新一代车载网络的性能和合规性

http://www.qipei.hc360.com2020年09月29日11:07 来源:汽车电子设计T|T

  车载网络的性能和合规性

  对比过去、现在、将来的汽车,有一个明显的趋势: 汽车已经成为带轮子的数据中心。在每辆汽车内部, 来自安全系统、机载传感器、导航系统等的数据流量, 以及对这些数据的依赖程度,都在不断迅速增长。

  这在速度、容量、可靠性方面给车载网络 (IVNs) 带来 了重大影响,其中的影响之一是,在高速低时延应用 中,为某种目的设计的总线缺少要求的带宽,比如控 制区域网 (CAN)、FlexRay、本地互连网 (LIN)、面向 媒体的系统传输 (MOST) 和单边半波传输 (SENT)。结 果,这些传统标准正逐渐融入信息技术 (IT) 领域以前 经过验证的各种技术。

  当前的主要实例是汽车以太网,它覆盖了电气电子 工程师 (IEEE) 开发的四项标准。目前,汽车以太网将 与涵盖各种系统和子系统的多种总线共存。因此,我 们需要不同的测试方法,来完成汽车和 IVN 的设计、 验证、调试、排障、维护和保养。

   发展趋势:处理数据、以太网

  今天,许多汽车包含着八十几个电子控制单元(ECUs)。 到目前为止,CAN、LIN、FlexRay、MOST 和 SENT 一直承载着这些 ECU 和各种机载系统之间的信息, 比如发动机、传动系统、传输、刹车、车身、悬架、 信息娱乐系统等 ( 表 1)。此外,蜂窝和非蜂窝无线技 术 ( 如蓝牙、WLAN 和 GNSS) 正把外部数据流传送 到信息娱乐系统、导航系统和交通信息系统。

  在未来几年中,我们预计每辆汽车中都会看到超过 100 个 ECU,联网的车内网络每天会承载几 TB 数据。我 们 预 计 汽 车 将 继 续 采 用 CAN、CAN-FD、LIN、 FlexRay、SENT 和 MOST;但是,当前顶端数据是 FlexRay 的 10 Mbps 及 MOST 的 150 Mbps。当然, 想“走得更快”总是说易行难,业界普遍采用 CAN 总线要求进行大规模重新设计,才能提供必要的速度、 安全性和向下兼容能力。

  随着传感器的数量越来越多,灵敏度越来越高,它们 会产生庞大的数据。可以想象,10~20 个摄像头,提 供 360 度全景视图,所有摄像头都发送 1080p ( 现在 ) 或 4K ( 将来 ) 高清数据流,像素深度从 16 位提高到 20 位甚至 24 位。这些数字正在迅速叠加在一起:一 个支持 24 位像素深度的 4K 摄像头以每秒 10-30 帧的 速率,生成每帧 199 Mb 的数据。2 尽管 1 Gbps 速率 现在可能足够了,但很快就需要 10 Gbps ( 图 1)。

  目前,IVNs 采用预处理硬件,在传感器上执行数据精 简 ( 即压缩 )。遗憾的是,这会引入时延,影响响应时 间,同时还会降低图像质量,从而限制可用的检测距 离。一个新兴解决方案是以 2 - 8 Gbps 速率把原始 数据传送到集中式片上系统 (SoCs) 或通用处理单元 (GPUs),SoC 或 GPU 可以对输入的实时数据进行压 缩。IVNs 正从扁平结构转向域控制器结构,在域控制 器结构中,传感器会把原始数据传送到中央处理单元。所需的通信流量正在不断扩大,并随着汽车到基础设 施 (V2I)、汽车到汽车 (V2V) 和汽车到万物 (V2X) 技术 不断演进。所有这些都将在汽车操作和人机交互中发 挥重要作用。

  挑战:并排测试多条总线

  测试挑战 #1:调试总线问题

  CAN、LIN 和 FlexRay 均是相对成熟的总线协议,设 计目标是强健、容易集成。即便如此,车载通信可能 仍会受到噪声、电路板布线及启动 / 关闭定时的影响, 产生总线错误过多及锁定等问题。

  CAN、LIN 和 FlexRay 的常见问题包括排除信号问题, 调试解码后的协议,了解多条通道、传感器和激励器。在 SENT 中,很难先配置示波器解码快速和低速通道 SENT 消息,然后再触发解码后的信息。如前所述,多条总线在汽车封闭的空间内同时运行, 可能会产生 EMI,导致信号质量差。预一致性测试可 以帮助您隔离和识别信号质量问题和总线性能问题 的成因,另外还可以改善针对相关标准通过 EMI 和 电磁兼容性 (EMC) 正式测试的能力,如 CISPR 12、 CISPR 25、EN 55013、EN 55022 ( 被 EN 55032 替代 ) 和 CFR Title 47, Part 15。

  测试挑战 #2:检验电气一致性

  保证汽车之间及汽车内部可靠的低时延数据流,对整 个系统的安全运行至关重要。与 CAN、 LIN 等不同, 汽车以太网拥有 IEEE 和 OPEN 联盟规定的一套复杂 的合规测试,包括各种电气要求,以确保满足标准。 这些测试通常在设计、验证和生产过程中执行。在汽 车以太网中,物理 (PHY) 层电气测试覆盖发射机 / 接 收机(收发机)性能的多个关键指标,如表 3 所示。 这些测量的具体目标,是测试物理介质连接(PMA) 相对于各种电气参数据的一致性。

责任编辑:庞小涵

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