软件定义大势明确 汽车以太网络应用加速前进

本文为Microchip汽车业务部门企业副总裁Matthias Kaestner，接受媒体采访的文字节录。文中，他针对近期备受关注的汽车以太网络技术的发展提出看法，并且解析Microchip所将采取的解决之道。
汽车以太网（Automotive Ethernet），顾名思义，就是一种专门用于汽车数据通讯的以太网络，它主要的目的是用来达成车载信息系统的数字化，并进一步实现汽车智能化的愿景。随着车联网和自驾车应用的逐步落实，汽车以太网络的重要性也在近期受到了市场的关注。
事实上，汽车以太网络并不是新概念，很多解决方案早在2015年，甚至更早的时候就推出了。然而它跟一般人所理解的普通以太网络技术，仍存在着一些不同之处。

减少系统布线 汽车以太网络正快速发展中
Microchip汽车业务部门企业副总裁Matthias Kaestner指出，促使汽车公司采用以太网技术的主要因素，是将布线减少到只用一对平衡线，同时具备足够的可靠性。更重要的是，汽车以太网半导体产品，是经过专门设计，能够满足汽车产业严格的环境要求，并包括系统构建者需要的ISO 26262功能安全合规所需的文件数据。
而在物理层连接上，汽车以太网使用与标准以太网相同的框架结构和通讯机制，其中也包括所有的安全功能，这就是为何汽车以太网现在会受到许多人青睐的原因。
至于目前汽车以太网络发展到什么阶段？Matthias Kaestner表示，像大多数汽车技术一样，汽车以太网一开始只在高阶、功能丰富的旗舰车型中部署，但现在正在大规模量产的车型中部署，并在汽车产业中快速被采用。由于以太网络非常成熟，且只有物理层改变用于车辆，因此汽车制造商可以得力于过去50年间，以太网络被运用在各种应用中所累积的知识。
谈到汽车厂对汽车以太网络技术的态度，以及电动车公司与传统汽车制造商在采用汽车以太网络技术的观点和意愿时，Matthias Kaestner认为，大多数汽车制造商若不是正在部署以太网络，就是正在评估其在下一代车辆中的使用。因为以太网络构成了车辆的基本通讯骨干，与车辆使用电动马达还是内燃发动机无关。

 
图一 : 车辆被划分为各个区域，这些区域彼此通讯以协调车辆需要执行哪些操作。（source：Microchip）

汽车朝向软件定义 系统架构面向分布式
他表示，以太网络使汽车制造商可以从硬件驱动的集中架构转，变为更分散的区域架构，后一种架构需要网关并转换数据，以在车辆的各个领域之间传输。这种架构使车辆各部分的数据，可供各种运算平台在标准化的以太网通讯框架中被存取，以便功能可以由软件定义。
这种架构可实现更复杂的系统，并简化诊断、维护和故障排除的难度。此外，它还增强了安全性，因为使用了业界熟知的以太网专用验证和加密系统，而不必从头开始开发新系统。
至于采用汽车以太网络技术的成本是否较为昂贵？Matthias Kaestner则表示并非如此。他指出，汽车以太网实际上并不比其他高带宽技术更昂贵，只是需要时间，从为特定、独立功能优化的系统，转移到更灵活、面向软件的通用通讯机制的架构。
由于必须完成这种汽车电子系的转移，并使用分布式计算来实现各种系统。过去，每个车辆领域都独立于其他系统发展，并使用为一个特定功能优化的硬件。如今，车辆被划分为各个区域，这些区域彼此通讯以协调车辆需要执行哪些操作。软件已经接管了许多功能，硬件则会更通用。

灵活的可扩展性 增添汽车应用范畴
尽管汽车以太网络已渐渐跃居主流的位置，但随着自动驾驶与智能应用等趋势的发展，Matthias Kaestner看好汽车以太网络的框架仍会进一步的扩大。他表示，以太网的优点并不在于高速，而在于它提供的可扩展性，进而提供特定功能所需的带宽。
他解释，一些汽车传感器和执行器只需要几kbps的带宽，但更复杂的视觉系统可能需要Gbps。以太网的妙处就在于，无论速度如何，数据的格式（即以太网框架）都是相同的。例如，开发者可以使用10 Mbps的链路连接传感器，连接到一个简单的交换器，将许多10 Mb数据流聚合到更高的带宽，并使用同一台交换器传输需要更高速度的串流视讯或信息娱乐数据。
因应上述的需求，Microchip近期也推出了通过汽车认证的LAN8670/1/2系列10BASE-T1S以太网组件，如此便可将过往需要采用自己的通讯系统的低速设备，连接到汽车应用中的标准以太网系统。至于在开发符合IEEE汽车规范的10BASE-T1S技术方面，Microchip则是主要的贡献者之一，这项技术藉由将以太网的覆盖范围扩展到边缘网络的设备，进而简化了系统设计。

 

图二 : Microchip汽车业务部门企业副总裁Matthias Kaestner（source：Microchip）

极佳的安全性 确保车联网信息不外漏
此外，以太网络的另一个重要好处，是能够在网络中验证参与者的身份，并加密流经网络的信息。以太网一直用于各种类型的通讯，是一种安全、业界熟知且经过测试的系统，其他技术则必须开发安全基础设施，并且几乎没有全球生态系统的支持，可以用以寻找和解决最新发现的威胁。
为了强化车联网的安全，Microchip的安全业务部门开发并部署了专门针对汽车和非汽车应用的安全产品，称为CryptoAutomotive IC。
Matthias Kaestner指出，在这一领域，安全提供的配套细节就像设计电子设备一样困难，Microchip在这两个领域都拥有专业知识，并已开发出防篡改的半导体产品来实现各种基于标准的安全协议。它们可用来验证彼此通讯的组件，以确保这些组件属于汽车。它们还可加密在网络参与者之间传输的信息。

 
图三 : 以太网络的另一个重要好处，是能够在网络中验证参与者的身份，并加密流经网络的信息。

此外，Microchip还有安全的相关配套系统，协助客户插入密钥和信任证书，以确保这些加密组件的整个制造过程是安全的。这些配套系统可以防止任何客户的密钥在进入汽车之前被截获。
除了提供汽车以太网络之外，Microchip也将其与PCIe和ASA结合形成解决方案，对此Matthias Kaestner解释，PCIe和串行器/解串器（汽车ＳerDes）可以提供比以太网络更高速的链接，所有这些技术都彼此互补。而Microchip在这些领域都拥有专业知识，可以协助客户优化其系统，将它们组合起来能够实现最丰富的功能和最经济高效的解决方案。