基于AUTOSAR的车载以太网通信技术与实现

黎峰吖

随着处理器运算能力和硬件的高速发展，汽车整车功能越来越多、越来越强。鉴于 ADAS 技术、高品质车载娱乐以及 OTA 远程升级等新增功能的需求，使得 ECU 的网络带宽需求也呈现爆发式增长。这一需求超出了传统车载网络的容量极限，同时也促使车载以太网总线成为车载网络的一员。

由于汽车电子领域硬件平台的多样性，ECU软件开发严重依赖系统硬件和系统配置。整车厂尝试在原有平台或开发新的平台来实现新的功能，而整车厂或零部件生产商原有开发平台不支持硬件，软硬件相关性比较大，一旦硬件发生更改，软件都会被要求重新开发。因此，如何以合理的成本更快地为这些硬件开发或移植嵌入式软件是嵌入式系统开发人员急需解决的问题。汽车开放系统架构( automotive open systems architecture，AUTOSAR） 规范从系统整体结构入手，采用易于理解的、适应变化的分层体系结构，为各分层制定标准接口，从而能很好地解决上述问题。因此，基于 AUTOSAＲ标准实现车载以太网具有一定实用价值。本文以Vector公司的配置工具Da Vinci 和英飞凌AUＲIX /TC297开发板为实验工具，介绍实现符合AUTOSAR 标准的车载以太网。

车载以太网

⭕ 什么是车载以太网？

车载以太网是一种用以太网连接车内电子单元的新型局域网技术。与普通的以太网使用4对非屏蔽双绞线（UTP）电缆不同，车载以太网在单对非屏蔽双绞线上可实现100Mbit/s甚至1Gbit/s的数据传输速率，同时还应满足汽车行业对高可靠性、低电磁辐射、低功耗、带宽分配、低延迟以及同步实时性等方面的要求。

车载以太网的物理层采用了博通公司的BroadR-Reach技术，BroadR-Reach的物理层（PHY）技术已经由单线对以太网联盟（One-pair Ethernet Alliance，OPEN）标准化，因此有时也称车载以太网为BroadR-Reach（BRR）或OABR（Open Alliance BroadR-Reach）。

车载以太网的MAC层采用IEEE 802.3的接口标准，无需做任何适配即可无缝支持广泛使用的高层网络协议（如TCP/IP）。

⭕ 车载以太网标准化

在车载以太网的标准化方面，如下4个标准化组织或联盟起到了主要的推动作用，它们是IEEE 802.3和IEEE802.1工作组、汽车开放系统架构联盟AUTOSAR、OPEN联盟以及AVnu联盟，标准化情况汇总见下图。

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（1）IEEE

IEEE 802.3制定的局域网标准代表了业界主流的以太网技术，车载以太网技术是在IEEE802.3基础上开发研制的，因此IEEE是目前最为重要的车载以太网国际标准化机构。为了满足车内的要求，涉及到IEEE 802.3和802.1两个工作组内的多个新规范的制定和原有规范的修订，包括PHY规范、AVB规范、单线对数据线供电等。

另外，AVB中有关AV的传输、定时同步等规范还需IEEE的其他技术委员会的标准化，如IEEE1722、IEEE1588等。

（2）OPEN

OPEN联盟于2011年11月由博通（Broadcom）、恩智浦（NXP）以及宝马（BMW）公司发起成立的开放产业联盟，旨在推动将基于以太网的技术标准应用于车内联网。相关单位可通过签署OPEN联盟的规范允可协议成为其成员，参与其相关规范的制定活动。

（3） AUTOSAR

AUTOSAR是由汽车制造商、供应商以及工具开发商发起的联盟，旨在制定一个开放的、标准化的车用软件架构。AUTOSAR的规范包括车用TCP/UDP/IP协议栈。AUTOSAR获得了汽车产业的普遍认可，各制造商将放弃私有标准的开发转而在标准实现上展开竞争，实现AUTOSAR的标准可使多个设备无缝的运行在同一个共享网络上。

（4）AVnu

AVnu联盟是由博通联合思科、哈曼和英特尔成立，致力于推广IEEE 802.1的AVB标准和时间同步网络（TSN）标准，建立认证体系，并解决诸如精确定时、实时同步、带宽预留以及流量整形等重要的技术和性能问题。

软件架构下的车载以太网

⭕ AUTOSAR简介

作为汽车电子软件的主要标准，AUTOSAR在总线网络通信方面提供了完整的架构。

在此仅简单介绍AUTOSAR，更多关于AUTOSAR的干货以及资料，可查看牛喀网往期文章：

AUTOSAＲ是面向汽车领域的嵌入式软件体系结构标准。该体系结构采用了分层模型，每一层只能使用下一层的接口，并向上一层提供服务接口，从上至下依次为应用层、运行时环境( run time environment，RTE) 、服务层、ECU 抽象层、微处理器抽象层和一个特殊的复杂驱动。

应用层由各应用软件组件构成。在开发中，可根据其功能进行划分、封装，对各组件实施符合规范的标准接口。各组件通过与RTE的标准接口对实现组件间的通信以及各组件与BSW的通信。

RTE的思想是提供一个虚拟功能总线(virtual functional bus，VFB) ，RTE实质是一个虚拟功能总线的具体实现，支持软件组件之间、基础软件间以及软件组件与基础软件之间的通信。RTE使应用层软件脱离于具体的单个ECU和 BSW。BSW 层又被划分为服务层、ECU抽象层、微处理器抽象层 3 个子层。

服务层主要包含系统服务、内存服务、通信服务等模块，它为应用和基础模块 提供基本服务。

ECU抽象层分为板载设备抽象、内存设备抽象、通信硬件抽象与I/O抽象等。ECU抽象层封装了MCAL以及MCU外围设备的驱动，并且对MCU外围设备的访问进行了统一，使上层应用与ECU硬件相剥离。

MCAL分为MCU驱动、内存驱动、通信驱动与I/O驱动等。MCAL是BSW的最底层，包含了访问 MCU 的驱动。MCAL使上层软件与MCU分离，避免上层软件直接操作硬件。复杂驱动位于RTE层与硬件平台之间，用于驱动复杂的有特殊功能的外设。

原文链接：https://www.yunduoketang.com/article/zxjysaas.html