未來智能網(wǎng)聯(lián)汽車新一代整車架構(gòu)

CAN FD與車載以太網(wǎng)的誕生與應(yīng)用，給新一代智能網(wǎng)聯(lián)車的整車架構(gòu)帶來哪些變化？工程師們又將如何快速地完成CAN FD與車載以太網(wǎng)的通訊測試？本文對(duì)此做簡單的介紹。

圖 1  智能網(wǎng)聯(lián)車定義

一、智能網(wǎng)聯(lián)車CANFD及車載以太網(wǎng)的應(yīng)用

如圖 1所示，智能網(wǎng)聯(lián)車，就是車聯(lián)網(wǎng)、智能交通與智能汽車的交集，能夠?qū)崿F(xiàn)車與X（車、人、路、后臺(tái)）等的信息交互，并具有智能決策能力的新一代汽車。

如圖 2所示，傳統(tǒng)的汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要是由CAN總線組成，車內(nèi)分布式電控單元ECU按照功能劃分為動(dòng)力總成、車身控制、輔助駕駛等總線區(qū)域；車窗、車燈、天窗等則通過LIN總線接入CAN網(wǎng)絡(luò)。這也得益于CAN總線通信具有高實(shí)時(shí)性、傳輸距離遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

圖 2  傳統(tǒng)汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在新一代智能網(wǎng)聯(lián)車的浪潮下，隨著車載ECU的與日倍增以及處理器運(yùn)算能力和硬件的高速發(fā)展，連接ECU的網(wǎng)絡(luò)需要更大的帶寬，這一需求遠(yuǎn)超CAN等傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)的容量極限。

因此，比較明確的趨勢是向CAN FD過渡，CAN FD提供了64字節(jié)的數(shù)據(jù)吞吐量以及最高5Mbps的傳輸速率。另外，車載以太網(wǎng)技術(shù)似乎已經(jīng)成為了本次浪潮中寵兒。由于車載以太網(wǎng)具有高帶寬、低延遲、低成本的特性，在新一代整車架構(gòu)中將替代CAN總線成為優(yōu)選網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

如圖 3所示，以車載以太網(wǎng)作為骨干網(wǎng)絡(luò)，將核心域控制器（動(dòng)力總成、車身、娛樂、ADAS）連接在一起。各個(gè)域控制器在實(shí)現(xiàn)專用的控制功能的同時(shí)，還提供強(qiáng)大的網(wǎng)關(guān)功能。從圖 3可以發(fā)現(xiàn)，在各個(gè)域控制器的下方，各部件之間通訊基本是通過CANFD來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，這種類似于傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（除娛樂子網(wǎng)中，娛樂域控制器與其子部件的通信將通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)）。另外，當(dāng)一個(gè)域需要與其他域交換信息時(shí)，則需經(jīng)由網(wǎng)關(guān)、以太網(wǎng)路由實(shí)現(xiàn)。這種基于域控制器的架構(gòu)改變傳統(tǒng)的車載網(wǎng)絡(luò)中ECU到ECU的點(diǎn)到點(diǎn)通信方式。

新一代智能網(wǎng)聯(lián)汽車覆蓋了車載以太網(wǎng)、CANFD以及LIN總線，因此，我們需要不同的測試方法，來完成汽車和車載網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、調(diào)試、排查以及維護(hù)。如果可以在PC端或者服務(wù)器通過以太網(wǎng)獲取汽車的CANFD網(wǎng)絡(luò)以及車載以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)，將大大降低汽車整體架構(gòu)測試的周期，提高工程師研發(fā)及測試的效率，抓取底層數(shù)據(jù)，排查整車故障等。

圖 3  新一代智能汽車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

二、國內(nèi)首創(chuàng)CAN FD與車載以太網(wǎng)合成通訊 — CANFDNET系列

隨著CANFD以及車載以太網(wǎng)應(yīng)用需求增多，廣州致遠(yuǎn)電子有限公司推出國內(nèi)首創(chuàng)高性能工業(yè)級(jí)的以太網(wǎng)與CAN(FD)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備——CANFDNET系列，可以應(yīng)用電池工況測試以及監(jiān)控?zé)o人駕駛CANFD總線數(shù)據(jù)等復(fù)雜場合，能夠幫助工程師快速獲取CANFD及車載以太網(wǎng)數(shù)據(jù)，完成復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的測試。

如圖 4所示，CANFDNET系列產(chǎn)品集成高速的 600MHz 主頻 32 位處理器，內(nèi)部集成2路或4路2.5kVDC隔離耐壓CAN(FD)接口、1路10M/100M自適應(yīng)Ethernet接口以及1路滿足 OPEN Alliance BroadR-Reach 規(guī)范的100M車載雙線以太網(wǎng)接口；支持多種工作模式：TCP Server、TCP Client、UDP，通過配置軟件可以靈活配置相關(guān)參數(shù)。

圖 4  CANFDNET系列產(chǎn)品

CANFDNET產(chǎn)品使用操作簡單，僅需要使用ZCANPRO軟件中自帶的“網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置工具”即可完成一系列的參數(shù)配置，另外，CANFDNET通訊協(xié)議開放，并提供二次開發(fā)接口函數(shù)庫（支持 Windows、Linux 平臺(tái)）。同時(shí)，該產(chǎn)品具有以下功能特性：

●   實(shí)時(shí)完成車載以太網(wǎng)與CANFD同步轉(zhuǎn)換為普通以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，如圖 5所示。

●   支持高速CANFD兼容CAN2.0A/B

CANFDNET系列產(chǎn)品支持ISO/Bosch的CAN FD標(biāo)準(zhǔn)，兼容CAN2.0A/B模式收發(fā)，數(shù)據(jù)域波特率最高可配置為5Mbps，數(shù)據(jù)長度最大可配置為64字節(jié)，可提供比CAN2.0A/B高40倍的數(shù)據(jù)負(fù)載，為汽車電子、軌道交通、醫(yī)療電子場合提供更快捷的控制和數(shù)據(jù)通道。

圖 5  車載以太網(wǎng)和CANFD與以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換

●   流量負(fù)載監(jiān)控，守衛(wèi)總線安全

如圖 6所示，CANFDNET系列產(chǎn)品支持總線利用率上報(bào)，用戶可以在配置軟件中使能總線利用率上報(bào)周期，可實(shí)時(shí)掌握總線負(fù)載信息，防止異常入侵。

圖 6  流量負(fù)載監(jiān)控

●   毫秒級(jí)定時(shí)發(fā)送，滿足高精度測試需求

如圖 7所示，設(shè)備可進(jìn)行毫秒級(jí)報(bào)文定時(shí)發(fā)送配置，用戶可以自由100條底層精確定時(shí)發(fā)送幀的周期，完全可以滿足汽車電子的測試需求。

圖 7  毫秒級(jí)定時(shí)發(fā)送

●   黑白名單模式，提升數(shù)據(jù)安全性

如圖 8 所示，配置工具支持通道高效率濾波，用戶可根據(jù)所需報(bào)文，靈活設(shè)置黑白名單，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效利用。

圖 8  黑白名單濾波

●   自定義分幀，有效減輕負(fù)載

如圖 9所示，CANFDNET系列產(chǎn)品支持CAN FD接口的數(shù)據(jù)分幀設(shè)置，用戶可完成各種分包需求，從而有效減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。

圖 9  自定義分幀

●   靈活調(diào)整板載緩存，滿足不同應(yīng)用環(huán)境

如圖 10所示，用戶可以通過配置工具靈活配置CANFDNET系列產(chǎn)品發(fā)送報(bào)文緩沖區(qū)，根據(jù)需求自由調(diào)整CAN FD通道的實(shí)時(shí)性與大容量緩沖的平衡。

圖 10  靈活調(diào)整板載緩存