一文詳解車載以太網

I.車載以太網總線介紹

1.1 以太網讓連接更容易

以太網技術在生活中的應用隨處可見，日常電腦上網，或者手機上網都與以太網密不可分?，F在汽車中的5G車聯網、V2X，以及后面汽車的智能化應用這些都跟以太網技術密不可分。

1.2 車載以太網最大優勢：帶寬高，成熟度高

車載以太網的普及主要依賴于以太網的兩個優勢：帶寬高和成熟度比較高。車載以太網帶寬目前有100M或者1000M，甚至隨著技術的發展后面可以達到2.5G、5G、10G的帶寬。目前工業以太網已經可以達到100G的帶寬，從工業以太網應用到車載以太網應用主要解決汽車上EMC的問題，不需要做單獨的驗證或者技術難題攻關，相當于可以直接拿來應用，這對車載以太網的發展是非常有利的，所以說車載以太網的成熟度比較高，這也是車載以太網廣泛應用的重要原因。

汽車技術的發展對以太網需求明顯提高：

1）隨著高算力，多功能，中央化智能ECU出現，刷寫速率以及迭代速度要快；

2）高階智能駕駛，針對時延以及帶寬，提出了更高的要求；

3）新能源換電，針對換電站的WIFI需求，無線靈活化；

4）智能車聯網，極致的座艙享受，消費&汽車一體化

降本增效，使用以太網AVB/TSN技術實現視頻傳輸，節省LVDS專用線束成本。

1.3 常見以太網線束分類

一對雙絞線

兩對雙絞線

OBD對外通信通常使用的是3、11、12、13 這四個引腳，外加一個引腳8做DOIP激活，在這里面，用于數據傳輸的是3、11、12、13，這四個引腳用了兩對雙絞線，這四根線跟外部網線中四根進行連接，從而實現跟診斷儀或PCG進行數據傳輸。

網線的采用四對雙絞線，一般一百兆網絡的話會用到里面1，2, 3,6四根。OBD口的四個引腳要跟網線里某四根線進行一一匹配才能進行車外通信。

II.車載以太網協議分析

2.1 以太網經典OSI(Open System Interconnect)七層模型，由ISO組織發布

以太網經典OSI七層模型以及對應的解釋見上圖，同時列出了TCP/IP五層模型進行對比，對比來看，OSI和TCP/IP本質描述的都是同一個東西，只不過OSI將TCP/IP最上方的應用層詳細的分解成三層，做了詳細的功能描述，這樣方便加深理解。但是在實際學習和實施中，更多的是按照TCP/IP的五層模型進行。

OSI模型協議分布

2.2 以太網幀結構

以太網幀結構見上圖，我們能夠抓到的以太網報文幀從目標MAC地址開始到IP數據報，前面的前導碼和幀開始符再被抓包前就已經被解析掉了，幀跟幀之間存在幀間距。

因此以太網幀由目標MAC地址、源MAC地址、幀類型以及IP數據報構成，其中IP數據報有一個規定的長度，從46字節到1500個字節，因此以太網存在最大幀和最小幀：

1）以太網最大幀：

6+6+2+1500+4=1518字節

2）以太網最小幀

6+6+2+46+4=64字節

2.3 IP及子網掩碼：子網掩碼不能單獨存在，它必須結合IP地址一起使用

1）子網掩碼作用：就是將某個IP地址劃分成網絡地址和主機地址兩部分

2）例如192.168.1.1/24或者192.168.1.1，255.255.255.0，則主機數2^8-2=254

以太網路由示例：

以PC訪問百度（www.baidu.com）為例，對于PC來說，它壓根不知道也關心www.baidu.com

是在北京還是深圳，它只需要根據它的缺省網關去做路由，知道把IP往哪里送即可，就好比我們寄快遞到北京，快遞員從這個片區收件后，他不需要知道去具體北京的路線，

他只需要把物件送到下一個匯聚點就可以，就像接力一樣。這就是以太網通信的概念，因此，在進行以太網通信設計時，需要考慮把信息發送給誰。

電腦獲取網卡IP信息

2.4 以太網DOIP協議

上圖為抓取的一個DOIP報文，這里注意一下，圖中的幀不包括前導碼、幀起始符、CRC校檢部分，這些已經被剝離掉，特別是CRC校驗，如果這個幀能被抓取到，那么意味著CRC校驗一定是通過的。

圖中整個DOIP報文一共有69個字節，分別是：

14字節數據標層，包含6個字節的源MAC，6個字節的目的MAC，2個字節的幀類型，
然后是IPV4，一般缺省是20字節，在某些情況下會額外有一些option字段，這樣可能就不止20字節，這種情況用的比較少，可以僅做了解，

再往下是TCP，同樣缺省是20字節，在極少數的情況下會額外有一些option字節

DOIP協議有8個字節的header，注意一下header中不包含邏輯地址。

以上就是DOIP協議的幀結構

2.5 以太網SOMEIP協議

SOMEIP協議幀結構見上圖，SOMEIP就是我們常說的SOA用的協議一種。SOMEIP幀結構跟DOIP幀結構類似，前面的部分基本差不多，SOMEIP報文頭部有16個字節，包含Service ID，Method ID，長度等。不同的SOMEIP一個請求或者消息，它的payload需要不同的解析，因為不同OEM的payload定義是不一樣的，可能需要額外做一些插件進行解析。

III.車載以太網的應用場景

3.1 DoIP應用

DOIP協議數據格式

診斷儀通過DOIP跟網關進行通信，從內部網關到內部，包含了四種情況：

1）CAN ECU：診斷儀與網關建立DOIP鏈接，通過網關協議轉換進行ECU診斷；

2）智能ECU：診斷儀與網關建立DOIP鏈接，通過網關協議磚混進行ECU診斷；

3）智能ECU：網關代理：診斷儀與網關建立DOIP鏈接，網關與智能ECU建立1）DOIP鏈接，進行ECU診斷；

4）智能ECU：網關穿透：診斷儀與智能ECU建立DOIP鏈接，進行ECU診斷。

DOIP應用過程示例

DOIP應用過程示例

3.2 端口鏡像的應用

鏡像是指將指定源的保溫復制一份到目的端口。指定源被稱為鏡像源，目的端口被稱為觀察端口，復制的報文被稱為鏡像報文。鏡像可以在不影響設備對原始報文正常處理的情況下，將期復制一份，并通過觀察端口發送給監控設備，從而判斷網絡中運行的業務是否正常。

鏡像端口：原始報文經過的端口

觀察端口：連接監控設備的端口，車上一般指OBD口

原理：PC可以通過OBD接入，通過診斷指令打開能使端口鏡像功能抓取ECU1→ECU2的通信報文，進行分析和解決問題。

IV.車載以太網的項目經驗

4.1 車載以太網落地考慮事項

在進行車載以太網的整車設計，需要知道以太網通信的物理特性，進而決定線束及插件選型方向：

1）按需選擇屏蔽線還是非屏蔽線（成本和長度）

2）線束的選型需要參考阻抗和S參數，有TC2/9規范約束

3）拉脫力對供應商的生產以及壓接工藝有要求

4）性能測試可以配合PHY進行壓測時延和丟幀率

4.2 無線WIFI通信優化

優化一：信道管理

優化1：信道管理

當大家同時往空中發信號或者都在傳數據時意味著各個設備間存在相互干擾。比如大家同時在辦公室上網的時候，同一個網絡，有時候覺著好用，有時候覺著不好用，這個可能有時候干擾比較大一點。這樣就要做信道管理，就是要錯開信道，一般在中國大概有11個信道，1信道到11信道，要間隔5個信道才能沒有干擾。

優化二：負載均衡管理

優化2：負載均衡管理

以換電站為例，特別是春節期間，換電時有很多車在排隊，有可能換電站里一個路由器或者WIFI上面接入很多車，另一個又沒有接入車輛，這就造成了對資源的一個不均衡使用。在這種情況下就可以對負載均衡進行管理。

優化三：功率管理

優化3：功率管理

前面提到信道之間有干擾，理想情況下是信號相互之間不要干擾，可以通過把功率相互之間重疊的地方減少，這樣可以減少干擾。

4.3 診斷儀無法建立DoIP鏈接

• 原因分析：

物理鏈路問題

數據鏈路問題

DoIP激活電壓問題

對端節點DoIP協議棧實現問題

協議一致性不匹配問題

邏輯地址定義問題

其它具體問題CASE分析