集中式架構滿足汽車運算需求
集中式架構指的是乙太網路中心節佔據主導地位的車載網路（IVN）設計，已成為主流的智慧汽車網路形式。隨著自動駕駛汽車對資料傳輸容量和運算能力的要求不斷提高，傳統分散式架構已無法滿足擴展性和通訊性能的需求。預計在未來，多領域控制器的整合將主導市場，直到集中式架構真正成為常態為止持續擴展跨領域架構。
為了讓智慧汽車架構達到這個新境界，時間敏感網路（TSN）等汽車乙太網路必須與現有架構疊加。這將確保低延遲和時間同步，從而實現即時運算和高速資料傳輸。接下來，我們將仔細分析分散式和集中式架構的組構，以了解汽車網路設計的發展趨勢。
從分散式架構發展到集中式架構
1. 分散式架構
每個硬體組件負責特定的功能，包括洞察力，決策和執行。這種分工導致了更多的線束和複雜的拓撲結構，在通訊通道中產生冗餘，從而引起不必要的計算能量損失。
2. 區域集中式架構
架構從分散式轉變成更簡單的區域集中式架構，採用較少的節點並支援空中升級（OTA）。每個區域都配備了運算能力更強、涵蓋範圍更廣的控制器，從而使網路能夠依賴更少的電子控制單元（ECU），提高網路通訊的靈活性以及運算能量。
3. 跨域架構
跨域控制架構進一步整合了區域控制器。這種更集中的汽車系統內電子控制不僅提高了安全性、電源管理和跨域執行能力，還降低了成本。
4. 集中式架構
真正的集中式架構由運算單元中心、雲端運算、感測器、執行器和資訊組成。優化處理過程可以降低對運算能力的需求，同時實現快速的資訊處理和低延遲。
總線技術的演進與汽車網路的展望
CAN、LIN 和 FlexRay 車載網絡
目前，車載網路中部署的匯流排技術包括 CAN、LIN、FlexRay、MOST、LVDS 和車載乙太網路。其中，鋪上 LIN 總線蓋的 CAN 總線涵蓋了大部分市場，是主動車載網路中應用最廣泛的資料傳輸協定。 LIN 匯流排則是一種低成本的通用序列匯流排，主要為 CAN 總線的輔助車門、天窗和座椅控制等功能。
然而，作為繼 CAN 和 LIN 之後的下一代汽車控制總線技術，FlexRay 正在迅速崛起。憑藉更高的頻寬，FlexRay 已成功應用於中高階汽車的線控系統。然而，目前只有一家製造商能夠開發 FlexRay 的現況導致較高的開發成本。雖然 FlexRay 和 MOST 都是車載多媒體資料傳輸的主要候選技術，想實現大規模傳播可能需要納入標準組織。
汽車乙太網路的優勢
隨著越來越多汽車電子產品湧入市場，單輛車內的 ECU 數量也從平均二、三十個大幅增加到 100 多個，有些汽車線束的長度甚至達到 2.5 英里。這種情況暴露了 CAN 總線只能實現半雙工通訊的局限性，其較低的傳輸速度使其無法滿足現代汽車網路對高速、即時、雙向資料通道的要求。
與之相反，汽車乙太網路憑藉其高頻寬、輕巧的線束和高成本效益，有望成為汽車網路中的關鍵技術。乙太網路獨特的資料傳輸能力能夠滿足頻寬密集應用的需求。此外，乙太網路還具備其他技術優勢，包括高可靠性、合理的頻寬分配、低電磁輻射、低功耗、低延遲和輕量化硬體。
汽車乙太網路硬體和軟體概述
汽車乙太網路的硬體結構
汽車乙太網路主要透過一對銅雙絞線進行資料傳輸。這些線纜具有良好的機械強度、較小的彎曲半徑，適合抗惡劣天氣。況且，汽車乙太網路雙絞線無需光電轉換設備也可以直接使用，是「最後一百公尺」資料傳輸的理想選擇。根據乙太網路聯盟，目前銅基乙太網路的傳輸速率介於 10Mb/s 和 10Gb/s 之間，而隨著新乙太網路設計的發展有望進一步提高。
當今主流乙太網路標準
乙太網路已經取代了其他網路技術佔領全球最廣泛使用的 LAN 技術。經過 50 多年的發展，乙太網路的速度從標準乙太網路（10 Mbps）提升到快速乙太網路（100 Mbps），再到現在的千兆乙太網路（1 Gbps）。近年來，2.5GE、5GE、25GE 和 50GE 等新速率標準也相繼推出，以滿足各種應用情境和成本要求。目前，千兆乙太網路 1000BASE-T 是基於乙太網路雙絞線和 802.3ab 標準的主流技術，能夠在超過 100 公尺的 5 類雙絞線上傳輸 1000 Mb/s 的資料流。
乙太網路未來將如何發展
作為所有類型匯流排中傳輸率最快的通訊解決方案，乙太網路的應用有望從智慧駕駛艙等局部應用最終成為車載通訊的主幹網路。預計這項發展將分為三個階段：
- 推廣和應用 DoIP（網際網路協定診斷）：實現車載診斷系統和 ECU 軟體的更新，並支援使用 IP 攝影機的駕駛輔助系統。
- 整合子系統：將多媒體、駕駛輔助和診斷介面等不同應用整合到一個統一系統中。
- 乙太網路作為 IVN 主幹網路：乙太網路將逐步引入時間敏感網路（TSN），形成一個跨領域的汽車網路主幹網路。
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