近些年來，隨著為了讓汽車更加安全、智能、環保等，一系列的高級輔助駕駛功能噴涌而出。未來滿足這些需求，就對傳統的電子電器架構帶來了嚴峻的考驗，需要越來越多的電子部件參與信息交互，導致對網絡傳輸速率，穩定性，負載率等方面都提出了更為嚴格的挑戰。

除此以外，隨著人們對汽車多媒體以及影音系統的需求越來越高，當前雖已有各式各樣的音視頻系統，可隨著汽車電動化進程的加速推進，手機控制車輛以及彼此交互的場景不斷擴大，可以想象未來聯網需求只會不斷拓展，無論是車內還是車外的聯網需求都不約而同的提出了更多網絡帶寬的重要性。

為此，車載以太網應運而生。首先以太網的首要優勢之一在于支持多種網絡介質，因此可以在汽車領域進行使用；同時由于物理介質與協議無關，因此可以在汽車領域可以做相應的調整與拓展，形成一整套車載以太網協議，該協議將會在未來不斷發展并長期使用。

正文

車載以太網發展歷史

自1980年至今，IEEE組織、OPEN Aliance SIG組織、寶馬、博通公司等為傳統以太網到汽車領域的應用拓展發揮了十分關鍵的作用，重要里程碑事件記錄如下：

• 1980年，Ethernet 1.0成功發布；
• 1985年，IEEE 802小組公布802.3協議，推出了 基于CSMA/CD的10M以太網技術 ；
• 2004年，BMW公司考慮采用博通公司的以太網技術并于2008年在寶馬7系上成功量產以太網刷寫技術，其中關鍵點在于博通公司的 單對非屏蔽以太網全雙工技術，并保證EMC測試全部PASS ；
• 2013年，BroadR-reach技術成功在寶馬5系的環視系統中成功量產；
• 近年來由著名汽車整車廠與供應商組成的OPEN Aliance SIG相繼發布了 TC8（車載以太網ECU測試規范）以及TC10（車載以太網休眠喚醒規范） ，同時攜手IEEE將車載以太網標準轉化為通用標準。

車載以太網總體架構

正由于上述IEEE組織，OPEN Aliance SIG組織, AVNU組織，AUTOSAR組織的共同發展與合作，進而規范了車載以太網符合OSI模型的整體架構，如下圖1所示：

圖1 車載以太網OSI總體架構首先針對圖1中AVNU，IEEE，AUTOSAR以及OPEN Aliance SIG組織做簡要介紹，以便能夠較為清晰地了解各組織在車載以太網總體架構的主要貢獻及主要目標。

• AVNU： 致力于推進AVB/TSN時間敏感網絡在汽車領域的應用，使以太網成為一種時間確定性的實時網絡；
• IEEE： 電氣與電子工程師協會，其中802.3工作小組致力于推進以太網相關標準的制定與完善；
• AUTOSAR: 汽車開放式系統架構組織，致力于實現汽車軟硬之間解耦的標準同時也為車載以太網軟件層級作出了相關規范說明；
• OPEN Aliance SIG: 為非盈利性的汽車行業和技術聯盟，旨在鼓勵大規模使用以太網作為車聯網標準；

同時，從上圖中可以看出標記為“ IT ”則為傳統以太網技術協議規范，而標記為“ Automotive ”則為車載以太網技術協議規范。

顯而易見，除了物理層、UDP-NM、DOIP、SOME/IP、SD這五個模塊為車載以太網技術協議規范之外，其余均為傳統以太網技術。

物理層

車載以太網與傳統以太網相比，車載以太網僅需要使用1對雙絞線，而傳統以太網則需要多對，線束較多。

同時，傳統以太網一般使用RJ45連接器連接，而車載以太網并未指定特定的連接器，連接方式更為靈活小巧，能夠大大減輕線束重量。除此以外，車載以太網物理層需滿足車載環境下更為嚴格的EMC要求，對于非屏蔽雙絞線的傳輸距離可達15m（屏蔽雙絞線可達40m）。

雖然車載以太網只采用單對差分電壓傳輸的雙絞線，但是100M/s以太網可以通過回音消除技術來實現全雙工通信。下面就通過表格形式列舉出當前主流的物理層標準：

表1 車載以太網物理層標準從上表可知，當下主流的車載以太網協議主要為IEEE 100BASE-T1以及IEEE 1000BASE-T1，常規使用可采用100BASE-T1,如果需要更高帶寬，可選擇1000BASE-T1。

不過因為速率越高，對車載以太網物理層一致性測試就更為嚴格。

其中以太網所有物理層的功能全部集中在一個稱為“ PHY ”的模塊中，它將以太網控制器以及物理介質連接在一起，并且通過一個標準化接口MII連接，同時PHY模塊與底層介質通過MDI接口連接，以100BSASE-T1所示，如下圖2所示：

圖2 物理層PHY接口結構圖 （來源：Vector）模塊接口定義見上圖2，具體有關PHY模塊的內容在此不做展開，后續會單獨專題講解奉上，敬請關注！

數據鏈路層

數據鏈路層可細分為 LLC (Logic Link Control)以及 MAC （Media Access Control）兩個層級。此兩層級定義與作用如下：

• LLC： 負責向上層提供服務，管理數據鏈路通信，鏈接尋址定義等，與所用物理介質沒有關系；
• MAC： 負責數據幀的封裝，總線訪問方式，尋址方式以及差錯控制等，MAC層的存在則可以使得上層軟件與所用物理鏈路完全隔離，保證了MAC層的統一性；

其中LLC子層的服務與服務在IEEE 802.2 LAN協議中有所定義，MAC層的主要功能作用則在IEEE 802.3中定義，并采用CSMA/CD訪問控制方式，一般MAC層協議在俗稱的“網卡”中實現。

以太網幀格式

以太網隨著歷史發展總共存在5種幀格式，不同的以太幀存在不同的類型及MTU值(最大傳輸數據長度)，且可以在同一物理介質上同時存在。

目前廣泛使用的以太網幀格式主要有2種，分別為Ethernet II幀格式與IEEE802.3幀格式。其中車載以太網主要采用Ethernet II幀格式。

• 完整Ethernet II幀格式

圖3 Ethernet II幀格式* 完整IEEE802.3幀格式

圖4 IEEE 802.3幀格式如上圖3與圖4進行對比可知，Ethernet II幀格式中的“ 類型 ”位置被802.3幀格式的“ 長度 ”所替代。上述不同字段的具體含義如下表2所示：

表2 以太網幀字段定義說明特別的，我們可以通過判別“類型/長度”字段來進一步判斷當前幀的類型。若該字段值小于等于0x5DC，那么該幀為IEEE 802.3格式，若該字段值大于等于0x600，則該幀為Ethernet II幀格式。

同時需要注意Ethernet II幀格式并沒有LLC子層的概念，只有MAC層來處理數據服務等內容，而IEEE 802.3則可以。