汽車以太網(wǎng)架構(gòu)的實時性要求

以太網(wǎng)以其更大的帶寬、更強靈活性以及更低的成本被認為是未來車載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)最合適的選擇之一。大眾、奔馳和寶馬等汽車生產(chǎn)商都開始重視以太網(wǎng)在汽車電子領(lǐng)域的應(yīng)用。以太網(wǎng)將很有可能由現(xiàn)在的只作為某些特殊設(shè)備的通信媒介發(fā)展成為車載通信網(wǎng)絡(luò)的主干。要實現(xiàn)這個轉(zhuǎn)變，還存在許多技術(shù)上的難題，例如如何滿足現(xiàn)今汽車對實時性和安全性的苛刻要求。

傳統(tǒng)的總線如CAN和Flexray中各節(jié)點是通過同一路導(dǎo)線連接的。車載以太網(wǎng)是通過交換機將各個節(jié)點連在一起的，這樣就可以支持不同的拓撲結(jié)構(gòu)。目前常見的拓撲結(jié)構(gòu)包括：星型結(jié)構(gòu)，各個ECU由中央的交換機連接；直線結(jié)構(gòu)，最大限度減小線纜長度；聚合結(jié)構(gòu)，星型結(jié)構(gòu)和直線結(jié)構(gòu)的混合體。分析了各種結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢和劣勢，以及各自的側(cè)重點。

為使設(shè)計更加合理，分析各種架構(gòu)的負荷、性能和實時性變得尤為重要。提出了一種評價以太網(wǎng)實時性的方法。該方法包括最壞情況下的時間分析和一套可使時間分析結(jié)果更容易理解的指標。前者可以計算出不同以太網(wǎng)設(shè)計最壞情況下的實時性狀況，后者可以將時間分析的數(shù)據(jù)壓縮成更容易理解的形式。應(yīng)用這種方法比較不同的拓撲結(jié)構(gòu)和交換機制對網(wǎng)絡(luò)性能的影響，為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計提供了很好的參照。分析結(jié)果表明，對以太網(wǎng)的實時性和性能分析可以得到很有價值的結(jié)果。此外，隨著以太網(wǎng)架構(gòu)形式的增多，每種架構(gòu)的用戶必將減少，將導(dǎo)致相應(yīng)設(shè)備和工具成本的增加，各大汽車廠商應(yīng)該盡快制定更深層的標準。

PhilipAxeretal.SAE 2014-01-0245.

編譯：白洪濤