2021年10月26日 | 浅谈车载以太网

写这篇帖子的现在我正在东北隔离，10月初因为有事从德国回国，到今天已经在一个房间待了半个多月了，足不能出户，就在某乎写Autosar相关的帖子，机缘巧合认识了网友徽州骆驼，向我推荐了这里，我正好也想了解下国内汽车软件行业的情况也想和志同道合的朋友多交流。

我的主要工作经历是在德国，毕业后先在一所德国大学工作了五年，主要从事车载总线CAN，LIN等相关的嵌入式系统的工作，后来离开大学进入了一家做车载信息娱乐系统的Tier1的研发中心工作了五年，开始做中间件Framework相关的研发，略了解了SOME/IP和CommonAPI相关的部分内容，后来公司改组，进入了以太网研发的部门，开始做AVB相关的工作，设计研发测试和协调管理都有涉及，用的是Linux的系统和高通的SoC，虽然这部分工作和OEM大厂开始有接触，但是自主性的工作比重比较多，还是比较自由的。后来我进入了南德一家OEM大厂，工作转为中央网关的以太网和交换机相关的架构和部分工作流管理，从需求分析到系统和软件级的架构都有覆盖，从Infotaiment进入整车系统，工作重点从MPU-Linux转向了MCU-Autosar，但是感觉视野一下豁然开朗，压力也开始变大，不过还是和国内不能比。

回来这两个周，也一直在找机会和国内同行讨论，想了解一下国内的行业情况，了解到国内技术迭代速度很快，也了解了什么叫新四化，感觉到了自己对国内行业的无知，所以也希望能抛砖引玉，有什么问题大家多指教，多讨论。

在德国工作的过程中，共事过从上世纪八九十年代就进入行业的大牛，也碰到过德国双轨制教育体系下20几岁就能独挡一面的半工半读的学生，让人头疼的人也碰到过不少，见的人多了，更发现自己需要填补的技术坑还很多，好处是知道了自己上升的空间也很多。此外，工作的过程中也看到了德国汽车的百年基业的厚重积淀和让人震撼的企业内涵，当然也看到了大企业的一些怪癖和弊端，也挺有意思，以后找机会再聊。

扯远了，来说正题，车载以太网，其实也是个很大范畴的题目，想说清楚很难，我也是想用“费曼学习法”来梳理下一些掌握和未掌握的东西。好多技术点都是捡拾前人牙慧，也有些地方大家争论也很大，比方说我觉得以太网今后会借着10BaseT1s一统江湖，取代CAN总线和Flexray，我一个德国同事则不以为然，觉得CANXL可以一战，好多东西，仁者见仁，不过争论起来反倒能碰出火花，学到新的东西。也希望大家能多来拍砖找问题。

因为车载以太网在我看来范围还是比较广，我打算分几部份聊。

第一部分简单聊下技术背景，和传统以太网的比较

之后分几部分聊下:

其他几种汽车通信技术，和车载以太网比较。

车载以太网的物理层1000/100BaseT1，10BaseT1s。

以太网的数据链路层和VLAN

车载以太网交换机

AVB和TSN

面向服务的SOME/IP

聊聊DoIP

饼先画好，希望自己能掐灭拖延症，有始有终的写出来，不求完美质量，但求几日拱一卒，如果能写的出来，以后我再继续画防火墙，Security和Autosar的饼。

#第一部分 车载以太网的技术背景# 

以太网的历史我就不去抠了，起于美国人梅特卡夫。从最早的关于以太网的草图可以看出，它是一种CDMA/CD冲突检测的总线结构，很像CAN总线。

以太网是针对的物理层和数据链路层的概念，但是大家聊的时候，上层的一些协议也会聊到，所以感觉不必太较真，后面我也会聊聊TCP/IP，SOME/IP，AVB等等，熟知的因特网就是构建在以太网之上的，过去几十年网络的发展震撼级的影响了人类历史。90年代末我在县城上高中的时候看电视上有把一个人关在一个屋里给他个电脑和网线看他能不能生存，现在我的隔离就是被关在一个屋里，给我一根网线，没有这根网线几乎没法生存。闲聊这些的目的是我觉得一个技术越普及，端点越多，总体网络的价值也越大（梅特卡夫定律），技术储备也越成熟，单端点的成本也就更容易降的更低，这也是我觉得以太网很有可能会慢慢取代Flexray和CAN，只是可能没有取代MOST这么容易。在汽车领域三个量很重要，就是时间t，金钱$和重量w，有时候这几个基本量要互相妥协，有时候借着引入新的技术多快好省也是可以达到的。近几年安全s,智能i和电动e等几个新的因素迅速崛起，为了sie，有时候t$w都多少要妥协。

日常我们能见到的传统以太网普通网线一般就是最下面这个由8根4对双绞线构成的1000BaseT标准的网线（5类线），传输速率是1Gbps，全双工。而传输100Mbps其实只需要4根两对双绞线就可以了，像图中上面的这种网两对的双绞线，其实不太多见了，五类线是向下兼容这种标准的，所以不用专门找这种两对双绞线的网线，这种以太网物理层介质标准叫100BaseTx，看网线的插孔可以看出只有4个金属线针脚。车上的以太网OBD接口就是用的这个标准。可以通过这个口给汽车接上外部电脑，或者调试设备，来对汽车进行诊断或者升级，但是这个以太网通信不属于汽车内部通讯，所以才可以用这个安全性和EMI都不高的100BaseTx标准。车内以太网用的都是100BaseT1或者1000BaseT1，这也使得OBD以太网接口显得与众不同。车载的交换机switch一般都有一个可配置为100BaseTx的端口, 比如Marvell的88q5050和新一点的88q5072。这个口的配置也不一样，后面讲交换机的时候再细说吧。还有一点关于我们日常用的以太网的，1000BaseT用的编码技术是PAM5，也就是说线缆上的信号有5种电平，1单位最小时间可以传输两位的数据，这也引入了波特率和传输速率的不同。车内以太网用的是PAM3。不像CAN总线，每个time slot上只有两个电平，或者是电平差，只能传输1位数据，所以CAN总线的波特率和数据传输速率是相同的。相对于车内以太网，传统的消费级以太网的好多参数都比较松散，要求不高，所以网线粗重没有问题，安全性，EMI，无线辐射大点也没有问题，偶尔出点问题顶多降低点用户体验，无伤大雅，而且家里网络卡也绝大多数都不是物理层的问题。但是车上就不一样了，温度高，震动大，电磁干扰厉害，但要求高，不但自己不能出问题，还不能影响其他的部分。速度要快，质量要轻，还要可靠，干扰小还得抗干扰，价格还得便宜，最好还得能给芯片供电。可能是唯一可以放宽的要求是，车载以太网的传输距离要求很近，15米就可以。

在诸多苛求下，博通的科学家和工程师在10年前开发出了BroadR-Reach，也就是100BaseT1，（标准的不同可以忽略，信号测试上稍为不同）。通常看到的OABR，BroadR-Reach, 100BaseT1， 都是一个东西。10年时间，车载以太网的端口数量已经达到数以亿计，改变了也将继续改变车内通讯技术的布局，相信也更将改变其他家用工用领域。

车载以太网可以说是是汽车智能化，网联化，共享化的一个根基技术，目前相关大部分的标准，软 件，工具，设备感觉基本掌握在欧美日的企业，我对国内行业不了解，零星有看到国内相关产业的信息，希望大家有信息的话，多补充。

10年前BroadRReach技术发布的时候我正用着HTC G11的手机，我的小舅秀给我看他签合同送的华为手机，还年轻的我想他的手机能用吗？10年后的2021，德国科隆小米门店开业前已经有德国米粉彻夜排队，中美贸易战之前华为的海报遍布欧洲各大城市。用了很短的时间，国产手机不管在顺风还是逆风的境地下都改变了世界手机市场的格局，我也期望在汽车领域也一样，今后写东西的时候，希望插图得去查国产的Logo。

很喜欢暴躁的Linus的一句话，他不是个抬头仰望星空的人，而是个愿意低头一个一个填坑的人。可能是隔离的原因，写着写着就上头，今天聊到这里吧，下次说说CAN，Flexray和展开讲讲车载以太网，希望自己能从小处着眼，慢慢摸索，言之有物。