軟件定義大勢明確 汽車以太網絡應用加速前進

本文為Microchip汽車業務部門企業副總裁Matthias Kaestner，接受媒體采訪的文字節錄。文中，他針對近期備受關注的汽車以太網絡技術的發展提出看法，并且解析Microchip所將采取的解決之道。
汽車以太網（Automotive Ethernet），顧名思義，就是一種專門用于汽車數據通訊的以太網絡，它主要的目的是用來達成車載信息系統的數字化，并進一步實現汽車智能化的愿景。隨著車聯網和自駕車應用的逐步落實，汽車以太網絡的重要性也在近期受到了市場的關注。
事實上，汽車以太網絡并不是新概念，很多解決方案早在2015年，甚至更早的時候就推出了。然而它跟一般人所理解的普通以太網絡技術，仍存在著一些不同之處。

減少系統布線 汽車以太網絡正快速發展中
Microchip汽車業務部門企業副總裁Matthias Kaestner指出，促使汽車公司采用以太網技術的主要因素，是將布線減少到只用一對平衡線，同時具備足夠的可靠性。更重要的是，汽車以太網半導體產品，是經過專門設計，能夠滿足汽車產業嚴格的環境要求，并包括系統構建者需要的ISO 26262功能安全合規所需的文件數據。
而在物理層連接上，汽車以太網使用與標準以太網相同的框架結構和通訊機制，其中也包括所有的安全功能，這就是為何汽車以太網現在會受到許多人青睞的原因。
至于目前汽車以太網絡發展到什么階段？Matthias Kaestner表示，像大多數汽車技術一樣，汽車以太網一開始只在高階、功能豐富的旗艦車型中部署，但現在正在大規模量產的車型中部署，并在汽車產業中快速被采用。由于以太網絡非常成熟，且只有物理層改變用于車輛，因此汽車制造商可以得力于過去50年間，以太網絡被運用在各種應用中所累積的知識。
談到汽車廠對汽車以太網絡技術的態度，以及電動車公司與傳統汽車制造商在采用汽車以太網絡技術的觀點和意愿時，Matthias Kaestner認為，大多數汽車制造商若不是正在部署以太網絡，就是正在評估其在下一代車輛中的使用。因為以太網絡構成了車輛的基本通訊骨干，與車輛使用電動馬達還是內燃發動機無關。

 
圖一 : 車輛被劃分為各個區域，這些區域彼此通訊以協調車輛需要執行哪些操作。（source：Microchip）

汽車朝向軟件定義 系統架構面向分布式
他表示，以太網絡使汽車制造商可以從硬件驅動的集中架構轉，變為更分散的區域架構，后一種架構需要網關并轉換數據，以在車輛的各個領域之間傳輸。這種架構使車輛各部分的數據，可供各種運算平臺在標準化的以太網通訊框架中被存取，以便功能可以由軟件定義。
這種架構可實現更復雜的系統，并簡化診斷、維護和故障排除的難度。此外，它還增強了安全性，因為使用了業界熟知的以太網專用驗證和加密系統，而不必從頭開始開發新系統。
至于采用汽車以太網絡技術的成本是否較為昂貴？Matthias Kaestner則表示并非如此。他指出，汽車以太網實際上并不比其他高帶寬技術更昂貴，只是需要時間，從為特定、獨立功能優化的系統，轉移到更靈活、面向軟件的通用通訊機制的架構。
由于必須完成這種汽車電子系的轉移，并使用分布式計算來實現各種系統。過去，每個車輛領域都獨立于其他系統發展，并使用為一個特定功能優化的硬件。如今，車輛被劃分為各個區域，這些區域彼此通訊以協調車輛需要執行哪些操作。軟件已經接管了許多功能，硬件則會更通用。

靈活的可擴展性 增添汽車應用范疇
盡管汽車以太網絡已漸漸躍居主流的位置，但隨著自動駕駛與智能應用等趨勢的發展，Matthias Kaestner看好汽車以太網絡的框架仍會進一步的擴大。他表示，以太網的優點并不在于高速，而在于它提供的可擴展性，進而提供特定功能所需的帶寬。
他解釋，一些汽車傳感器和執行器只需要幾kbps的帶寬，但更復雜的視覺系統可能需要Gbps。以太網的妙處就在于，無論速度如何，數據的格式（即以太網框架）都是相同的。例如，開發者可以使用10 Mbps的鏈路連接傳感器，連接到一個簡單的交換器，將許多10 Mb數據流聚合到更高的帶寬，并使用同一臺交換器傳輸需要更高速度的串流視訊或信息娛樂數據。
因應上述的需求，Microchip近期也推出了通過汽車認證的LAN8670/1/2系列10BASE-T1S以太網組件，如此便可將過往需要采用自己的通訊系統的低速設備，連接到汽車應用中的標準以太網系統。至于在開發符合IEEE汽車規范的10BASE-T1S技術方面，Microchip則是主要的貢獻者之一，這項技術藉由將以太網的覆蓋范圍擴展到邊緣網絡的設備，進而簡化了系統設計。

 

圖二 : Microchip汽車業務部門企業副總裁Matthias Kaestner（source：Microchip）

極佳的安全性 確保車聯網信息不外漏
此外，以太網絡的另一個重要好處，是能夠在網絡中驗證參與者的身份，并加密流經網絡的信息。以太網一直用于各種類型的通訊，是一種安全、業界熟知且經過測試的系統，其他技術則必須開發安全基礎設施，并且幾乎沒有全球生態系統的支持，可以用以尋找和解決最新發現的威脅。
為了強化車聯網的安全，Microchip的安全業務部門開發并部署了專門針對汽車和非汽車應用的安全產品，稱為CryptoAutomotive IC。
Matthias Kaestner指出，在這一領域，安全提供的配套細節就像設計電子設備一樣困難，Microchip在這兩個領域都擁有專業知識，并已開發出防篡改的半導體產品來實現各種基于標準的安全協議。它們可用來驗證彼此通訊的組件，以確保這些組件屬于汽車。它們還可加密在網絡參與者之間傳輸的信息。

 
圖三 : 以太網絡的另一個重要好處，是能夠在網絡中驗證參與者的身份，并加密流經網絡的信息。

此外，Microchip還有安全的相關配套系統，協助客戶插入密鑰和信任證書，以確保這些加密組件的整個制造過程是安全的。這些配套系統可以防止任何客戶的密鑰在進入汽車之前被截獲。
除了提供汽車以太網絡之外，Microchip也將其與PCIe和ASA結合形成解決方案，對此Matthias Kaestner解釋，PCIe和串行器/解串器（汽車ＳerDes）可以提供比以太網絡更高速的鏈接，所有這些技術都彼此互補。而Microchip在這些領域都擁有專業知識，可以協助客戶優化其系統，將它們組合起來能夠實現最豐富的功能和最經濟高效的解決方案。