网络节点激增，车载以太网市场迎来发展契机
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车载网络诞生将近20年，CAN网络作为最初的黄金标准，后来随着汽车电子复杂度的增加以及为满足汽车不同职能的需求，LIN、FlexRay、MOST以及以太网等技术逐渐被引入，为汽车在安全和舒适方面带来了巨大的飞跃和超凡体验。多年前很多高端车遥不可及的选配安全或舒适功能，现在已经成为了家用车的标配。目前，全球每辆车平均CAN，LIN，FlexRay总线节点从2006年少于10个，到现在已超过20个，预计到2016年，全球汽车车载网络节点的总数可能将达30亿个。
网络节点攀升，对车载总线网络提出三大需求
随着网络节点的增加，车载网络必须实现更高的性能、更高的带宽、更高的效率以及更强的可扩展性。这些新趋势也将带动汽车产业向更加环保和智能的方向发展，恩智浦半导体（NXP）认为在未来的10年中，决定汽车产业格局的趋势是节能减排和移动互联。这些领域对车载网络的带宽，安全性，能效，耐压，可靠性，抗干扰性，可预测性，可扩展性，自适应性，平台设计都提出了新的需求。
恩智浦半导体汽车电子事业部业务发展总监李晓鹤
汽车电子的高速发展对车载网络提出了更多需求，恩智浦半导体汽车电子事业部业务发展总监李晓鹤认为这些要求主要体现在三方面：性能路线、标准化路线和优化路线。
性能路线：更高的带宽(CAN FD, FlexRay，以太网)、更强的EMC/ESD性能(可参阅德国5车厂的联合标准)、更低的功耗、更好地在大规模不规则网络中可靠通讯、在新能源车中的高压隔离通讯、在节能传统车中的主动能量管理以及在车联网中的网络安全加密和验证等等。
标准化路线：网络通讯发展的前提是标准化。标准化不仅是针对网络标准本身，同时也包括统一的研发、验证标准以保证网络在汽车平台化设计中的可靠，可扩展，可预测和低成本。比如前面提到的德国５车厂(包括法国车厂也在参考)的网络收发器联合验证规范, 又比如NXP与德国、法国、中国车厂合作进行的网络拓扑规划和仿真等。从1994年推出业界第一款高速CAN，恩智浦一直密切参与新总线标准的制订和推广，恩智浦同样也是FlexRay, LIN及车载以太网标准组织的主要成员。
优化路线：现有的功能模块有很多通过网络进行性能优化的需求，例如局域网络总线(Partial Networking)为电池车和新能源汽车提供更高级的能量控制，使网络成为整车能量管理的一部分，系统基础芯片(System Basis Chip)将网络，供电控制，高压输入输出和安全诊断集成一体，基于HVSON微型无管脚封装的CAN，LIN总线产品使微型传感器，微型摄像头成为可能。
另外，车载网络连接的是汽车中枢系统与各个子系统之间的通信和信息交换，车载网络的安全高效离不开强大的系统软硬件支撑，而且相对而言，子系统越少，为车载网络带来的压力越小，出错率就越低。从车载软硬件系统上优化也可大幅提升车载网络的效率。
美国移动软件管理(MSM)供应商Redbend公司认为将来车载硬件和软件架构的一个显著发展趋势是ECU的统一，即将多个ECU与处理器集成到一个处理器中。该公司市场总监Yoram Berholtz解释到：“从硬件上将ECU单元统一，在软件上采用虚拟化技术能实现在同一硬件平台上运行多个操作系统(如RTOS, AUTOSAR, QNX等)，因为虚拟化技术能使多个操作系统之间相互隔离，从而使潜在的威胁隔离于高端OS之外，从而达到提升车载网络和系统安全性和可靠性的目的。”
Redbend的虚拟化技术可以对在同一硬件上平行运行不同软件栈的多台虚拟机（VMs）进行管理。每个域(例如虚拟机、高级操作系统和应用程序）均可在安全和容错模式下（一个操作系统内发生的故障不会影响其他系统)运行完全不同的软件栈，无论是对最小的实时操作系统RTOS还是功能丰富的高级操作系统HLOS。这种将系统彼此隔离的方式为满足车载信息娱乐系统的不同需求、处理互联汽车复杂的软件环境提供了新的解决方案。
市场需求驱动车载网络技术演进
目前CAN和LIN技术已经成熟用于汽车网络，FlexRay和车载以太网技术也开始崭露头角，未来这些技术根据各自职能和特性将如何分工？
CAN作为车用主干网已经是成熟技术，大部分车型都已经配备两路以上CAN网络。根据不同车型，可能使用高速或容错CAN。大部分动力系，传动系，安全系，车身电子和娱乐系统的控制部分都是在CAN网络中。
今年CAN又增添了新的改进协议，在第十三届国际CAN大会上，博世发布了CAN-FD(灵活数据传输率)协议，它在后台与已被列入ISO 11898-1标准的CAN数据连接层协议兼容。会上博世和Vector演示了使用遵循ISO 11898-2规范的收发器芯片，速率达15 Mbit/s的CAN-FD网络模型。在数据框架内，将传送速率进一步提高。
对于这项新协议，NXP李晓鹤表示：“最近我们正和博世、CAN标准化组织CiA在积极推进CAN FD在汽车和工业界领域的应用，这种技术可以极大的扩展CAN网络的带宽界限或物理界限，以缓解目前车载网络紧迫的带宽需求。”
CAN总线不仅在现有车载网络应用成熟，很多公司认为其未来有更大的发展空间，暂时的瓶颈会随着CAN协议的更新换代而解决，CAN总线方案提供商香港威柏电子（Westpac）技术顾问钟保荣认为：“如果设计人员足够了解CAN系统的能力和极限，CAN是能满足未来的汽车产业需求，如多层拓扑设计比单层CAN系统有更强的数据吞吐能力。这样，不仅能提升性能，还可减少开发时间以及生产和维护成本。”
他表示，未来对于汽车电子内数据交换的需求是巨大的，设计单一联网系统适应所有数据交换的做法是不太现实的。设计人员需要将数据分类，以便实现最优系统设计。这种分类方法就是以CAN作为汽车核心控制网络，而非关键数据如信息娱乐系统可以采用单独的网络，如以太网、Wifi、 Bluetooth、 Zigbee等。[!--empirenews.page--]
LIN总线因其低速率和低成本效益，一直作为一种辅助的总线网络，用于实现汽车中的分布式电子系统控制。在不需要CAN总线的带宽和多功能的场合，比如智能传感器和制动装置之间的通讯使用LIN 总线可大大节省成本。
NXP李晓鹤表示：“LIN总线在车门、空调、座椅、车灯模块中以低成本占有不可替代的位置。而空调调节电机，车体环境灯等应用也使自编址LIN总线更为普及。这种技术在我们UJA1018 LED环境灯控制产品中已经实现。LIN 源于欧洲，在美国衍生为SAE2602, 目前在欧美车型中已经相当普及，其中不乏高端车型车体域控制器上出现6路CAN，17路LIN的情况。”
FlexRay是戴姆勒克莱斯勒公司的注册商标，FlexRay联盟负责其标准化推广，欲使之成为新一代汽车内部网络通讯协议。在传输速率方面，CAN网络最高性能极限为1Mbps，LIN和K-LINE分枝网络最高性能极限为20Kbit/s，而FlexRay两个信道上的数据速率最大可达到10Mbps，总数据速率可达到20Mbit/秒。
FlexRay的优势在于速率快，并有很强的容错机制，适合用于线控驾驶，线控刹车，为自适应悬挂等模块提供更好的实时控制，故障隔离和可预测性，使驾驶更为安全。BMW最新X5上面的主动悬挂系统就使用了FlexRay来控制。现在FlexRay的应用已经从高端车发展到中端车型，从德国车厂发展到美国，法国，日本，韩国。
对于FlexRay未来趋势，香港创兴电子(Jetronic)认为，FlexRay有机会在未来几年得到更快的发展，因为它可以提供更快的通讯速率、更灵活的拓扑结构和更好的容错机制，相对高的成本是目前的主要障碍。
以太网技术对于汽车电子产品而言，不是一项陌生的技术，上面提及的这些网络各自独立，并没有连接起来。汽车厂商希望能够统一车内网络，而以太网则有希望将多种车内网络整合为一体，实现彻底的互联互通。
车载网络标准比较
汽车业选择以太网正是考虑到技术和产业链的相对成熟度。 但是车载以太网与消费类和工业以太网不同，后者因为电磁辐射，抗干扰，温度范围，耐压，可靠性和低功耗控制等瓶颈，不能直接使用到汽车应用中。NXP李晓鹤认为，即便某些消费类和工业芯片厂商可以将一两款产品作车规认证，其组织结构和生产流程对汽车业要求的稳定供货，生产风险管理，质量控制和分析体系，生命周期的支持面临着诸多挑战。
车载以太网目前还处于推广前期，应用仅限于信息娱乐和车载诊断(OBD)应用，还没有面向乘客的应用。去年由博通(Broadcom)公司、恩智浦半导体、飞思卡尔半导体和哈曼国际公司联合几个车厂成立一个特别兴趣小组(SIG)——OPEN联盟(One-Pair Ether-Net)，以促进基于以太网的汽车互连的广泛采用。
博通基础设施和网络产品市场高级总监Ali Abaye
针对车载以太网市场，很多公司已经有成熟方案，博通基础设施和网络产品市场高级总监Ali Abaye表示：“目前，博通公司提供的BroadR-Reach以太网技术可以达到100 Mbps的速度，预计在未来五到八年可以实现更高的数据传输率。同时一个新成立的IEEE 802.3研究组减少了双绞线千兆以太网方面的研究，同时在新的标准组织中指明了更高数据传输速率车载以太网的路线图。目前，OPEN联盟正在推动1Gbps的BroadR-Reach解决方案，它将能满足下一代IVNS的带宽需求。”
NXP认为车载以太网源于诊断的应用需求，但未来会看到更多的扩展到摄像机主动安全，多媒体，车联网甚至车辆域计算的应用。
关于多种总线网络同时存在于车载网络的局面，各受访公司意见基本一致：各种总线技术因职能和定位不同，在长期以来和很久以后都将是共存共荣。
360度全景泊车等应用为车载以太网带来新契机
随着人们对车载带宽的需求日益增长，将远远超出了信息娱乐和导航等应用，这将重新定义车辆运动和安全应用范畴。
博通Ali Abaye认为基于以太网的360度泊车系统是具有突破性的一步，他介绍：“基于以太网的360度泊车系统，它结合了多个数字传感器和摄像头，具有灵敏的低光照感光度及高清晰度图像和视频捕捉能力，它的突破性在于将车辆运动管理从一个封闭的应用转变成一个开放和可扩展的驾驶辅助网络，多个系统可以访问和共享其中的重要信息。”
他还表示，通过将成本敏感的以太网技术与具备高像素的经济型CMOS图像传感器结合起来，汽车OEM厂商就可以将先进的泊车辅助系统从豪华车扩展到非豪华车。标准化的IP技术有能力推动整个车辆的音频和视频数据显示、信息娱乐、座椅控制管理等更多应用。
如果将以太网与新技术融合，还可催生更新创新车载应用，例如香港创兴（Jetronic）认为将车载以太网与云技术融合就是一种。车载娱乐系统可以利用以太网来播放云端的各种资源、成为云计算的一部分；车载导航系统可以实时更新路况，并提供最优化的路径选择。
在车载以太网应用方面，NXP也在积极布局和推广，并着手解决目前车载以太网面临的一些问题，如车载以太网的标准化和工业化。
李晓鹤介绍NXP在两方面的解决方案：“标准化方面，包括标准，测试，开发工具，外围部件，例如线束，连接器，以及和其它国际标准和未来千兆以上以太网的对接等等，以尽快搭建以太网在汽车业的生态系统。工业化方面，将以太网技术移植到NXP专为汽车质量、耐压、可靠性、EMC、温度范围定制的技术平台，用每天供货100万收发器的成熟汽车级芯片制造体系为整车厂提供可靠的支持。”
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