在进入汽车领域之前，自1973年发明以来，以太网已经获得了广泛的应用，同时还具有技术成熟、高度标准化、带宽高以及低成本等优势。以太网主要由IEEE 802.3工作组负责标准化，从最初支持的10 MB/s到>100 MB/s，再到>1 GB/s、>10 GB/s和>100 GB/s，以太网技术不仅支持双绞线的铜线传输介质，也支持光纤传输。

突破性的BroadR-Reach技术

图1  车内以太网互连网络

以太网虽然具有众多优势，但是在进入汽车领域时较为困难，因为EMC的问题没有解决，而Broadcom采用博通突破性的BroadR-Reach技术，解决了以太网进入汽车领域的最后一道屏障。
如图1所示，利用单对非屏蔽双绞线电缆和标准以太网PHY组件组成车内以太网互连网络，可实现100 MB/s速率全双工数据传输，PHY与上层MAC之间连接采用标准的MII接口。此互连网络除可传输数据外，还支持POE功能，即双绞线在传输数据的同时还可以为连接终端供电，省去了终端外接电源，降低了供电的复杂度。

1.以太网性能

专属的端口带宽、每个端口的速度灵活可调，每条链路都具有先进的电缆诊断功能，具有故障切换的冗余机制以及娱乐音频/视频处理采用IEEE 标准（ AVB）。

2.与传统LVDS技术的比较

在实现相同功能的情况下，以太网技术的线缆重量可减轻30%，车内互联成本可降低80%，线缆的减轻直接导致燃油效率的提高。同时它还可以满足EMC和极高温度的要求，可以用在温度非常高的汽车发动机附近。它已符合TS16949标准，目前正在进行AEC-Q100的认证资格。此外，BroadR-Reach方案还可以快速实现汽车网络内部的布网，简化网络设计，同时可以把现有的多种车内网络合并为一个简单的以太网系统，这样可以提高网络效率，整个网络上的多个节点都可以高效地共享带宽资源。

3. SIG推动技术进步

2011年11月初，博通、飞思卡尔、哈曼集团以及恩智浦半导体公司成立了一个特别兴趣小组——Special Interest Group（SIG），以推动单对非屏蔽绞线以太网车载连接技术的大规模采用。

单对绞线开放联盟SIG标准则由SIG和宝马、现代汽车合作制定，目的在于满足汽车行业对安全性、舒适性和信息娱乐等方面的更高要求，同时大幅降低网络复杂性和布线成本。博通BroadR-Reach技术的普及，为新制定的SIG开放标准奠定了基础。

图2 以太网物理层的演进

图2为以太网物理层的演进，随着数据速率的增加，以太网物理层必须采用更加先进的技术，以便可以在无屏蔽双绞线上实现数据的高速正常传输。

4. UNH-IOL对操作规范的贡献

UNH-IOL是一个中立的第三方实验室，是开放联盟特别兴趣小组授权进行BroadR-Reach合规性和互操作性测试的首家测试实验室。加入UNH-IOL在2012年8月推出的车载以太网联盟（Automotive Ethernet Consortium）即可获得这种测试服务。车载以太网联盟成员的半导体公司也可以通过测试来验证他们的芯片是否满足BroadR-Reach的技术要求。

通过在同一个联盟内进行测试，联盟成员可以降低研发成本，将采用新技术的风险降至最低。此外，在BroadR-Reach获得大规模市场采用之前预先进行产品准备工作，可以让他们获得先发优势。

除了合规性测试之外，该实验室正在与开放联盟合作，积极开发更多的单对绞线车载以太网互操作性规范。此外，该实验室将与相关部门合作，以定义未来的测试程序，并在IEEE RTPGE研究小组的组织框架内，制定更高数据传输速率的规范要求。

车载以太网技术

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100 MB/s甚至1 GB/s的数据传输速率，同时可以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。车载以太网还有一个最大优势就在于降低了互连成本和电缆重量。相比传统的LVDS电缆，其互连成本降低80%，电缆重量降低了30%，并提高了燃油效率。

车载以太网的物理层采用了博通公司的BroadR-Reach技术。BroadR-Reach的PHY技术支持车载网络单对绞线布线，具有较短的信道到达目标（在UTP上为15 m），同时能够进行双向传输，并已经由OPEN联盟标准化了，因此有时也称车载以太网为“BRR”或“OABR”车载以太网。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）。

1.物理层

车载以太网使用单对非屏蔽电缆以及更小型紧凑的连接器，使用非屏蔽双绞线时可支持15 m的传输距离（屏蔽双绞线可支持40 m），这种优化处理使车载以太网可满足车载EMC要求。100 M车载以太网的PHY采用1 G以太网的技术，通过使用回声抵消在单线对上实现双向通信。

车载以太网的物理层与标准的100BASE-TX的物理层主要区别有：

（1）与100BASE-TX所使用的扰频器相比，车载以太网数字信号处理器（DSP）采用了高度优化的扰频器，可以更好地分离信号，比100BASE-TX系的频谱效率更高。

（2）车载以太网的信号带宽为66.7 MHz，只有100BASE-TX系统的一半。较低的信号带宽可以改善回波损耗，减少串扰，并确保车载以太网可满足汽车电磁辐射标准要求。

2. 一对线缆供电

以太网供电的PoE技术是2003年出现的，可通过标准的以太网线缆提供15.4 W的供电功率，在一条电缆上同时支持供电与数据传输，对进一步减少车上电缆的重量和成本很有意义。由于常规的PoE是为4对电缆的以太网设计的，因此又诞生了专门为车载以太网开发了PoDL，可在1对线缆上为电子控制单元ECU的正常运行提供12 V DC或者5 V DC供电电压。 

3.先进电缆诊断

先进电缆诊断ACD功能可以通过分析反射信号的幅度和延迟来检测电缆的故障位置，这对于实现车载以太网连接的高度可靠性至关重要。

4.高能效以太网

当关闭发动机时，车上的电子单元并不是全部关闭，这时需要用电池供电，而电池的电量又是有限的，这种情况下可采用高效能以太网技术通过关闭不在用的网络可降低耗电量。

5.时间同步

车内某些应用需要实现不同传感器之间的时间同步，或者在执行某次测量时需要知道不同节点的时刻，这就需要在全部参与测试的节点间做到同步，某些精度甚至需要达到亚微秒级别。车载以太网采用了IEEE 802.1AS的定时同步标准，该标准通过IEEE 1588V2的Profile从而用一种更简单快速的方法确定主时钟，规定了广义的精确时间协议（gPTP）。

6. 时间触发以太网

车内的许多控制要求通信延迟要在微秒级。在传统以太网中，只有当现有的任务包都处理完后才会处理新到的任务包，即使是在“GB/s”的速率下也需要几百微秒的延迟，满足不了车内应用的需求。为了解决这一问题，IEEE 802.3工作组开发了一种高优先级的快速任务包技术，使得快速任务包可插入到正在处理的任务包队列中被优先处理以保证延迟在微秒级范围内。

7.音视频桥接

为了满足车内音视频应用的低延迟和可保证的带宽要求，可在车内使用IEEE802工作组开发的AVB相关标准。AVB技术提供了优先级、流预留协议（SRP）和流量整形协议（FQTSS）等核心功能。AVB在车内的应用案例有唇同步多媒体播放、在线导航地图等汽车联网应用、ADAS以及诊断功能等。

IEEE同时还制定了AVB的传输协议，包括：

（1）IEEE 1722-2011，它是桥接局域网中的时间敏感应用第二层传输协议标准，也被称为“音视频传输协议（AVTP）”。

（2）IEEE 1733-2011，它是桥接局域网中的时间敏感应用第三层传输协议标准。由于该协议是一个第三层协议，预计不会被汽车行业广泛采用。为了提升AVB的适应性，满足工业等更多应用场景，IEEE AVB任务组已更名为“时间敏感性网络（TSN）”工作组，现在是IEEE 802.1五大任务组之一，致力于开发实现超低时延的控制网络。

8. 发展趋势

车载电子变得日益复杂，其复杂性直接导致了对车内连线使用上的增长。车内线束已成为继发动机和底盘之外的车内第三大成本支出的部分，生产环节中布置配线的人工成本占整车的50%，同时，线束在重量上也是底盘和发动机之外占第三位的部分。车载以太网能够显著降低互连成本和电缆重量。

据预测，到2020年，全球将部署4亿个车载以太网端口，到2022年，车载以太网端口将超过所有其他以太网端口总和。另到2020年，对于低端车型每辆车将有6～40个节点，而豪华车和混动/电动车型上将会有50～80个节点，有40%的已售车上使用车载以太网，到2025年，渗透率将增加到80%。 

9.标准化

图3 各标准化组织/ 联盟

在车载以太网的标准化方面，如图3所示的4个标准化组织或联盟起到了主要的推动作用，他们是IEEE 802.3和IEEE 802.1工作组、汽车开放系统架构联盟AUTOSAR、OPEN联盟以及AVnu联盟。

车载以太网的应用

1.汽车娱乐系统音视频传输

目前汽车车载娱乐系统的主流技术为MOST，最大的带宽是150 MB/s，但一直难以大规模应用，主要原因是它在多个设备之间共享带宽，而汽车以太网技术对于每一个端口、链路均可提供专用的100 GB/s的带宽，带宽不是共享而是专用的，实现信息共享一直是车载电子发展的方向，而实现信息共享的基础就是网络。目前车载电子产品利用USB和蓝牙实现了与消费电子产品的信息共享，并且以太网也逐渐成为消费电子产品的标准接口。同时，以太网已成为MCU的普通外设，整合了各种媒体应用软件的Android平台的大量应用，也为消费电子产品增加以太网接口奠定了硬件和软件基础，因此只要在汽车中增加以太网接口就能实现车载电子与消费电子的信息共享，而MOST的弊端在于太封闭。

2. ADAS先进驾驶辅助系统

带有PHY的摄像头将视频等数据信息通过单对双绞线传送到交换芯片上，交换芯片把各通道采集的信息汇聚到一起，通过电子控制单元中的CPU做一定的处理如编解码处理，然后将视频输出到显示器上。这种技术还用在了罗森伯格最近推出的全球首款基于以太网的360°全景泊车辅助系统上。此系统是博通和飞思卡尔、OmniVision共同研究开发的低成本、高分辨率解决方案，能为各种车辆提供高速、高清晰度的360°泊车辅助摄像功能。另外，该技术还可以用在车道偏离警报系统和夜视系统上，并且它是符合ISO规范的技术。