百兆以太网进入汽车

今天汽车中广泛应用的是网络是CAN和LIN,它们主要应用于车身电子和一些关键的安全性应用,如电动车窗/车门/车椅控制、电动雨刷、引擎控制、安全气囊控制等,这些应用的特点是需要传输的数据量较小,但要求非常高的实时性和可靠性。

CAN现场总线的最大带宽只有12Mbps,随着越来越多的高清视频应用进入汽车,如ADAS、360度全景泊车系统和蓝光DVD播放系统,汽车网络必须支持从车头和车尾实时地向驾驶员前面显示面板传送720p以上高清视频,这时候CAN总线带宽已经远远不够用了。这也是为什么今天汽车业界在发展MOST多媒体总线的背后原因。

MOST总线的带宽是够了,它能提供的最大带宽是150Mbps,但MOST是共享总线,也就是多个设备共享这150Mbps带宽,当某个设备占用大带宽的时候,别的设备可能就没有资源了。例如,当后座乘客在看蓝光DVD影片时,驾驶员从ADAS看到的图像可能就会时断时续。此外,ADAS系统在车身周围都配有很多摄像头,现在这些摄像头都是模拟的,但现在有一个趋势是,这些模拟摄像头要全部转向数字摄像头,而且分辨率至少要达到720P。要传输这么高清晰度的数据信号,目前都是用压缩的方法做的,但压缩过以后还是需要30兆带宽,可以想象如果不压缩的话,需要的带宽就更多了。这么多数字摄像头如果同时工作,MOST总线就已经满足不了需求。

为了解决这一问题,博通最近开发出了专门针对汽车市场的物理层收发器 BroadR-Reach BCM89810,它使得100Mbps以太网可以在汽车环境下正常工作。与MOST相比,以太网采用的是星形连接架构,也就是每一个设备或每一条链路都可以专享100兆的带宽,这样无论今后汽车内要增加什么高带宽应用,都不用担心总线带宽问题。

更重要的是,BCM89810使得客户只需使用单对非屏蔽双绞线就可以实现100Mbps带宽,从而为汽车市场提供了业界成本最低的高带宽连接解决方案。

目前汽车中采用的FlexRay和MOST总线使用LVDS电缆来传送大带宽数据,但LVDS为了满足汽车对电磁辐射的要求,需要有很厚的屏蔽层,同时连接器也是非常的复杂和昂贵。

博通的BroadR-Reach技术使得普通的非屏蔽双绞线就能够实现现在LVDS做到的事情,互连成本能降低多达80%,线缆重量减少多达30%,这可使得同样的燃油能跑更多的路,这一点对新兴的电动汽车来说特别具有意义。

成本低廉的以太网目前已经解决了此前汽车业内广为担心的实时性、可靠性和安全性问题,未来很有希望成为汽车市场的一匹黑马。目前宝马汽车已经宣布将在2013年推出的X5汽车中广泛采用博通以太网解决方案,其它汽车制造商也在积极评估中。

博通、飞思卡尔和OmniVision最近还推出了3方共同开发的360度全景停车辅助系统,这是世界上第一款基于以太网的停车辅助系统。3家公司通过合作,整合了最先进的半导体创新与卓越的汽车电子技术专长,在从封闭式应用向开放和可扩展的以太网驾驶员辅助网络转变的过程中,迈出了重要的一步。这种开放式网络允许多种系统便捷地获取信息。

那么,为什么此前100Mbps以太网没能进入汽车市场呢?“传统的100Mbps标准以太网解决方案之所以进不了汽车市场,主要是因为它必须用两对或四对非屏蔽双绞线进行传输,PHY内部的工作频率要到200兆赫兹左右,其电磁辐射量没有办法满足汽车对EMC的要求。”博通网络基础设施部高级产品线经理Timothy Lau说,“BCM89810之所以能满足汽车对EMC的要求,主要是实现了两大改进:一是它支持用单对非屏蔽双绞线线就可以进行100兆数据的传输。二是博通成功降低了PHY的工作频率,BCM89810内部的工作频率只需50兆左右。”

BCM89810除了可以满足汽车非常严格的EMC要求,而且还可以满足极高的温度要求,它的工作温度范围是军用级或汽车级的,达到-45℃到 125℃。Timothy Lau表示,这款产品甚至可以用在汽车引擎附近,尽管汽车引擎附近通常是汽车内温度最高的地方。BCM89810已经符合TS16949标准,目前我们还正在对它进行AEC-Q100的认证。

就通过非屏蔽铜线传送编码以太网数据包而言,BCM89810执行所有物理层功能,可通过今天汽车内使用的单对双绞线电缆,一致、可靠地工作。M89810完全符合RGMII和MII接口规范要求,因此可与车内其他以太网设备是兼容。

BCM89810 BroadR-Reach汽车PHY的技术特色包括:1)集成在单芯片上的以太网PHY;2)通过单对铜缆以100Mbps工作;3)先进的节能技术,支持多种低功率模式;4)满足汽车工作环境的严格要求(AEC-Q100、EMC、汽车温度级);5)支持IEEE 1588 v2和802.1AS标准,实现了准确的网络时间同步;6)匹配线路输出阻抗;6)EMI辐射低,抗干扰性强。

Timothy Lau说:“BCM89810目前已开始提供样品,批量交付定于2012年上半年开始,一定会努力赶在宝马X5车型上市之前。”

整个汽车半导体市场的容量现在呈非常快速的增长态势,在2009年的时候,这个市场还大约只有150亿美金,但预计到2015年,这个市场将膨胀到260亿美金。

汽车对车载电子设备的需求在过去10年中翻了一番,而且除了数量上增加以外,复杂性也在不断增加。一个典型的例子是ADAS,其它典型例子包括:车内信息娱乐系统、蓝光DVD播放系统和高清显示应用。这些越来越复杂的车载系统需要的带宽也越来越多,对车内的互连系统提出了一个更苛刻的需求,要求的带宽也随之大幅增加。

汽车行业另外一个发展趋势是希望新的互联标准是开放性、兼容性的架构,这样他们可以很容易地把现有的应用嵌入到新的系统里面去。在不增加成本的前提下,这些汽车厂商希望把车内的网络统一简化,将目前车内的CAN、LIN、FlexRay网络都统一到一个简单的、成本低的以太网络上。

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汽车以太网应用示意图

Timothy Lau强调指出:“这是我们的远期目标,在此之前,我认为将是CAN、LIN和以太网共存的状态。”

为了促进以太网在汽车中的应用,最近博通还和业界的一些领先厂商(如BMW、现代、路虎、NXP、飞思卡尔和HARMAN)共同倡议建立了一个OPEN联盟,这个联盟旨在发展促进新一代车内以太网络系统的发展,同时推动博通BroadR-Reach以太网解决方案在下一代汽车网络内得到大规模的应用。

Timothy Lau表示,除了上述提到的重要目标应用以外,汽车音响业也正在朝以太网方向发展。例如,OPEN联盟的HARMAN就是专门做车载音响系统的,他们现在就在开发基于以太网的音响系统。我们估计,在未来会有越来越多的汽车音响厂商加入到这个行业里来。

BroadR-Reach产品目前主要有5个器件,包括三款交换芯片和二片完全集成了BroadR-Reach的PHY。BCM89500和BCM89501是7端口、第二层交换芯片,分别集成有4个PHY和5个PHY,可以应用在新型网络中进行多个不同产品的互连。BCM89200是四端口、第二层交换芯片,集成了2个PHY。第一款PHY的型号是BCM89610,这是单口10/100/1000BAST-T PHY,只用于汽车系统诊断,诊断时一般汽车处于熄火状态,因此对EMC的要求不是很苛刻。另外一款PHY是89810,这是针对多种设备之间的互连而做的PHY,可以用在系统源端,包括EIS、车内的娱乐系统等。所有这五款产品都符合OPEN联盟这个组织的规定。

博通产品市场高级总监Ali Abaye博士说:“以太网是一种简单、成熟的开放标准,每一种基于以太网的应用都极大地降低了拥有成本。随着Broadcom新的BCM89810 PHY的推出,大量车内应用也会同样显著地降低拥有成本,并大幅度降低布线费用。”

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