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(chē)輛工程上最為顯著(zhù)。電子元件、軟件和處理能力的范疇不僅改變了車(chē)輛的運行方式，而且還改變了我們對車(chē)輛的看法 – 車(chē)輛現在更像是移動(dòng)的計算機，而不再是機器。
在 2010 年到 2016 年之間，現代汽車(chē)中軟件代碼的行數 (SLOC) 已經(jīng)在以 15 為系數不斷的擴張，從 1000 萬(wàn)行發(fā)展到了約 1.5 億行。預計對于全部車(chē)輛來(lái)說(shuō)，軟件的平均份額將以 11% 的年復合增長(cháng)率發(fā)展下去，從當今 D 級車(chē)或者更大型汽車(chē)的 10%（約為 1,220 美元）增至 2030 年的 30%（5,200 美元左右）。
強大的計算能力、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據的必備條件，從而滿(mǎn)足車(chē)輛日益實(shí)現網(wǎng)絡(luò )化與自動(dòng)化的要求。5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )連接的目標是將我們周?chē)娜f(wàn)事萬(wàn)物全部互連到一個(gè)數據網(wǎng)絡(luò )，該網(wǎng)絡(luò )可以提供必要的速度與響應時(shí)間，從而供完全的利用自動(dòng)駕駛汽車(chē)的各種功能。
半導體公司當前都在開(kāi)發(fā)新型的微處理器，能夠為多區域車(chē)輛架構（圖 1）實(shí)現高達 10 Gbps 及以上的高帶寬數據傳輸速率。這就會(huì )將車(chē)輛從移動(dòng)的計算機轉化成車(chē)輪上的數據中心，并且使自動(dòng)駕駛汽車(chē)實(shí)時(shí)做出復雜的決策。
隨著(zhù)現有的汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)不足以應對未來(lái)汽車(chē)的各種需求，以太網(wǎng)現已作為高速數據傳輸的一種最重要的協(xié)議而浮現了出來(lái)。對數據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(wú)縫連接起軟硬件及互連布線(xiàn)系統所需的各種接口的重要性。以太網(wǎng)是一種成熟、穩定而又久經(jīng)考驗的技術(shù)，可以提供極高的速度與安全性，從而成為了一種標準。然而，與大多數傳統上的以太網(wǎng)應用相比，以太網(wǎng)架構必須能夠在車(chē)輛中惡劣的多的條件下良好工作。如此一來(lái)，這類(lèi)網(wǎng)絡(luò )就必須要更加的穩健，因為它們要接觸到極端的溫度、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(chē)輛的電子元件和電子設備分布到多個(gè)區域中，可以使 CAN 和 LIN 之類(lèi)較老一些的汽車(chē)通信協(xié)議以及各種新的標準整合到基于以太網(wǎng)的車(chē)輛架構之中。專(zhuān)用網(wǎng)關(guān)可以構成原有的 ECU 設備與發(fā)展中的車(chē)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模的以太網(wǎng)架構當中。它們可以聚合起傳感器數據，然后轉發(fā)到一個(gè)或多個(gè)高級駕駛輔助系統 (ADAS)/自動(dòng)駕駛 (AD) 傳感器，在其中做出決策并將相應產(chǎn)生的車(chē)輛命令通過(guò)高速網(wǎng)絡(luò )傳輸到各個(gè)區域的網(wǎng)關(guān)。在那里，網(wǎng)關(guān)會(huì )將命令通過(guò)以太網(wǎng)或原有的網(wǎng)絡(luò )轉發(fā)到控制單元。
各種各樣的傳感器，例如雷達、激光雷達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)境的數據，并且通過(guò)以太網(wǎng)連接到網(wǎng)關(guān)。車(chē)輛工程師將會(huì )依靠高時(shí)效網(wǎng)絡(luò ) (TSN) 來(lái)實(shí)現域間通信并滿(mǎn)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(lái)自信息娛樂(lè )系統方面的數據流之類(lèi)的其他活動(dòng)所阻礙。
在后視攝像頭的例子中，一個(gè)負責檢測物體是否阻擋進(jìn)一步傳播的信號會(huì )通過(guò) 100 兆比特的以太網(wǎng)線(xiàn)纜發(fā)送到網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)將所有的引入數據聚合到一個(gè)大的數據流中，然后通過(guò) 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(lái)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 )相應的啟動(dòng)制動(dòng)器以使車(chē)輛停下。后視攝像頭的信號轉發(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。
多區域網(wǎng)關(guān)控制的概念采用了冗余來(lái)建立起自動(dòng)防故障的功能性網(wǎng)絡(luò )，從而達到所需的極高安全性。
接插件式的連接器和線(xiàn)纜能夠在車(chē)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(lái)說(shuō)，是一個(gè)決定性的因素?？煽啃圆坏檬艿?EMI 或者熱過(guò)程的影響。
