汽车以太网标准的重要性

作者：德州仪器Jim Catt

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由原始设备制造商（OEM）及一流车企采用和改造以太网的工作在若干年前就已经开始了。电气电子工程师协会（IEEE）802.3标准针对汽车应用作出的修订包括IEEE 802.3bw（100BASE-T1，100Mbps，铜缆）及IEEE 802.3bp（1000BASE-T1，1Gbps，铜缆）。

由于这些修订将针对汽车的更多要求和功能纳入其中，包括呈现爆炸式增长的车载信息娱乐系统、高级驾驶员辅助系统、车载诊断系统以及汽车-外界互联技术（5G，V2X），因此具有非常重要的意义。

修订主要解决了物理层（PHY）的需要。涉及到的PHY接口包括电气接口和网络，它们也称为媒体依赖型接口（MDI）。汽车独有PHY规范的一个关键因素是MDI信令，它既可以解决电磁干扰（EMI）/电磁兼容性（EMC）问题，也支持在网络中使用非屏蔽的单双绞线电缆。这减少了接线的重量和成本，这对于汽车是重要的因素。

减轻重量和降低成本并非联网汽车的唯一优势。以太网有助于形成交换网络，从而实现其他共享总线拓扑结构（控制器局域网，本地互联网络，FlexRay和面向媒体的系统传输）所不具备的更高带宽和更高数据速率。

在车载通信系统中采用交换网络的方法，将带来许多以前共享总线拓扑所具有的相同的局限，例如可靠性、EMI/EMC、电气接口规范的合规性与功能符合性。上述最后两个项目会影响与其他接入网络的设备的互操作性。网络连接车载传感器的数量越来越多，这些传感器可能来自不同的供应商，每个传感器可能使用不同的PHY（见图1）。

图 1：分布式车载传感器网络

在早期，几位汽车业人士意识到需要建立正式合作才能解决EMC/EMI和互操作性问题。单对以太网（OPEN）联盟（OA）特别兴趣小组（SIG）成立于2011年，现已有300多位成员，包括OEM、供应商和技术提供商。OA不仅指导了开发面向汽车的以太网标准的修订，而且还制定了面向PHY的合规性测试规范，用于确保来自各供应商的不同元件的阈值功能和性能，从而实现汽车业所需的必要系统集成可靠性和简便性。

OA制定的PHY合规性测试规范包含三个主要方面：EMC/EMI性能、功能和IEEE标准电气合规性及不同厂商的PHY之间的互操作性。具体的测试规范有：

Ø 100BASE-T1 EMC Test Specification for Transceivers.

Ø BroadR-Reach Physica Media Attachment Test Suite

Ø BroadR-Reach PHY Contro Test Suite

Ø BroadR-Reach Physica Coding Sublayer Test Suite.

Ø 100BASE-T1 Interoperability Test Suite.

上述统称为100BASE-T1 PHY互操作性与合规性测试，这些测试规范由OA技术委员会1（TC1）制定。它们共同构成了技术供应商必须通过的主要合规性测试，展示了标准要求的阈值功能和性能。它们还给予OEM和供应商比较PHY的工具。

TC1委任三家独立实验室为行业提供测试服务，每一家负责PHY合规性测试规范的一个主要方面。作为OA的成员，TI参与了测试。例如，TI的DP83TC811R-Q1和DP83TC811S-Q1均成功通过三家实验室执行的各个合规性测试，其中包括互操作性。互操作性测试评估在各种操作情境下，被测设备（DUT）与其他链接合作伙伴（LP）设备的兼容性，其中DUT可能在系统中充当主设备或从设备。

被测试的功能包括：

在各种条件下以最短所需时间链接多个LP的能力，例如：

在硬或软重置DUT或LP后。

在进入睡眠后和唤醒后。

温度。

电缆长度。

注入噪声。

极化。

一旦建立链接后保持链接。

由帧损失指标确定链接完好性（循环冗余校验［CRC］误差，无效数据包大小）。

可靠指示有效链接配置的链接状态，从而确保不会触发无效配置的错误链接指示。

如信号质量指示和线缆诊断等功能集（近端/远端，短/开放）。

成功通过独立的互操作性测试以及EMI/EMC与PHY功能测试，证明DP83TC811R-Q1和DP83TC811S-Q1是用于100BASE-T1（IEEE 802.3bw，BroadR-Reach）网络的完全合格的美国汽车电子委员会（AEC）Q-100 PHY。这些设备完全受评估模块、输入/输出缓冲器信息规范（IBIS）模型及软件驱动程序的支持。

其他资源

Ø 查看汽车联网技术的发展白皮书。

Ø 了解更多关于TI以太网PHY及其他汽车接口解决方案产品组合的信息。