【 ATU 隨筆記】整車網路系統架構之探討 ( 三 )

一、前言

在前兩篇文章中，我們介紹了 CAN 和 LIN，這兩種通訊協議在車輛內部網路架構中分別負責高速關鍵模組和低速輔助模組的通訊需求。然而，隨著車輛內部感測器、攝影鏡頭以及數據融合應用的快速增加，車輛需要處理的數據量呈現指數級增長，對通訊傳輸量的需求也隨之大幅提升。在這樣的背景下，車用乙太網（Automotive Ethernet）成為一種理想的解決方案，以其高帶寬和靈活的拓展能力滿足車內網路對大數據傳輸的需求。

二、車載乙太網的發展歷程

車用乙太網（Automotive Ethernet）的誕生與發展與車輛對數據傳輸需求的提升密不可分。隨著自動駕駛、車聯網（V2X）和多媒體娛樂系統的引入，車輛內部傳輸數據量急劇增長，傳統通訊協議如 CAN、LIN 和 FlexRay 無法滿足這些高帶寬應用的需求。為此，車用乙太網逐漸成為解決這些挑戰的關鍵技術。然而車用乙太網的發展歷程可追溯至乙太網的起源。

乙太網的起源：

乙太網技術的起源可以追溯到 1971 年，當時夏威夷大學的 AlohaNet 成為全球首個無線分組資料網路。隨後，Xerox PARC 研究中心的 Robert Metcalfe 和 David Boggs 在 1970 年代初期設計了最初的乙太網，傳輸速率為 3Mb/s。1980 年，DEC、Intel 和 Xerox 聯合推出了首個商用乙太網 DIX，其傳輸速率達到 10Mb/s，並成為日後 IEEE 802.3 標準的基礎。這為乙太網從 IT 和工業應用擴展至其他領域奠定了技術基礎。

乙太網進入汽車領域：

傳統的汽車內部網路主要依賴於 CAN 匯流排（Controller Area Network）等技術，適用於低資料傳輸量的應用，如座椅調整、後視鏡調整等輔助功能。然而，隨著高級駕駛輔助系統（ADAS）和自動駕駛技術的快速發展，車輛內部對高頻寬數據傳輸的需求迅速提升，這超出了 CAN 等傳統技術的能力範圍。因此，乙太網技術開始進入汽車領域，以滿足日益增長的高頻寬需求。

2011 年，BMW 成為第一家將乙太網技術應用於車輛診斷系統（On-Board Diagnostics, OBD）的車企，使用的技術支持 100 Mbps 的資料傳輸速率。相比 CAN 和 LIN 網路，乙太網以其高帶寬和靈活的架構，成為處理大數據應用的理想選擇。

車用乙太網的標準化過程：

2011 年，OPEN Alliance（One-Pair Ether-Net Alliance）聯盟成立，標誌著車用乙太網標準化的開始。該聯盟致力於推廣基於單對非屏蔽雙絞線（Unshielded Twisted Pair, UTP）的乙太網技術，以降低布線成本並簡化車內結構。同年，IEEE 公佈了針對車用乙太網的 IEEE 802.3bw（100BASE-T1）標準，這一標準支持 100 Mbps 的傳輸速率，並針對車內環境進行了抗干擾優化和線束減重設計。

隨後，為應對更高頻寬需求，2017 年，IEEE 推出了 IEEE 802.3bp（1000BASE-T1）標準，傳輸速率達到 1 Gbps，能夠支援自動駕駛所需的多感測器數據融合和高分辨率攝像頭應用。此外，為了確保即時性與數據準確性，時間敏感網路（Time-Sensitive Networking, TSN）技術被引入車用乙太網，大幅提升了網路的同步性和可靠性。

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三、車載乙太網的特點與應用場景

3.1 車載乙太網的特點

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車用乙太網（Automotive Ethernet）相較於 CAN 和 LIN，展現出更高的性能和廣泛的應用適配性，是現代汽車網路架構的關鍵技術。CAN 的速率最高為 1 Mbps，主要應用於引擎控制、安全氣囊等關鍵系統，LIN 的速率僅為 20 kbps，適合座椅調整、車窗升降等低速輔助功能，而車用乙太網支持高達 1 Gbps 的傳輸速率（未來可達 10 Gbps），能輕鬆處理自動駕駛、ADAS 和車聯網等應用所需的大量數據。車用乙太網還憑藉時間敏感網路（TSN）技術，提供低延遲、高同步性，滿足即時數據傳輸需求。此外，其靈活的點對點、星形和樹狀拓撲結構，以及基於單對非屏蔽雙絞線（UTP）的設計，不僅降低了布線重量和成本，還提升了車內網路的設計靈活性。相比 CAN 和 LIN 的專用性，車用乙太網具備全球標準化（如 IEEE 802.3 系列標準），可廣泛適配多種車輛網路架構，特別是在 ADAS、自動駕駛和資訊娛樂系統中的高頻數據應用場景中展現出卓越的性能和可靠性。這使車用乙太網成為未來汽車智能化和網路化的重要支柱。

3.2 車載乙太網的應用場景

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上圖標示了車載乙太網的四個關鍵應用區域：

ADAS：位於車輛前方，用於先進駕駛輔助系統。
Infotainment：位於車輛中間，表示資訊娛樂系統。
V2X Communication：位於車頂，代表車聯網通訊。
Diagnostics & OTA：位於車輛後方，用於診斷與遠程軟體更新。

車載乙太網（Automotive Ethernet）是一項高效的車內網路技術，廣泛應用於多個關鍵場景。在自動駕駛和先進駕駛輔助系統（ADAS）中，它能快速處理雷達、攝像頭和 LiDAR 的大量數據，確保系統能即時進行準確判斷。在車聯網（V2X）應用中，車載乙太網支持車輛與其他車輛（V2V）、基礎設施（V2I）及雲端（V2C）的即時通訊，實現智慧交通的協同運作。車內資訊娛樂系統則利用乙太網的高頻寬特性提供高畫質影片、多螢幕同步及虛擬現實（VR）等功能，提升乘客體驗。同時，作為車輛內部的主幹網路，車載乙太網連接動力系統、車身控制和資訊娛樂模組，實現高效的系統整合和簡化布線。此外，車載乙太網支持遠程軟體更新（OTA），使車輛系統能快速升級，並提供高效的車輛診斷和測試能力，方便監控和維護。

3.3 結論與未來發展

車載乙太網已成為現代汽車網路的關鍵技術，憑藉其高帶寬、低延遲和靈活的應用，廣泛用於自動駕駛、車聯網和資訊娛樂等核心領域。未來，隨著車輛智能化需求的進一步提升，車載乙太網的傳輸速率將向 10 Gbps 或更高邁進，為自動駕駛與車聯網技術提供更堅實的支持。同時，在網路安全性、時間敏感型網路（TSN）應用和高效系統整合方面，車載乙太網也將進一步優化，成為推動智慧汽車發展的重要基礎。

四、恩智浦提供的解決方案

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( 圖片來源：Circuit Cellar Staff / NXP )

NXP 在車載乙太網領域提供了全方位的解決方案，包括 Ethernet Switch 和 Ethernet PHY 產品，以滿足現代汽車對高效數據傳輸的需求。Ethernet Switch 是車內乙太網網路的核心，負責多模組之間的數據轉發與流量管理，NXP 的產品支持高帶寬、低延遲以及時間敏感網路（TSN），能夠實現自動駕駛和多媒體應用所需的精確數據同步與高效處理。而 Ethernet PHY 則是乙太網硬體層的關鍵組件，負責數據的編碼與解碼，NXP 的 Ethernet PHY 產品支持單對非屏蔽雙絞線（UTP），具備高抗干擾能力和低功耗特性，適合車內環境的嚴苛要求。這些產品以其高性能和高可靠性，廣泛應用於自動駕駛、資訊娛樂系統、車聯網（V2X）及車內主幹網路等場景，為汽車製造商提供穩定、靈活且可擴展的網路架構支援。

五、參考資料

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