以太網(wǎng)上汽車，確保實(shí)時(shí)性和故障安全性（下）

提出用于控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)

　　Ethernet AVB的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)雖然可用于信息系統(tǒng)，但要想用于控制系統(tǒng)在實(shí)時(shí)性和故障安全方面“有難度”（豐田）。因此，打算通過預(yù)定2014年以后完成制定的新一代標(biāo)準(zhǔn)加以改善（圖8）。

圖8：以用于控制系統(tǒng)為目標(biāo)制定新一代標(biāo)準(zhǔn)
Ethernet AVB的新一代標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)是，確?？捎糜诳刂葡到y(tǒng)的延遲時(shí)間及可靠性等。例如，考慮使延遲時(shí)間在7跳點(diǎn)時(shí)為100μs以下。

　　例如，豐田與瑞薩電子以及AVnu聯(lián)盟的主要企業(yè)博通于2011年春共同將面向車載用途的要素匯總成白皮書提交給了AVnu聯(lián)盟。

　　該白皮書對(duì)延遲時(shí)間提出了3跳點(diǎn)、100μs以下的條件。白皮書的內(nèi)容中，關(guān)于實(shí)時(shí)性已向IEEE802.1提案完畢，可作為“IEEE802.1Qbv”滿足控制系統(tǒng)條件的技術(shù)已開始實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。目前正以實(shí)現(xiàn)“7跳點(diǎn)、100μs以下”（瑞薩電子）而非3跳點(diǎn)、100μs以下為目標(biāo)進(jìn)行討論注2）。

　　注2） IEEE802.1Qbv預(yù)定在完成標(biāo)準(zhǔn)制定后成為Ethernet AVB的規(guī)格群之一。

　　另外，Ethernet AVB的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中“沒有故障安全相關(guān)的規(guī)定”（瑞薩電子）。因此，首先計(jì)劃加進(jìn)針對(duì)故障安全的條件。比如，瑞薩提出了在7跳點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)一個(gè)路徑或一個(gè)端口發(fā)生故障時(shí)，在70ms以內(nèi)恢復(fù)的目標(biāo)。據(jù)豐田介紹，在白皮書中，寶馬對(duì)故障安全，GM對(duì)實(shí)時(shí)性表示了關(guān)心。

在物理層實(shí)現(xiàn)成本削減和高速化

　　在擴(kuò)大車載用途的應(yīng)用所面臨的課題中，通過物理層解決導(dǎo)入成本和數(shù)據(jù)傳輸速度課題的動(dòng)向日益活躍。

　　導(dǎo)入成本中，線纜成本的削減成為焦點(diǎn)之一。目前的OBD用途是在汽車處于停止?fàn)顟B(tài)下與外部個(gè)人電腦連接進(jìn)行故障診斷。此時(shí)采用像“5類雙絞線（Category 5）”那樣廣泛普及的低價(jià)以太網(wǎng)線纜。

　　而汽車的攝像頭系統(tǒng)、影像傳輸系統(tǒng)、控制系統(tǒng)及主干網(wǎng)在汽車運(yùn)行中也利用以太網(wǎng)，因此必須在車內(nèi)布線。此時(shí)，“輻射電磁噪聲之大是利用以往的以太網(wǎng)傳輸技術(shù)時(shí)想象不到的”（某汽車廠商），所以需要使用屏蔽線。這樣的話，“不但成本上升，線纜也會(huì)變粗，由此導(dǎo)致安裝空間和重量增加，不適合使用”（多家汽車廠商和電裝品廠商）。因此，需要利用無屏蔽雙絞線（UTP：unshielded twisted pair）傳輸數(shù)據(jù)。

利用1對(duì)UTP實(shí)現(xiàn)100Mbit/秒速度

　　為解決上述線纜課題，從事物理層LSI的企業(yè)推進(jìn)了開發(fā)。比如博通、美國邁威爾、美國麥瑞等。其中，先行一步的是博通。

　　博通稱，利用面向車載以太網(wǎng)開發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)“BroadR-Reach”，在車載用途要求的數(shù)十m的傳輸距離中，能以1對(duì)UTP實(shí)現(xiàn)100Mbit/秒的速度。不但無需屏蔽，在實(shí)現(xiàn)100Mbit/秒的數(shù)據(jù)傳輸速度的同時(shí)，與普通的“100Base-TX”的2對(duì)信號(hào)線相比還能削減布線，因此得到了汽車行業(yè)的關(guān)注。

　　BroadR-Reach之所以能利用1對(duì)UTP實(shí)現(xiàn)100Mbit/秒的傳輸速度，是因?yàn)樵诟淖兎?hào)率之上，部分沿用了1Gbit/秒的“1000Base-T”的技術(shù)。

　　100Base-TX和1000Base-T的符號(hào)率為125MSymbol/秒，而BroadR-Reach約為66.7MSymbol/秒（表2）。這是為了避免傳輸路徑產(chǎn)生的電磁噪聲頻率與收音機(jī)廣播頻帶的干擾。這樣就無需屏蔽了。

　　BroadR-Reach在實(shí)現(xiàn)100Mbit/秒的傳輸速度的同時(shí)，通信方式利用全雙工方式，調(diào)制方式利用PAM（Pulse Amplitude Modulation：脈沖振幅調(diào)制），通過應(yīng)用1000Base-T技術(shù)，削減了信號(hào)線。

　　不僅是數(shù)據(jù)信號(hào)線，還削減了電源線，利用1對(duì)UTP可在傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)供電?，F(xiàn)已可以利用1對(duì)線纜供給5W左右的電力。能夠驅(qū)動(dòng)一個(gè)攝像頭模塊。

加盟企業(yè)超過50家

　　BroadR-Reach本來是“面向酒店等的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)開發(fā)的，而不是車載用途”（熟悉車載以太網(wǎng)的某技術(shù)人員）。數(shù)年前，因輻射的電磁噪聲小等原因，寶馬開始導(dǎo)入該技術(shù)。

　　之后，寶馬從采購的立場出發(fā)希望除博通外還能有其他供貨支持BroadR-Reach的物理層LSI的企業(yè)，于是提議開發(fā)過CAN和FlexRay的物理層LSI的荷蘭恩智浦半導(dǎo)體開發(fā)支持BroadR-Reach的物理層LSI。

　　因此，寶馬、博通和恩智浦等作為主導(dǎo)的“Promoter”，于2011年11月成立了普及促進(jìn)團(tuán)體OPEN Alliance SIG注3）。

　　注3） OPEN Alliance SIG除了推進(jìn)以BroadR-Reach為基礎(chǔ)的物理層應(yīng)用和確保相互連接性之外，還進(jìn)行旨在制定標(biāo)準(zhǔn)等的討論，目標(biāo)是使其標(biāo)準(zhǔn)在IEEE實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。另外，利用BroadR-Reach相關(guān)的授權(quán)費(fèi)條件等需要與博通單獨(dú)簽約。

　　在OPEN Alliance SIG設(shè)立之初只有數(shù)家的成員企業(yè)到2012年6月已經(jīng)超過了50家。雖然此前一直以歐美企業(yè)為中心，不過現(xiàn)在瑞薩電子也作為Promoter加盟，2012年5月以后，本田及電裝也加入其中，日本企業(yè)在不斷增加注4）。

　　注4） 豐田本著廣泛采集優(yōu)秀技術(shù)的方針，目前還未加盟AVnu聯(lián)盟和OPEN Alliance SIG。

　　在加盟企業(yè)增加的同時(shí)，各企業(yè)還在推進(jìn)支持產(chǎn)品的開發(fā)（圖9）。支持BroadR-Reach的物理層LSI方面，博通已經(jīng)開始樣品供貨。而作為第二供應(yīng)商，恩智浦以2014年初實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)為目標(biāo)，目前正在開發(fā)物理層LSI。

圖9：利用BroadR-Reach的提案接連出現(xiàn)
OPEN Alliance SIG的成員企業(yè)相繼提出利用BroadR-Reach的方案。例如，飛思卡爾半導(dǎo)體采用配備該公司BroadR-Reach MCU的攝像頭模塊試制了系統(tǒng)（a）。大陸公司利用BroadR-Reach構(gòu)筑了車載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)（b）。照片均為“ESEC”上的演示。

以業(yè)績?yōu)槲淦魍七M(jìn)普及

　　與BroadR-Reach對(duì)抗的，是面向OBD用途開發(fā)物理層LSI的邁威爾和麥瑞。兩公司均計(jì)劃以在OBD用途的業(yè)績?yōu)槲淦?，擴(kuò)大在攝像頭系統(tǒng)和信息系統(tǒng)中的應(yīng)用。麥瑞半導(dǎo)體日本自信地表示，“以歐洲車廠商為中心，在OBD用途已經(jīng)供貨了數(shù)百萬個(gè)產(chǎn)品”。

　　另外，雙方還強(qiáng)調(diào)，以IEEE標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)為基礎(chǔ)也是一大特點(diǎn)。邁威爾和麥瑞均表示，“因?yàn)槭菢?biāo)準(zhǔn)品，所以價(jià)格低”。

　　為了從OBD用途擴(kuò)大到信息系統(tǒng)等更加廣泛的用途，邁威爾和麥瑞紛紛致力于可利用UTP實(shí)現(xiàn)100Mbit/秒數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈锢韺覮SI的開發(fā)。例如，麥瑞以2012年內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品化為目標(biāo)。邁威爾也已經(jīng)完成試制，“正由某大型供應(yīng)商進(jìn)行評(píng)測”（該公司）。

探討1Gbit/秒傳輸速度

　　要想普及車載以太網(wǎng)，還需要提高物理層的數(shù)據(jù)傳輸速度。目的是應(yīng)對(duì)信息系統(tǒng)用途的數(shù)據(jù)容量增大，以及實(shí)現(xiàn)在車載LAN主干網(wǎng)的利用。首要目標(biāo)是制定1Gbit/秒的標(biāo)準(zhǔn)。消費(fèi)類產(chǎn)品使用的1000Base-T利用4對(duì)信號(hào)線實(shí)現(xiàn)1Gbit/秒的傳輸速度。直接將4對(duì)信號(hào)線用于汽車在成本和安裝空間方面都比較難。

　　因此，IEEE802.3的工作組正在討論能夠以4對(duì)以下的信號(hào)線實(shí)現(xiàn)1Gbit/秒傳輸速度的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。那就是2012年3月成立的RTPGE Study Group。除了從事物理層LSI開發(fā)的博通、恩智浦、邁威爾及麥瑞等公司外，大型汽車廠商也加入了該工作組。

　　估計(jì)最早將在2014～2015年之前確定該標(biāo)準(zhǔn)。至少在連接器、線纜及電磁噪聲對(duì)策方面需要比100Mbit/秒的技術(shù)進(jìn)行大幅改善。MAC層也“需要大幅改變”（恩智浦）。

　　在為擴(kuò)大車載用途的應(yīng)用而解決以太網(wǎng)物理層和數(shù)據(jù)鏈路層課題的過程中，還出現(xiàn)了旨在提高車載以太網(wǎng)時(shí)代安全功能的動(dòng)向以及開發(fā)中間件的舉措。

　　提高安全功能是因?yàn)?，在利用以太網(wǎng)與外部產(chǎn)品輕松聯(lián)動(dòng)的同時(shí)，遭到非法訪問的危險(xiǎn)性也提高了。例如，由德國政府出資的項(xiàng)目SEIS（Security in Embedded IP-based Systems）除了IP車載網(wǎng)絡(luò)的安全功能外，還包括中間件等的要求事項(xiàng)，目標(biāo)是用于汽車軟件標(biāo)準(zhǔn)平臺(tái)規(guī)格“AUTOSAR”注5）。

　　注5） SEIS的時(shí)間為2009年7月～2012年6月。

　　日本方面，行業(yè)團(tuán)體JASPAR內(nèi)也于2012年4月成立了面向車載以太網(wǎng)應(yīng)用的工作組。除安全功能和中間件外，還討論了物理層和開發(fā)環(huán)境等要素。

　　除此之外，還開始進(jìn)行支持車載以太網(wǎng)的中間件開發(fā)及標(biāo)準(zhǔn)制定。例如，在AUTOSAR規(guī)格中，最新標(biāo)準(zhǔn)“Release 4.0”支持以太網(wǎng)和TCP/IP等。由汽車廠商等成立的車載信息產(chǎn)品行業(yè)團(tuán)體“GENIVI聯(lián)盟”也在制定信息系統(tǒng)的中間件?！?/P>