正如化石燃料推動了工業(yè)革命一樣，數(shù)據(jù)為信息經(jīng)濟和許多現(xiàn)代技術創(chuàng)新提供了燃料。數(shù)據(jù)無處不在，但就像石油一樣，在將其從源頭轉移到處理之前，它幾乎沒有用處。沒有合適的管道和分銷網(wǎng)絡，資源的真正價值就無法釋放。雖然管道可能經(jīng)常被忽視或低估，但它是更大系統(tǒng)的重要組成部分。在汽車電子設備中，管道的作用是由強大、可靠的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡發(fā)揮作用。

自從將網(wǎng)絡引入汽車系統(tǒng)以來，通過這些網(wǎng)絡傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量猛增。駕駛員輔助系統(tǒng)帶來更高水平的舒適性和安全性。車載娛樂開始與影院體驗相媲美。這些以及許多其他本地和遠程功能和服務將大量數(shù)據(jù)帶入我們以前稱為汽車的計算機中。

為了應對這種流量，需要合適的基礎設施。傳統(tǒng)上，車輛擁有幾種不同類型的網(wǎng)絡，其中一些網(wǎng)絡不容易更換。出于商業(yè)和技術原因，一些遺留系統(tǒng)將在很長一段時間內保留在新車設計中。然而，甚至在幾十年前，人們強烈推動用一個單一的新協(xié)議：CAN 來取代現(xiàn)有的專有和基于標準的協(xié)議。從那時起，CAN 在汽車系統(tǒng)中變得無處不在，但又出現(xiàn)了一批新的其他協(xié)議來滿足特定需求，而當今車輛中的現(xiàn)實又是網(wǎng)絡協(xié)議的混合，從 LIN、CAN 和 CAN FD 到 FlexRay ，大多數(shù)，等等。

車內同質網(wǎng)絡基礎設施的夢想并不新鮮，但最近將以太網(wǎng)引入車輛已經(jīng)重新喚醒了對單總線系統(tǒng)的希望，這一次僅使用 IP 通信。憑借其廣泛的數(shù)據(jù)速率（從今天的 10Mbps 到 10Gbps）和新制定的時間敏感網(wǎng)絡 （TSN） 標準以提高服務質量 （QoS） 配置的靈活性，汽車以太網(wǎng)可能讓我們更接近夢想?yún)f(xié)議整合。

將系統(tǒng)更改和升級到以太網(wǎng)存在商業(yè)障礙。對于傳統(tǒng)汽車公司而言，只要在技術上不需要修改現(xiàn)有電子設備來添加或更改功能，舊的電子控制單元 （ECU） 設計就會從一代車輛延續(xù)到下一代。多個總線系統(tǒng)的混合甚至出現(xiàn)在“白板”架構中，無需考慮遺留系統(tǒng)，例如來自特斯拉等公司的系統(tǒng)。在這兩種情況下，網(wǎng)絡網(wǎng)關都需要在不同的總線技術之間進行橋接，并將數(shù)據(jù)從一種協(xié)議轉換為另一種協(xié)議。即使不同網(wǎng)絡類型的多樣性開始減少，這種橋接概念仍將繼續(xù)存在。

未來，這些網(wǎng)關ECU將面臨新的挑戰(zhàn)。過去的網(wǎng)關橋接 CAN 和 CAN FD、LIN 和 FlexRay 之間的通信。這些協(xié)議的數(shù)據(jù)速率范圍從 20kbps 到 10Mbps，事件頻率和數(shù)據(jù)吞吐量可以由當前的實時處理器處理，例如瑞薩電子的 RH850/F1Kx 系列微控制器 （MCU）。然而，對于以太網(wǎng)，數(shù)據(jù)吞吐量的爆炸式增長以數(shù)量級衡量，比特率攀升至 10Gbps，幀長度從僅 10 字節(jié)擴展到 1000 字節(jié)。同時，連接低速遺留協(xié)議的需求不僅需要進行協(xié)議轉換，甚至需要在后臺進行數(shù)據(jù)轉換。瑞薩電子正在通過新的處理器設備概念和集成硬件加速來應對這些挑戰(zhàn)。

為創(chuàng)建和評估先進的車輛網(wǎng)關系統(tǒng)，瑞薩電子開發(fā)了一款名為 Vehicle Computer 的多協(xié)議網(wǎng)關評估套件，該套件已進入第三代。

第一個版本是與我們的合作伙伴 CETITEC GmbH 共同開發(fā)的，旨在推廣由 R-Car H3 片上系統(tǒng) （SoC） 和RH850/F1KH-D8 MCU組成的網(wǎng)關解決方案。包括專有以太網(wǎng)交換機在內的最新一代產品是由瑞薩單獨開發(fā)的。此版本稱為車載計算機 3 或 VC3，由相同的 R-Car H3、瑞薩電子開發(fā)的 R-Switch2 以太網(wǎng)交換機和 RH850/U2A MCU 組成。該芯片組由瑞薩電子最近收購的公司組合中的數(shù)字和模擬半導體組合而成。

上面的發(fā)展路線圖說明了目前汽車網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展。第一版車載計算機僅配備 8 個 CAN FD 通道，支持 100Mbps 以太網(wǎng)，支持 IEEE 的音頻視頻橋接 （AVB） 標準。新一代 CAN FD 通道數(shù)增加到 16 個，3 個 1000BASE-T1 千兆以太網(wǎng)接口連接到支持較新 TSN 標準的以太網(wǎng)交換機。此外，另一個千兆以太網(wǎng)接口支持 AVB，以太網(wǎng)調試接口簡化了調試和軟件開發(fā)。

VC3 支持所有通用汽車接口，從 LIN 到高速專用接口，如 FlexRay 和 MOST。其他支持的接口（包括音頻、視頻 （HDMI）、USB 甚至 Wi-Fi）擴展了作為原型平臺的潛在用途范圍。雖然這提供了很大的靈活性并提高了可用性，但主要目標用例是評估未來車輛世代的新電氣/電子 （E/E） 架構的網(wǎng)絡策略。借助 R-Car 系列的強大 SoC，結合最先進的實時 RH850/U2A MCU，以及 16MB 的閃存，有足夠的處理能力來支持許多通信通道。

表 1：車載計算機多協(xié)議網(wǎng)關的主要特性

從以太網(wǎng)的角度來看，系統(tǒng)的核心是 R-Switch2，這是瑞薩電子開發(fā)的以太網(wǎng)交換機和路由引擎。它提供了一個具有 QoS 增強功能的非阻塞存儲/轉發(fā)架構，所有這些都符合 IEEE 的最新 TSN 標準。集成轉發(fā)引擎包括 VLAN 支持以及高達 L2-L4 路由的轉發(fā)和過濾功能。這允許將交換機配置為完全自主的 IPv4/IPv6 路由器。

VC3 架構由 R-Car H3 SoC、RH850/U2A MCU 和 R-Switch2 這 3 個主要成分組成，代表了一個高端車輛網(wǎng)關平臺。SoC 涵蓋性能要求高的應用服務，而 MCU 處理實時域應用和安全相關流量。除了支持車輛架構評估和一般概念驗證開發(fā)外，VC3 還為早期客戶提供了評估網(wǎng)關系統(tǒng)性能的機會，并在芯片上市之前為支持該特定用途的下一代瑞薩 R-Car 設備開發(fā)系統(tǒng)軟件-案子。

審核編輯：郭婷