一個(gè)老工程師的困惑

上周參加一個(gè)車(chē)載電子研討會(huì)，碰到一位做了十幾年傳統(tǒng)車(chē)企電子電氣架構(gòu)的工程師。他說(shuō)現(xiàn)在最頭疼的事，就是新項(xiàng)目要在原有CAN網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上加入以太網(wǎng)骨干網(wǎng)，還要兼容部分老款車(chē)型的LIN節(jié)點(diǎn)。三種總線協(xié)議混在一起，數(shù)據(jù)怎么流轉(zhuǎn)？時(shí)序怎么保證？故障怎么隔離？

這不是個(gè)案。翻開(kāi)近兩年的汽車(chē)行業(yè)報(bào)告會(huì)發(fā)現(xiàn)，超過(guò)70%的主機(jī)廠都在做網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)升級(jí)，核心痛點(diǎn)就是"多網(wǎng)融合"。問(wèn)題來(lái)了：為什么不直接全部換成以太網(wǎng)？答案很現(xiàn)實(shí)——成本、供應(yīng)鏈、產(chǎn)品生命周期，這些因素決定了"一刀切"根本不可能。

這就是SV910車(chē)載以太網(wǎng)網(wǎng)關(guān)要解決的核心問(wèn)題。

先搞清楚：汽車(chē)?yán)锏降子卸嗌俜N網(wǎng)絡(luò)？

很多人以為車(chē)載網(wǎng)絡(luò)就是CAN總線，其實(shí)遠(yuǎn)沒(méi)這么簡(jiǎn)單。一輛現(xiàn)代汽車(chē)內(nèi)部，至少存在4-5種不同的通信網(wǎng)絡(luò)：

CAN（控制器局域網(wǎng)）：這是最常見(jiàn)的車(chē)載總線，分為高速CAN（500Kbps）和低速CAN（125Kbps）。動(dòng)力系統(tǒng)、底盤(pán)控制、車(chē)身控制基本都用CAN。它的優(yōu)勢(shì)是成本低、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是帶寬太小。

LIN（本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)）：帶寬只有20Kbps，主要用在低速簡(jiǎn)單設(shè)備上，比如車(chē)窗升降、座椅調(diào)節(jié)、氛圍燈控制。選它就是因?yàn)楸阋?，一個(gè)LIN節(jié)點(diǎn)的成本比CAN能低50%以上。

FlexRay：這是高端車(chē)型才用的總線，帶寬能到10Mbps，還支持時(shí)間觸發(fā)通信，實(shí)時(shí)性比CAN強(qiáng)很多。但成本高，主要用在線控轉(zhuǎn)向、線控制動(dòng)這些安全等級(jí)要求極高的系統(tǒng)上。奔馳、寶馬的旗艦車(chē)型會(huì)用到。

車(chē)載以太網(wǎng)：這是新貴，帶寬從100Mbps到1Gbps不等，甚至已經(jīng)有10Gbps的方案在研發(fā)。智能座艙、自動(dòng)駕駛、OTA升級(jí)，這些新功能沒(méi)有以太網(wǎng)根本玩不轉(zhuǎn)。

MOST（媒體導(dǎo)向系統(tǒng)傳輸）：這個(gè)相對(duì)小眾，主要用在車(chē)載娛樂(lè)系統(tǒng)，不過(guò)現(xiàn)在逐步被以太網(wǎng)替代了。

一輛中高端智能汽車(chē)?yán)铮@5種網(wǎng)絡(luò)可能同時(shí)存在。它們之間怎么"說(shuō)話"？這就需要一個(gè)"翻譯官"——多網(wǎng)融合網(wǎng)關(guān)。

多網(wǎng)融合的技術(shù)難度在哪？

表面上看，網(wǎng)關(guān)不就是做協(xié)議轉(zhuǎn)換嗎？CAN數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)成以太網(wǎng)幀，以太網(wǎng)幀再轉(zhuǎn)回CAN，有什么難的？

真正做過(guò)的人都知道，細(xì)節(jié)里全是坑。

難點(diǎn)一：帶寬差異太大

CAN的帶寬是500Kbps，以太網(wǎng)是1000Mbps，差了2000倍。這就好比讓一條小溪的水流到大江里，反過(guò)來(lái)再讓大江的水回到小溪。前者沒(méi)問(wèn)題，后者怎么辦？

SV910的做法是在網(wǎng)關(guān)內(nèi)部做了多級(jí)緩存和流量整形。從以太網(wǎng)到CAN的數(shù)據(jù)流，先在網(wǎng)關(guān)內(nèi)部按優(yōu)先級(jí)排隊(duì)，高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)（比如制動(dòng)指令）優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)，低優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)（比如儀表顯示刷新）可以延遲甚至丟棄部分幀。聽(tīng)起來(lái)簡(jiǎn)單，但要做好，需要對(duì)車(chē)輛各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)特性有深刻理解。

難點(diǎn)二：時(shí)序和實(shí)時(shí)性要求不同

CAN是事件觸發(fā)型通信，什么時(shí)候有數(shù)據(jù)什么時(shí)候發(fā)。FlexRay是時(shí)間觸發(fā)+事件觸發(fā)混合模式，有嚴(yán)格的通信周期。以太網(wǎng)傳統(tǒng)上是盡力而為（Best Effort），沒(méi)有實(shí)時(shí)性保證。

三種機(jī)制混在一起，最大的問(wèn)題是：如何保證時(shí)間敏感數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性？

這就是為什么SV910特別強(qiáng)調(diào)支持TSN（時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)）。舉個(gè)例子：假設(shè)一個(gè)制動(dòng)指令從ADAS域控通過(guò)以太網(wǎng)發(fā)到網(wǎng)關(guān)，需要轉(zhuǎn)發(fā)到CAN網(wǎng)絡(luò)給制動(dòng)ECU。這個(gè)過(guò)程如果沒(méi)有時(shí)間保證，可能會(huì)遇到以太網(wǎng)擁塞導(dǎo)致延遲飆升。但有了TSN，可以給制動(dòng)指令打上高優(yōu)先級(jí)標(biāo)簽，保證它在最壞情況下的延遲也不超過(guò)設(shè)定值（比如2ms）。

難點(diǎn)三：故障隔離和診斷

傳統(tǒng)汽車(chē)的故障診斷協(xié)議是UDS（統(tǒng)一診斷服務(wù)），基于CAN總線。但現(xiàn)在智能汽車(chē)?yán)?，很多新ECU是基于以太網(wǎng)的，診斷協(xié)議升級(jí)成了DoIP（基于IP的診斷）。

一個(gè)網(wǎng)關(guān)要同時(shí)支持UDS和DoIP，還要能在兩種協(xié)議之間做路由轉(zhuǎn)換。更復(fù)雜的是，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)關(guān)要能快速定位是哪條總線、哪個(gè)節(jié)點(diǎn)出了問(wèn)題，這需要內(nèi)置強(qiáng)大的診斷引擎。

SV910配備的4核Cortex-A55處理器，就是為了應(yīng)對(duì)這些復(fù)雜的協(xié)議處理和實(shí)時(shí)決策任務(wù)。

實(shí)戰(zhàn)中的多網(wǎng)融合方案

說(shuō)了這么多理論，來(lái)看幾個(gè)實(shí)際案例。

案例一：傳統(tǒng)客車(chē)的智能化改造

某客車(chē)廠原有車(chē)型用的是CAN+LIN兩層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。動(dòng)力、底盤(pán)用高速CAN，車(chē)門(mén)、燈光用LIN。現(xiàn)在要加裝智能座艙和ADAS系統(tǒng)，這兩個(gè)新玩意兒都需要以太網(wǎng)。

如果重新設(shè)計(jì)電子電氣架構(gòu)，整車(chē)線束都要改，成本根本扛不住。SV910提供了一個(gè)平滑升級(jí)方案：

保留原有CAN和LIN網(wǎng)絡(luò)，不動(dòng)傳統(tǒng)ECU

增加一條以太網(wǎng)骨干網(wǎng)，連接智能座艙、ADAS、T-Box

網(wǎng)關(guān)做CAN?以太網(wǎng)的雙向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

具體來(lái)說(shuō)，智能座艙需要獲取車(chē)速、轉(zhuǎn)速、油量等儀表數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在CAN總線上。網(wǎng)關(guān)把CAN數(shù)據(jù)解析出來(lái)，封裝成以太網(wǎng)TCP/IP包或者SOME/IP服務(wù)，發(fā)給座艙。反過(guò)來(lái)，座艙的導(dǎo)航信息、多媒體狀態(tài)要顯示在傳統(tǒng)儀表上，也是通過(guò)網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)成CAN信號(hào)發(fā)給儀表ECU。

這個(gè)方案讓客車(chē)廠用最小的改動(dòng)成本，實(shí)現(xiàn)了智能化升級(jí)。關(guān)鍵是不影響原有系統(tǒng)的可靠性，新老網(wǎng)絡(luò)互不干擾。

案例二：高端乘用車(chē)的域控架構(gòu)

某自主品牌高端車(chē)型采用域控架構(gòu)：智能駕駛域、智能座艙域、動(dòng)力域、車(chē)身域。各域之間用車(chē)載以太網(wǎng)連接，但域內(nèi)還是用CAN或FlexRay。

比如動(dòng)力域內(nèi)部，發(fā)動(dòng)機(jī)ECU、變速箱ECU、混動(dòng)控制器之間用高速CAN通信，但動(dòng)力域控制器對(duì)外（連接其他域）用的是千兆以太網(wǎng)。這種"域內(nèi)CAN、域間以太網(wǎng)"的混合架構(gòu)，正是現(xiàn)在的主流趨勢(shì)。

SV910在這種架構(gòu)里扮演的角色，是連接不同域的"中央樞紐"。它一邊通過(guò)以太網(wǎng)接口連接各個(gè)域控制器，一邊通過(guò)CAN接口連接傳統(tǒng)ECU或者做域內(nèi)網(wǎng)關(guān)。

更關(guān)鍵的是，SV910支持網(wǎng)絡(luò)路由和防火墻功能。比如智能座艙域的娛樂(lè)APP絕對(duì)不能訪問(wèn)動(dòng)力域的核心數(shù)據(jù)，這在網(wǎng)關(guān)層面就要做好隔離。這不僅是功能需求，更是網(wǎng)絡(luò)安全的紅線。

案例三：商用車(chē)的V2X通信場(chǎng)景

某港口的無(wú)人駕駛集卡項(xiàng)目，車(chē)輛需要同時(shí)處理三類(lèi)數(shù)據(jù)流：

車(chē)內(nèi)傳感器數(shù)據(jù)：激光雷達(dá)、攝像頭數(shù)據(jù)通過(guò)車(chē)載以太網(wǎng)傳給自動(dòng)駕駛計(jì)算平臺(tái)

底盤(pán)控制數(shù)據(jù)：轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、動(dòng)力指令通過(guò)CAN總線發(fā)給各執(zhí)行器

V2X通信數(shù)據(jù)：路側(cè)單元發(fā)來(lái)的調(diào)度指令、其他車(chē)輛位置信息

三類(lèi)數(shù)據(jù)流的協(xié)議、優(yōu)先級(jí)、實(shí)時(shí)性要求完全不同。SV910的V2X模組接收到路側(cè)指令后，經(jīng)過(guò)網(wǎng)關(guān)的智能路由，高優(yōu)先級(jí)指令（比如緊急停車(chē)）直接轉(zhuǎn)發(fā)到CAN網(wǎng)絡(luò)給制動(dòng)系統(tǒng)，低優(yōu)先級(jí)信息（比如路況更新）則緩存后轉(zhuǎn)給自動(dòng)駕駛平臺(tái)做決策。

整個(gè)流程延遲控制在10ms以?xún)?nèi)，滿(mǎn)足了港口對(duì)安全性和實(shí)時(shí)性的雙重要求。

從架構(gòu)層面看多網(wǎng)融合的價(jià)值

回到最開(kāi)始那個(gè)工程師的困惑。為什么不能簡(jiǎn)單粗暴地把所有總線都換成以太網(wǎng)？

原因有三：

成本敏感性：一個(gè)車(chē)窗控制模塊，用LIN方案成本不到10塊錢(qián)，換成以太網(wǎng)可能要翻好幾倍。量產(chǎn)車(chē)型對(duì)成本的敏感程度，超出很多人想象。

供應(yīng)鏈成熟度：CAN/LIN的零部件供應(yīng)鏈極其成熟，驗(yàn)證充分，故障率低。以太網(wǎng)方案相對(duì)還在快速演進(jìn)期，主機(jī)廠不可能把所有雞蛋放一個(gè)籃子里。

產(chǎn)品生命周期：一款車(chē)型的生命周期往往是5-8年，但技術(shù)迭代速度越來(lái)越快。通過(guò)網(wǎng)關(guān)做多網(wǎng)融合，可以讓新老技術(shù)共存，給后續(xù)升級(jí)留下靈活性。

這就是為什么行業(yè)共識(shí)是：未來(lái)5-10年內(nèi)，汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)會(huì)是多種總線共存、以以太網(wǎng)為骨干的混合架構(gòu)。在這個(gè)大趨勢(shì)下，像SV910這樣的多網(wǎng)融合網(wǎng)關(guān)，需求只會(huì)越來(lái)越旺盛。

選型時(shí)要注意什么？

最后說(shuō)點(diǎn)實(shí)在的。如果你正在做車(chē)載網(wǎng)關(guān)選型，建議重點(diǎn)關(guān)注這幾個(gè)指標(biāo)：

1. 處理器性能：不要只看主頻，要看實(shí)際的數(shù)據(jù)吞吐能力和協(xié)議處理能力。SV910用的4核A55在車(chē)載領(lǐng)域?qū)儆谥髁髌系呐渲谩?/p>

2. 接口豐富度：CAN、LIN、以太網(wǎng)的接口數(shù)量和類(lèi)型要滿(mǎn)足實(shí)際需求。特別是以太網(wǎng)，要看是100M還是1G，是否支持T1單對(duì)線。

3. 實(shí)時(shí)性保證：是否支持TSN，是否有硬件級(jí)的QoS保證，延遲和抖動(dòng)的指標(biāo)是多少。

4. 安全性：是否通過(guò)車(chē)規(guī)級(jí)認(rèn)證（AEC-Q100），是否有看門(mén)狗機(jī)制，是否支持安全啟動(dòng)。

5. 開(kāi)發(fā)友好度：SDK是否完善，是否提供標(biāo)準(zhǔn)的AUTOSAR接口，技術(shù)支持響應(yīng)速度如何。

SV910在這幾方面都做得比較扎實(shí)，尤其是接口的靈活配置和TSN的硬件支持，在同類(lèi)產(chǎn)品里算是有競(jìng)爭(zhēng)力的。

寫(xiě)在結(jié)尾

汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進(jìn)，本質(zhì)上是在平衡性能、成本、可靠性的過(guò)程。多網(wǎng)融合不是妥協(xié)，而是一種務(wù)實(shí)的工程選擇。

從CAN到以太網(wǎng)，從單一總線到多網(wǎng)并存，這個(gè)過(guò)渡期可能會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。在這個(gè)過(guò)程中，一個(gè)設(shè)計(jì)良好的車(chē)載網(wǎng)關(guān)，就像是汽車(chē)神經(jīng)系統(tǒng)里的"翻譯官"和"調(diào)度員"，讓不同世代的技術(shù)能夠和平共處，也讓智能化升級(jí)有了更平滑的路徑。

SV910這款產(chǎn)品，在我看來(lái)是對(duì)這個(gè)行業(yè)趨勢(shì)的一次務(wù)實(shí)回應(yīng)。期待它在更多項(xiàng)目中驗(yàn)證自己的價(jià)值。

審核編輯 黃宇