随着汽车以太网标准BroadR-Reach和时间敏感网络(TSN)的引入，以太网已经成为车载网络的一种选择。虽然它已经在IT领域使用了几十年，但它是一种新的自动驾驶技术，需要广泛的测试。当前的测试解决方案通常针对特定情况，而不是车载环境，所以某些特性对于车载使用仍然是不确定的(例如，短路或裸线的容错能力)。由于车辆严格的安全要求，再加上CAN通常用于这些环境，所以在车载网络中应用以太网之前必须清除这些特性，汽车以太网应该具有相同或更好的容错能力。CAN和BroadR-Reach均使用一对双绞线作为物理介质，因此传统的容错测试方法可以应用于汽车以太网。由于新的收发电路，一些测试方法需要修改。我们分析和测试了宽带网络的物理通信机制，并与CAN总线进行了比较。测试用例如连接BAT或GND的电线短路、地动和负载能力。这些测试结果与芯片厂家和生产批次有关，但其分析结果对汽车以太网规避危险仍具有指导意义。

1 简介

车载电子系统分复杂性和多样性发展迅速，包括自动驾驶和先进的驾驶员辅助系统。这两者都需要比传统车载网络更多的带宽。通过与USB、LVDS、火线等总线的比较，BroadR-Reach的以太网似乎是正确的选择，因为它具有高带宽和电磁兼容性(EMC)性能。随着音频视频桥接(AVB)和TSN的引入，汽车以太网由于其对上层的确定性媒体访问控制(MAC)服务，在运行时有可能成为车载网络。实时能力和容错拓扑表明，可以部署基于以太网的主干，它将所有的汽车领域整合在一个单一的物理层上。虽然以太网已应用于车辆诊断和娱乐系统，但由于以太网的严格要求，更换CAN是有风险的。作为汽车领域的一项新技术，有必要广泛的测试。相关组织已经开发了相关的测试规范。这些测试用例包括物理层、数据链路层、网络通信协议，以及电子控制单元(ECU)或交换机上的性能，如图1所示。

图1 车载以太网测试

为了克服汽车以太网测试的挑战，来自IT、汽车和测量领域的公司提供了工具，如物理信号测量、网络仿真器、嗅探器和时钟测量工具，以满足测试需求。车载娱乐系统主要关心这些工具中的大多数用于以太网的性能和一致性。随着TSN的产生，以太网在与控制相关的子网和主干中的应用成为可能，这对容错提出了更高的要求。CAN和BroadR-Reach都使用一对双绞线意味着传统的容错测试方法仍然适用于汽车以太网，如图1 (c)所示。本文的测试方法来源于GMW14241的容错模式测试。对于新的收发电路，一些测试方法需要根据需要进行修改。本文旨在测试汽车以太网的容错能力，并与CAN总线进行比较。第二部分分析了BroadR-Reach物理链路，并对其容错性能做了一些假设。第三部分介绍了容错的测试方法和结果。第四部分对这些结果进行了分析，指出了产生这些结果的原因，并提出了改进建议。第五部分总结了结果，并为使用汽车以太网避免危险条件提供了一些建议。2 物理层分析BroadR-Reach技术始于IEEE 802.3 1000BASE-T标准;因此，重用了一些基本原则，如图2所示。1000BASE-T标准在一对导线上使用5个电压值:-2、-1、0、1和2;因此，四对连线允许5 4 =625个可能的码字。其中256个是数据字，复位用于冗余和控制(4D-PAM5)。与其他100BASE以太网一样，BroadR-Reach技术通过一个标准的独立媒体接口(MII)与MAC进行对接，该接口在每个时钟上传递4位数据，运行频率为25 MHz。下一个传输(或反向接收)步骤是由物理编码子层(PCS)执行的4B/3B时钟转换。4bit块以33MHz 的时钟速率转换为3 bit块。不是直接将3bit块转换到底层，而是应用了侧流置乱技术。这一步改善了直流平衡，并避免了由长串0或1秒引起的时钟同步问题。如图2的右上角所示，尽管链路上没有帧在传输，差分信号仍然产生足够的跳变来进行同步。

图2 1000BASE-T和BroadR-Reach

最后，每个3位块被编码为一对三进制符号，其值分别为−1、0和+1 (3B/2 T)。如图3所示，tx_mode期间的BroadR-Reach的位图为SEND_N。这些三进制符号以66.6兆赫的频率在一对电线上传送。

图3 3B/2T BroadR-Reach

BroadR-Reach是一对导线上的全双工收发器。这是通过一种混合的物理层芯片。图4显示了1000BASE-T的示例，其中传输信号A通过两条路径到达地面。接收到的信号B也在网络变压器的帮助下通过R4，因此，A和B在R4处混合。在接收机端进行减法运算，理论上的接收机路径与发射路径完全解耦。由于车载设备采用电池供电，不需要进行高压隔离，输出端采用交流耦合电容而非变压器，如图5所示。这种混合结构只允许一个链路上有两个节点，这意味着汽车以太网是点对点通信，多节点必须通过以太网交换机交换帧。这种特性可能会增加成本，但会导致更好的信号质量。随着主干或分支的节点数和链路长度的增加，总线网络系统的信号波形通常较差(如CAN信号振铃)。但是，汽车以太网并不关心这个问题，因为每个链路在物理上是独立于其他链路的。一个链接上的错误不会导致其他链接上不可预知的故障。

图4 1000BASE-T的混合结构

图5 测试TJA1100的接口电路

然而，与CAN相比，以太网仍可以支持错误检测，就像定义的那样。损坏的帧由发送节点和任何正常运行的接收节点进行检查。自动重传保证了帧尽可能正确地传送。以太网没有这种机制，只有接收节点通过MII或CRC检查的rx_err信号才能知道传输失败。如果接收方的软件忽略这个错误，帧将丢失而不通知发送节点。传输控制协议(TCP)可以用来帮助重传，但实时能力是无法接受的控制帧。TSN中的无缝冗余技术可以在保证实时性的同时减少丢包，但仍然无法避免丢包。因此，研究宽带链路的容错问题具有重要的现实意义。虽然芯片内部的真实电路是未知的，下面是根据图4和图5的一些设想

a.由于交流耦合电容，短路一条线到BAT或GND不影响通信; b.地面移动不因相同原因影响通信; c.与CAN相比，随着信号频率的增加，双绞线并联电容对双绞线的影响增大;只有一条线连接，通讯不能继续。

以上文章出自：轩辕实验室