5月19日国务院新闻办公室举行了“加快建设交通强国推动交通运输行业高质量发展”新闻发布会。交通运输部副部长刘小明表示要将自动驾驶作为科技创新支撑加快建设交通强国的重要领域之一。

随着人们对汽车高可靠性、多功能性的需求日益上升，“自动驾驶”由科幻作品日益走向现实。各领域的尖端科技集聚于车端，在车内形成了日益复杂的电气系统。如何以最简洁的方式保证车内系统各点之间实时通讯、满足智能汽车发展的海量数据传输需求？汽车总线升级刻不容缓。

本期我们邀请到ZLG CAN-bus首席专家——黄敏思先生，为大家解读汽车总线升级的关键方向。

本期嘉宾

致远电子资深工程师，工业通讯产品市场总监，国内知名CAN总线专家，从事CAN总线研究与实践超过15年，国际CAN总线协会技术讲师；

著有《基于LPC1778的CAN总线错误处理策略》《基于ISO11898-1的CAN总线信号质量评估方法》《CAN总线应用层协议实例解析》等论文与书籍；

长期服务于航空航天、轨道交通、汽车电子、武器装备、医疗电子等行业的CAN总线故障排查、可靠性设计与测试。

精彩观点

目前大多数车厂的升级方向是将架构的主干变成以太网，分支下的域升级到CAN FD、LIN等方式。未来将进一步改造成环网型的以太网架构，提高鲁棒性和带宽。

如果CAN不发展，就会被以太网吃掉。因此目前CAN协会正在制定的CAN XL就是对CAN FD进行进一步改造，使之可靠性和鲁棒性都优于以太网。

以太网波特率很高的时候就会产生辐射影响，因此光纤化是其很重要的升级方向。

车载ECU的数量越来越多，为了减少布线复杂导致的波形反射严重、通讯成功率降低，复杂拓扑结构的主动信号改善也是升级的关键技术之一。

车载总线的升级方向

汽车电子的总线架构是一个发展的过程。

根据恩智浦的图我们可以看到最左边的CAN-bus架构的主干和分支都是CAN总线，这是目前成熟的架构。

现在大部分车厂正在做的事情是将主干变成以太网，分支下面的域由CAN升级到CAN FD、LIN，以满足自动驾驶、主动防护等先进技术的需求。

未来将进一步将总线改造成环网型的以太网架构，提高鲁棒性和带宽。

当前大部分在产车辆以及在路上行驶的车辆还是以成熟的CAN总线为主。

2010年欧洲的一个车厂提出CAN总线的升级需求。那时给一个ECU做程序烧写需要八个小时。

升级后的CAN总线由8个字节提升到64个字节，波特率提高5兆，产生了CAN FD。

但车厂又要求成本不能提升太多，所以依然用原来的CAN网络，把数据负载提上去。

从ZLG的USB转CAN接口卡销售量可以看出，汽车电子企业购买的CAN卡都要求带FD的功能。

在如今的车厂中，CAN FD已经成为了刚需。

在当前自动驾驶和主动防护的需求之下，即使升级到了CAN FD，还是不够用，只能升级到以太网。

通过车载以太网连接各功能域，拓宽CAN总线，保证雷达、视频的信息传输。

在此同时又要求成本不能增加，所以只将主干升级为以太网，域里使用的还是CAN跟LIN原来的总线。

但如宝马等一些高端车型已经出现了全以太网架构。

这幅图展示了各个域的连接，是目前大部分车厂的做法。

未来我们会将连接各个域的交换机改成环网型，主要的目的在于减少线束的用量，实现线路环网冗余、链路聚合，使得带宽得到比较好的利用。

并且如果线路某一个地方断了，也可以从其他地方绕过去，提升安全性。

所以未来5~10年车载总线架构会变成环网的方式。

CAN总线最大的好处是便宜，无论是CAN、CAN FD还是升级到未来的CAN XL，成本不会增加很多，所以很多车型都喜欢使用CAN总线。

十年前CAN协会的主席告诉我，欧洲的一个车厂表示CAN总线数据不够用，于是他花了很大的力气制定新的CAN FD协议，把数据段提升到64个字节。

但2015年时却发现CRC校验的有较高漏检率，于是又进行了修改。所以CAN FD又分为ISO CAN和非ISO CAN,其中ISO CAN就是2015年增强校验后的正式版本，大家在使用CAN FD时需要注意这一点。

理想很丰满，但现实使用时就会发现波特率提升的比例无法达到1:8，如果能达到1:4就很了不起了。比如500kbps波特率提升一倍，数据段跑1Mbps就已经达到极限了。

如果数据跑2Mbps只能在机柜里实现。所以理论上,距离很短，数据就可以跑很快，但这是属于板间运行。如果是拉真实的总线，就绝对达不到了。

目前CAN协会正在制定CAN XL。

它的出现是由于智能网联的发展，数据量的信息越来越大，如果CAN不发展，就会被以太网吃掉。

所以CAN FD必须进行“魔改”，就像给59式坦克装上反应装甲以及一些先进装备，看起来甚至不像59式坦克了，CAN XL就是这样产生的。

它的基本目标是数据段能跑2048字节，超过以太网的1472字节，波特率可以达到10M+bps，还能兼容CAN FD。

最引以为傲的是它的可靠性和鲁棒性都优于车载以太网。

大家从图中可以看到CAN XL的部分架构。第一段是它的控制域、ID，第二段是它数据和CRC，因为数据多了以后，鲁棒性就不够了，所以增加了很多校验，比如头部校验、数据段校验、CRC计数等，最后还增加了NACK。

这些是我最新拿到的资料。

设计CAN XL最主要的想法是未来能与车载以太网一起跑，在车里不会消失。

因为CAN是比较便宜的方式，因此广大车厂也希望能够实现。

车载以太网的使用如今也遇到了一个很大的问题，就是乘用车上不可能用4线制的百兆以太网。

使用双线制的以太网也是为了减少成本。

当然底层的PHY已经进行了更改，MAC层基本没变。

在应用层上做一个Some/IP，将应用层进行封装，底层还是TCP、UDP之类的，实时的部分用AVB等。

在使用时，不管是以太网还是CAN，都怕干扰。由于干扰导致的以太网丢包很常见。

当以太网波特率很高的时候，都会产生辐射影响，所以CAN是不可能消失的。

CAN的波特率很低，产生的辐射影响比较有限。

目前车载以太网的一个重要升级方向就是光纤化。ZLG现在常为客户推荐的方案就是车载光纤以太网。

车载光纤以太网有几大优势：

第一，可以抗干扰；

第二，可以减少辐射；

第三，能够达到比较远的通讯距离，100兆达到120米，千兆达到40米。

另一个比较重要的升级方向叫做复杂拓扑的主动信号改善。

平时我为客户讲解拓扑结构、布线方式，需要一两个小时才能讲解清楚。

现在的一些芯片公司，比如恩智浦，他设计了一款可以抑制反射的芯片，能使震荡的波形平缓下来。

使得布线方式更加自由，终端电阻可以放在中间位置。由于更为便宜，未来也会比较受欢迎。

未来后装车厂想要破解协议可能是无法实现的。不光是AUTOSAR还有一些防护的协议，都对一些欺骗和入侵动作进行了防护。

比如最新的TJA115x芯片，假设它发送的一个ID是100，当监测到总线上又有一个100时，就会主动发送错误帧，阻止另外一个100的发送，这叫主动对抗。

如果你的MCU被黑客劫持了，还可以防止总线被干扰，属于比较安全的收发器。

这种方式现在看来比较新颖，但以后会普及。

10年前我们提到选择性唤醒，那时觉得很新颖，但现在都已普遍用到。

这四个关键技术未来会在总线升级方向经常提到。

 车载总线设计与测试设备

我们现在基本的CAN卡，包括USB、PCIe、串口等都已经FD化了。

我们进行FD化的同时，都会将车载以太网带进去，进行同步记录和测试。

总线分析的CAN FD产品基本快做完了，大概10月份能够出来。

所以我们目前FD化的工作基本已经完成了80%，基本明年就能结束。

而后会研发一些实时以太网的更高端的产品。

这是一些CAN FD的升级和测试方案，包括加入一些模块以及SPI转CAN FD的转化。

我们会把CAN跟CAN FD的数据变成Wi-Fi，在一些不容易布线的地方使用。

比如车载充电弓，在充电时无法拉CAN线，只能用Wi-Fi进行通讯。

一些无线充电设备、风力发电机的桨叶都是用WiFi进行通讯的。

我们的云与大家常见的车载端、手机端的云不同，研究的更加底层。

我们将数据、信号进行收集，做DBC协议分析、曲线之类的。

所以一般来说我们都希望给客户进行私有化部署，为客户做好平台和基础。

车载以太网方面，我们可以提供小的转换板，提供将普通的以太网转换成车载以太网的比较便宜的方案。

我们为客户开发车用产品，使用的是S32K Start Kit汽车电子通用开发平台，符合ISO26262的功能安全标准。

这是一个比较强大的网关，它是由7路百兆的车载以太网、2路的工业以太网、8路的CAN FD、1路的LIN做成的网关。

我们不提供直接使用的板子，而是提供解决方案，包括原理图、PCB、代码等，客户可以用这些做相应的产品。

这是光纤以太网的方案，我们提供的也是解决方案，主要销售的是光纤收发器、MCU之类的产品。

目前比较热门的司机行为监测方案，可以监测司机是否在打瞌睡。

这款芯片是国产芯片。如今国产化是大势所趋。国内半导体一旦兴起，很多产品也会进行国产化的改造。

国产芯片能够根据客户的需求进行快速改动，算法更强，在如今的司机行为监测、动物的面部识别都有相应应用。

上图主要是通过整合我们的仪器达成的新能源汽车的测试解决方案。

包括新能源汽车的总线测试、示波器、无线充电系统测试、功率分析、示波记录仪的测试等。

我们用这些仪器组成一套测试系统，进行车辆测试。

本文转载自：芯片揭秘