。我们既可以与熟悉该区域的机器互动,也可以简单地按下通用汽车的OnStar按钮,让真人帮我们查找。

这只是普通的汽车驾驶之外的客户界面。最后,我只好靠手机指路,凭着熟悉的机队交通工具在南佛罗里达旅行。手机暂时占据优势。黑斑羚的命运确实令人沮丧,但新事物即将出现。没有人希望被抓到没有伸手去摸金戒指。以太网是达到这一目的的手段之一。

以太网是什么?

从物理的角度来看,以太网是一个串行端口。一个连接器和几根电线。它可与的最新版本相媲美USB在这方面。汽车行业也有一个类似的标准,叫做CAN-Bus。它与低速和容错双绞线一起成长,根据需要从一端到另一端带断点。在120欧姆差动时,can总线的阻抗比我们通常看到的稍高一些。

图片来源:作者

物理结构为100英里每小时的测试变硬。一直以来,在媒体访问控制(MAC)子层中发明了将数据沿管道移动的新方法。这取决于你问的是谁,它也可以代表媒体访问控制。在“堆栈”中,MAC位于PHY层的正上方。这是我们。这两层构成了堆栈的基础,也是所有IEEE 802.3之类的文档试图定义的内容。作为数据链路层的下半部分,MAC是逻辑链路控制(LLC)子层的近亲。

“标准”操作

这些标准的重点是提出关于比特流形式的令人愉快的细节。基本上,我们是根据一次发送多少位来构造数据的,如何在接收端说明它们,以及一旦检测到损坏的数据该如何处理。帧将停止位、奇偶校验和双工作为协议。我在这里已经有一段时间了,我记得我的1200波特调制解调器的相同类型的设置。这些属性是普遍的。


这些标准还建立了一个层次结构,在时间冲突的情况下,哪种类型的数据获得优先级。构成中枢神经系统的车辆电子控制单元的输入过载一直是一个问题。在更简单的时代,8位系统被16位系统所取代,以此类推。

在软件/硬件边界分类


标准的媒体独立接口(MII)是基准,使用16个引脚。之后是降低的MII(6还是10?pin)和千兆MII,当然还有减少千兆(RGMII)。然后,有串行千兆媒体独立接口,最后,10千兆XGMII,它将回到许多引脚-目前。(XAUI,代表!)

图片来源:剑桥大学

标准的演变主要是关于这些类型的操作规范和每次更多的数据吞吐量。在某种程度上,丢包或高误码率通常可以追溯到糟糕的设计,因此,对我们来说,至少粗略地了解一下测试台上发生的事情是有用的。我不是一个“全栈”开发人员,但这些东西一次只能吸收一点。趋势总是更快、更可靠、更安全,同时保持向后兼容性。

这是最后一件事,兼容性,正在帮助引领一波以太网汽车技术。多年来,网络巨头们已经看到了他们强制性的10X标准的改进。直到现在,适应这样的数据速率在汽车装配线上从来都不是一个问题。传感器融合,将许多数据流实时转化为可操作的信息,需要很大的管道。几乎每一个可以分析的驾驶方面都有一个传感器。

数据驱动的

每一秒钟的操作都涉及大量的数据。车辆想知道是否所有的四个轮胎都在地面上和旋转。它需要知道你是在海平面上还是在山口上,这样它才能精确地调节空气/燃料混合物。如果你需要购买新的空气质量传感器,请举手。好了,把它放下。汽车应该打开前灯还是雨刷?要求传感器。它应该警告你盲点上的车吗?传感器。是时候打开安全气囊了吗? All of them? Now? How about now? Inquiring cars need to know.

这些都是在我们考虑物质享受和信息娱乐系统之前。我的车闻到外面的空气,如果它认为我可能不喜欢外面的气味,就会打开空调进行循环。它永远不会结束。所有这些都是数据驱动的。即将推出的5G将使尚未被考虑到的应用程序成为可能。如果数据来自相同的剧本,那么与网络同步就会更容易。安全问题是真实存在的,因为坏人使用更复杂的黑客技术。以太网社区一直在与之斗争。

汽车以太网标准的最新版本是IEEE的802.3bw-2015。你可能已经在轮子上开着局域网到处跑了。Teledyne LeCroy公司的David Maliniak表示,与LIN (19.2 kb/s)、CAN FD (15 Mb/s)、FlexRay (10 Mb/s)和MOST(25、50或150 Mb/s共享)相比,汽车以太网提供了更高的带宽数据传输。

图片来源:TE的连接

车载以太网通过数据的串行化在印刷电路板上实现。你会想要匹配这些线的长度,并像对待任何高速网络一样对待它们。时钟和MDIO线将与TX和RX一起成为总线的一部分。别指望那些连接器像电话插孔一样插进去。

机动车辆是一个不同于数据中心的世界。粗大的连接器是我们的东西。同时,以太网以前也在连接器处使用过变压器,在这里也一样。我们车上的ADAS和娱乐系统将不可避免地变得更好,对信息更加渴求。管道必须加宽以容纳所有这些数据。以太网即将到来。锁定并加载你的小连接器。




关于作者

约翰Burkhert

John Burkhert Jr是一名职业PCB设计师,在军事、电信、消费硬件和最近的汽车行业有丰富的经验。最初,他是一名射频专家——不得不时不时地更换比特以满足高速数字设计的需要。约翰喜欢玩贝斯和赛车时,他不写或执行PCB布局。你可以在LinkedIn上找到约翰。

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