电动汽车车载总线（LIN/CAN/以太网.....）及无线通信(5G/Wi-Fi/OTA.....)技术（一）

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一、车载通信总线简介
车载总线而言，一般硬件都包括MAC、PHY、接口等，其中MAC都是集成在主控芯片中，常见的CAN、LIN、以太网通信的MAC，要看芯片是否支持某种类型的总线通信方式，主要是看是否包含了通信方式的MAC，例如车规级芯片TC275、TMS320F28335等都支持CAN MAC；PHY也即驱动芯片，是将芯片中MAC发出的数字量转化为模拟量发出的芯片，例如常见的TJA1043 CAN 芯片。

对于车载通信总线而言，技术协议栈的开发是至关重要的，通信协议栈开发主要是按照协议流程实现协议功能，双方必须共同遵从的一组约定，实现通信。软件上要实现LIN、CAN、蓝牙、ZigBee的收发必须先实现LIN、CAN、蓝牙、ZigBee通讯协议栈的开发。根据OSI参考模型，OSI模型包含七层，从低到高分别是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。图片来源于网络，侵权删。完成协议栈开发之后，在协议栈之上根据自己的需求开发应用层。

各通讯实现方式总结：要实现LIN、CAN、蓝牙、ZigBee等通讯的应用，首先需要配备支持LIN、CAN、蓝牙、ZigBee的芯片（MAC+PHY），然后开发芯片配套的协议栈，最后在协议栈上开发自己的应用。

二、CAN通信的基础框架

CAN通信协议栈之框架：下图是车载CAN通讯开发UdsonCAN/NMonCAN/CANCom等功能的基础框架。

在诊断通信协议栈中CAN驱动层，主要实现硬件的底层驱动。

在诊断通信协议栈中是CAN接口层，主要是上层软件和硬件驱动之间的接口。

在诊断通信协议栈里服务通过3个层次实现∶CANTp传输层、PduR路由层和 DCM 层。CANTP传输层主要解决多帧传输的问题，完成数据的打包和重组。PduR 路由层是考虑到车载网络中有多种通信方式共存，实现不同通信数据的中转，可以对上层屏蔽通信方式的细节。DCM 处理发送来的服务请求消息，然后执行相应的操作，最后返回响应消息给诊断仪，整个过程涉及诊断会话的管理、诊断服务的调度及诊断服务的执行。

三、车载以太网技术

随着汽车技术的发展，引入信息娱乐系统和基于视频的高级驾驶辅助系统（ADAS）后，这些应用程序相比传统控制系统的数据传输带宽需求有显著增长，现有车载网络传输带宽不足的问题凸显，因此迫切需求下一代的车载网络技术及架构。车载以太网随之发展，其通过网关连接车身、动力、底盘、智能驾驶、信息娱乐域控制器。

TI DP83TC81X系列、NXP HVQFN系列、Broadcom  BCM8981X系列。

3.1 以TI DP83TC81X系列为例，讲解以太网通讯硬件拓扑。





以太网通讯硬件拓扑图

硬件拓扑关系：MAC的上行口是PCI总线或SOC内部总线，下行口是MII/RMII ...RGMII/SGMII接口，连接的是PHY的上行口, 接收和发送的是数字信号，因为MAC是数字器件。PHY的下行接口为差分线（接RJ45水晶头），接收和发送的是模拟信号。

3.2 MAC与PHY通讯的MII、RMII、GMII、RGMII接口

MAC与PHY有四种通信接口方式，

MII（MediaIndependent interface）即介质无关接口，它是IEEE-802.3定义的行业标准，是MAC与PHY之间的接口。（14PIN）





RMII(Reduced Media Independant Interface),精简MII接口，节省了一半的数据线。（7PIN）





SGMII（Serial GigabitMedia Independant Interface），串行千兆MII接口。（4PIN）





RGMII(Reduced Gigabit Media IndependantInterface),精简GMII接口。（12PIN）





3.3 以太网通信的方式-远程通信与本地通信



远程唤醒硬件拓扑



本地唤醒硬件拓扑

MAC与PHY直接相连，以太网PHY位于物理层，接收来自MAC的以太网帧将数字信号编码为在介质上传送的模拟信号，接收来自介质上的模拟信号解码成以太网帧送到MAC。类似于CAN PHY与CAN收发器，目前一般的CAN PHY都集成在了主控芯片，一般加上CAN驱动芯片就能够实现CAN通信数据的收发。



MAC与集成了PHY的Switch相连。



MAC与Switch相连，Switch与PHY相连



MAC（Mdedia AccessControl），媒体访问控制，由硬件控制器以及MAC通信协议构成。MAC需要将以太网包转换为字节流。

PHY也即物理层的收发器，将MAC传来的字节流转换为物理信号到总线上。

Switch（交换机），交换机的核心是基于MAC地址学习和MAC帧转发。而PHY的核心是透传。

3.4 以太网协议框架

3.4.1 Ethernet以太网框架





3.4.2 Ethernet以太网扩展AVB音视频框架





对于音频传输在车载以太网架构中也有传输协议RTP，也可以实现常规的音视频传输功能，而单独开发AVB协议的目的是音视频数据的传输路径上存在Switch 节点，考虑到多流并发，以及时钟同步，就需要借助 AVB 技术实现实时音视频数据传输。

四、S32G汽车网络处理参考设计板





对于车载通信有兴趣的朋友，可以通过S32G汽车网络处理参考设计板了解和学习开发相关的通讯。

下一期主要讲解车载无线通信技术：电动汽车车载总线（LIN/CAN/以太网.....）及无线通信(5G/Wi-Fi/OTA.....)技术（二）