僅僅在一代人的時(shí)間里，電子技術(shù)和處理器技術(shù)幾乎就已經(jīng)改變了我們生活中的所有方面 – 在車輛工程上最為顯著。電子元件、軟件和處理能力的范疇不僅改變了車輛的運(yùn)行方式，而且還改變了我們對車輛的看法 – 車輛現(xiàn)在更像是移動(dòng)的計(jì)算機(jī)，而不再是機(jī)器。
在 2010 年到 2016 年之間，現(xiàn)代汽車中軟件代碼的行數(shù) (SLOC) 已經(jīng)在以 15 為系數(shù)不斷的擴(kuò)張，從 1000 萬行發(fā)展到了約 1.5 億行。預(yù)計(jì)對于全部車輛來說，軟件的平均份額將以 11% 的年復(fù)合增長率發(fā)展下去，從當(dāng)今 D 級車或者更大型汽車的 10%（約為 1,220 美元）增至 2030 年的 30%（5,200 美元左右）。
強(qiáng)大的計(jì)算能力、巨大的帶寬和速度都是處理形形色色的傳感器生成的海量數(shù)據(jù)的必備條件，從而滿足車輛日益實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化與自動(dòng)化的要求。5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)連接的目標(biāo)是將我們周圍的萬事萬物全部互連到一個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)可以提供必要的速度與響應(yīng)時(shí)間，從而供完全的利用自動(dòng)駕駛汽車的各種功能。
半導(dǎo)體公司當(dāng)前都在開發(fā)新型的微處理器，能夠?yàn)槎鄥^(qū)域車輛架構(gòu)（圖 1）實(shí)現(xiàn)高達(dá) 10 Gbps 及以上的高帶寬數(shù)據(jù)傳輸速率。這就會(huì)將車輛從移動(dòng)的計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)化成車輪上的數(shù)據(jù)中心，并且使自動(dòng)駕駛汽車實(shí)時(shí)做出復(fù)雜的決策。
隨著現(xiàn)有的汽車網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不足以應(yīng)對未來汽車的各種需求，以太網(wǎng)現(xiàn)已作為高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N最重要的協(xié)議而浮現(xiàn)了出來。對數(shù)據(jù)速率的需求正在不斷的攀升，愈發(fā)提升了多層安全措施以及無縫連接起軟硬件及互連布線系統(tǒng)所需的各種接口的重要性。以太網(wǎng)是一種成熟、穩(wěn)定而又久經(jīng)考驗(yàn)的技術(shù)，可以提供極高的速度與安全性，從而成為了一種標(biāo)準(zhǔn)。然而，與大多數(shù)傳統(tǒng)上的以太網(wǎng)應(yīng)用相比，以太網(wǎng)架構(gòu)必須能夠在車輛中惡劣的多的條件下良好工作。如此一來，這類網(wǎng)絡(luò)就必須要更加的穩(wěn)健，因?yàn)樗鼈円佑|到極端的溫度、濕度、水分、振動(dòng)和沖擊，并且還必須能夠耐受極大的電磁干擾 (EMI)。
將車輛的電子元件和電子設(shè)備分布到多個(gè)區(qū)域中，可以使 CAN 和 LIN 之類較老一些的汽車通信協(xié)議以及各種新的標(biāo)準(zhǔn)整合到基于以太網(wǎng)的車輛架構(gòu)之中。專用網(wǎng)關(guān)可以構(gòu)成原有的 ECU 設(shè)備與發(fā)展中的車載以太網(wǎng)絡(luò)之間的接口，便于形形色色的協(xié)議通信方式融入到更大規(guī)模的以太網(wǎng)架構(gòu)當(dāng)中。它們可以聚合起傳感器數(shù)據(jù)，然后轉(zhuǎn)發(fā)到一個(gè)或多個(gè)高級駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS)/自動(dòng)駕駛 (AD) 傳感器，在其中做出決策并將相應(yīng)產(chǎn)生的車輛命令通過高速網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)礁鱾€(gè)區(qū)域的網(wǎng)關(guān)。在那里，網(wǎng)關(guān)會(huì)將命令通過以太網(wǎng)或原有的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到控制單元。
各種各樣的傳感器，例如雷達(dá)、激光雷達(dá)以及高分辨率攝像頭等等，都在不斷的收集有關(guān)周邊環(huán)境的數(shù)據(jù)，并且通過以太網(wǎng)連接到網(wǎng)關(guān)。車輛工程師將會(huì)依靠高時(shí)效網(wǎng)絡(luò) (TSN) 來實(shí)現(xiàn)域間通信并滿足實(shí)時(shí)的要求。TSN 可以確保為網(wǎng)絡(luò)流量劃分出所需的優(yōu)先級，從而對于安全性至關(guān)重要的各種功能就不會(huì)被來自信息娛樂系統(tǒng)方面的數(shù)據(jù)流之類的其他活動(dòng)所阻礙。
在后視攝像頭的例子中，一個(gè)負(fù)責(zé)檢測物體是否阻擋進(jìn)一步傳播的信號會(huì)通過 100 兆比特的以太網(wǎng)線纜發(fā)送到網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)將所有的引入數(shù)據(jù)聚合到一個(gè)大的數(shù)據(jù)流中，然后通過 10 千兆的以太網(wǎng)鏈路實(shí)時(shí)發(fā)送到 ADAS/AD 服務(wù)器。在那里，軟件會(huì)對來自后視攝像頭的信號做出決策。然后，將向制動(dòng)控制單元發(fā)送一個(gè)制動(dòng)命令，該單元就會(huì)相應(yīng)的啟動(dòng)制動(dòng)器以使車輛停下。后視攝像頭的信號轉(zhuǎn)發(fā)會(huì)優(yōu)先處理，這樣關(guān)鍵的功能就不會(huì)被非關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)流量所中斷。
多區(qū)域網(wǎng)關(guān)控制的概念采用了冗余來建立起自動(dòng)防故障的功能性網(wǎng)絡(luò)，從而達(dá)到所需的極高安全性。
接插件式的連接器和線纜能夠在車輛的總壽命期間提供信號上的完整性，對于高速網(wǎng)絡(luò)連接的可靠性來說，是一個(gè)決定性的因素。可靠性不得受到 EMI 或者熱過程的影響。
