车载网络应用技术（第4版）课件 7-新型总线与电子电气架构

新型总线与电子电气架构新型车载网络架构CANFD总线技术应用1.CANFD的发展历程2000年，Bosch公司最早提出CANFD。2012年，第十三届国际交流大会（ICC）上，Bosch公司正式发布CANFD，通过国际标准化组织（ISO）11898制定国际标准，CANFD总线正式诞生。2013年，非ISO的CANFD在FPGA上运行。2014年，第一款嵌入了非国际标准CANFD模块的微控制器发布，并对CANFD进行CRC部分的改进。2015年，Bosch公司向国际标准委员会呈递最新的CANFD协议，同年发布ISO11898-1:2015（CANFD数据链路层）标准；2016年发布ISO11898-2016（CANFD物理层）标准。目前，大众、戴姆勒、通用汽车、英飞凌、NI等多家厂商支持CANFD标准化推广。CANFD控制器位于上位机与CANFD收发器之间，CANFD控制器通过Wishbone接口与上位机进行通信，并通过CANFD收发器连接到总线上完成与其他控制器之间的通信。CANFD收发器CANFD与CAN数据帧结构对比CANFD数据帧的接收过程

CANFD总线波形特性CANFD信号的解码CANFD总线故障波形CAN-H和CAN-L互短CAN-H对搭铁短路CAN-L对搭铁短路CAN-H对电源短路CANFD总线故障波形CAN-L对电源短路CANFD总线故障波形车载以太网发展与应用1.车载以太网发展历程1980年，Ethernet1.0成功发布；1985年，IEEE802小组公布802.3协议，推出了基于CSMA/CD的10M以太网技术；2004年，BMW公司考虑采用博通公司的以太网技术并于2008年在宝马7系上成功量产以太网刷写技术，其中关键点在于博通公司的单对非屏蔽以太网全双工技术，并保证EMC测试通过；2013年，BroadR-reach技术成功在宝马5系的环视系统中成功量产；OPENAlianceSIG相继发布了TC8（车载以太网ECU测试规范）以及TC10（车载以太网休眠唤醒规范），同时携手IEEE将车载以太网标准转化为通用标准。行业标准组织：SEISPROJECT、Ethernet/IP、BroadR-Reach技术、以太网音视频桥接技术（AVB）、时间触发以太网（TTE）、IEEEPoDL工作组、IEEERTPGE工作组、AVnu联盟、OPEN联盟等。以太网在车载网络中的适用性（1）以太网的成本优势（2）以太网的带宽优势以太网是一种简单、成熟的开放标准，基于以太网的应用都极大地降低了应用成本。与MOST相比，以太网可以采用更为灵活的星形连接架构，使得每一条链路都可以专享100Mb/s甚至更高的带宽。（3）以太网的开放性和互联扩展优势由于以太网的灵活性及可扩展的带宽，远程信息处理和多媒体娱乐系统、基于IP的WEB应用程序与车载网络的接口过渡变得平滑，车辆与外部世界的交互将会更加频繁，例如近几年兴起的基于Internet的汽车应用和V2X等。车载以太网的演进第一阶段：子系统应用阶段第二阶段：功能集合应用阶段第三阶段：骨干网应用阶段车载以太网的演进车载以太网结构原理以太网星形拓扑分组交换以太网基本网络拓扑结构车载以太网交换机通信机制CAN总线通信机制以太网交换机通信机制车载以太网接口电路（1）车载以太网收发器①针对非屏蔽双绞线的物理链路，优化了电容耦合电路设计；②优化了PAM-3脉冲形状，降低了高频分量，降低了射频辐射强度；③优化了接收均衡器的设计，提高了传输距离；④可配置的发送脉冲幅度可有效降低芯片功耗；⑤外部使能管脚的设计可按照用户使用需求有效降低功耗；⑥支持低功耗睡眠模式和本地唤醒机制；⑦支持网络远程唤醒；⑧针对EMC需求，优化了MII接口或RMII接口输出驱动强度；⑨支持短路、短路电缆错误诊断功能；⑩HVQFN-36小封装设计，有效节省了PCB（印制电路板）空间；RMII连接细节MII连接细节TJA1100外围硬件设计MII或RMII接口MDI接口TJA1100外围硬件设计MTD连接器和H-MTD连接器以太网连接线类型汽车以太网的物理连接车载以太网的连接器连接方式典型的传统连接器连接方式汽车以太网的物理连接开放系统互联（OSI）参考模型车载以太网协议架构标准化组织主要内容IEEE组织物理层PHY——IEEE802.3bw：100BASE-T1IEEE802.3bp：100BASE-T1IEEE802.3bv：塑料光纤POFAVB相关——TimingandSynchronizationforTimesensitive(TSN)IEEE802.1Qat(SRP)IEEE802.1Qav（FQTSS）IEEE1722-2011（AVTP，AudioVideoTransportProtocol）其他——IEEE802.3bu：PoDLIEEE802.3br：InterspersingExpressTraffic（IET）车载以太网标准化现状标准化组织主要内容OPEN联盟BroadR-ReachCMCTestSpecilicationBroadR-ReachDUTandTestStationRequirmentsBroadR-ReachInteroperabilityTestSuiteBroadR-ReachPHYControlTestSuiteBroadR-ReachSpecificationsforCommunicationChannelBroadR-ReachTransceiverEMCTestSpecificationBroadR-ReachPhysicalMediaAttachmentTestSuiteOPENAllianceAutomotiveEthernetECUTestSpecifcation正在制定——TC11:SwitchSpecificationTC12:TestSpecificationfor1000BASE-T1AUTOSAR联盟utomotiveTCP/IP/UDPStack一致性测试规范

perabilityTestSuite中间件——SOME/IP等AVnu联盟《车载以太网AVB功能和互通性规范V1.4》车载以太网标准化现状车载以太网测试传统以太网与车载以太网测试区别内容传统IT汽车行业测试内容性能测试>一致性测试一致性测试>性能测试测试规范RFC2544/2889OPEN，AVnu测试规模家庭网络-广域网、拓扑不固定，有富余的接口。车内有限的节点、拓扑固定，受成本影响，交换机无富余接口连接测试设备。应用环境EMC要求低。车载复杂电磁环境，EMC要求高，对物理层要求严格。车载以太网测试内容测试类别主要测试项物理层测试发送器测试，接收器测试，互操作性协议一致性测试TCP/IP测试，应用层测试，AVB协议测试性能测试 RFC2544（吞吐量、丢包、延迟、背对背缓冲），RFC2889（交换机性能测试），AVB测试功能测试VLAN测试，Qos测试，MAC测试，其他测试网络安全测试加密协议测试，防攻击测试，防病毒测试基础测试EMC测试，电气安全测试，环境试验车载以太网测试车载以太网应用实例宝马i3上的以太网络大众E3架构中的以太网络汽车电子电气架构发展演进汽车电子器件占BOM成本比例提升汽车电子电气架构发展趋势域控制架构拓扑形式域控制架构拓扑拓展型控制器架构域控制架构拓扑形式中央计算架构拓扑特斯拉Model3的电子电气架构中央计算架构拓扑形式域控制架构和中央计算架构对比汽车电子电气架构的评价维度（1）控制器数量（2）通信通道数（3）通信复杂性（4）静态电流（5）技术开发复杂性（6）可实现性汽车控制器的演进域控制器DCU(DomainControlUnit)基于域控制器的架构域控制器提高整车功能集成度基于多域控制器的架构多域控制器计算平台（1）自动驾驶计算平台，根据L3-L4级自动驾驶的不同需求来确定HPC的数量；（2）车辆基础计算平台，原先车身控制、热管理控制、通信控制等都是由各个分散的ECU来完成的，未来要通过基础计算平台来实现整车功能的总控制；（3）信息和通信计算平台，主要是满足人车交互方面的需求，该平台承担着非常重要的信息安全工作。OTA的演进OTA系统架构OTA升级流程OTA车辆条件和重刷策略车辆条件回滚重刷策略在车辆升级过程中，由于出现车辆电池电压极低、CAN线不稳定的意外情况，升级的控制器要支持回滚，使控制器软件能够回滚到上一版本或者初始版本，保证车辆正常运行。对于带有Linux、QNX和Andriod等智能操作系统的控制器，其系统设计为A/B系统，双系统交替升级。当A系统处于升级过程中时，B系统正常工作，如果A系统升级成功后，控制器重启进入A系统，则下次升级时A系统