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    年关已近,想必很多小伙伴都在忙着做各种总结,今天小编也想借此机会给大家简单总结一下汽车以太网相关的那些组织。

    话说2013年,采用博通BroadR-Reach技术的宝马X5量产,标志着汽车以太网技术的正式应用。紧接着,各种行业组织和国际标准组织也积极参与到汽车以太网技术的标准化工作,推动了汽车以太网技术的发展。下面,小编将为大家介绍一些对汽车以太网有重要意义的标准组织,并简要地概括这些组织负责了汽车以太网哪些相关标准的制定。

    1635f48abd2f3305cb41e26c09d6f9ea.png1

    OPEN Alliance

    OPEN Alliance(One-Pair EtherNet,OPEN联盟)于2011年由NXP、博通和宝马携手创建,目前已超340位成员。OPEN Alliance是一个非盈利性开放行业联盟,主要由知名汽车主机厂和相关技术供应商组成,目标是将基于以太网的通信广泛应用于汽车网络。OPEN Alliance成立了14个技术委员会(Technical Committees),分别致力于制定和统一IEEE 100BASE-T1、1000BASE-T1 及1000BASE-RH等通信方式的物理层、协议一致性和互操作性等规范;同时,通过制定线束、交换机、ECU和其他功能需求及测试规范,帮助Tier1和汽车制造商完善汽车以太网生态系统,如TC8委员会制定的ECU级别物理层、数据链路层、TCP/IP协议层、SOME/IP测试规范,TC2制定的汽车线束和接插件的测试规范。

    ec96867146644070ee4eff5f0313d059.pngIEEE

    IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers,电气和电子工程师协会)致力于电气、电子、计算机工程与科学有关领域的开发和研究。成立于1980年的IEEE 802.3工作组主要负责定义以太网物理层和数据链路层的介质访问控制(MAC)部分。随着汽车以太网技术的发展,汽车行业已经成为IEEE 802.3的一个新的应用领域,并成立了多个与汽车以太网相关的任务组,负责汽车以太网物理层相关技术的标准化工作。此外,IEEE(802.1工作组)还制定了发展迅速的AVB/TSN技术规范,用于实现数据高可靠、低延迟及同步传输。一些汽车以太网相关的IEEE任务组和主要工作领域如下:

    4448dcb28e2578d43f485ff89c2a612e.pngAVnu Alliance

    AVnu Alliance成立于2009年,它的使命是推动AVB/TSN相关标准的应用,创建一个开放、安全、低延迟和高度可靠的网络生态系统。AVnu专注于A/V、工业、消费电子和汽车行业,为了保证AVB/TSN互操作性,AVnu联盟专门为相关领域创建了符合市场要求的合规性和互操作性(C&I)测试集。由此可见,IEEE和AVnu的区别很明显:IEEE负责制定AVB/TSN标准,AVnu负责制定系列测试标准来解决AVB/TSN技术在某个领域的应用。如AVnu联盟制定的gPTP、FQTSS和AVTP的测试规范,可以快速提高AVB技术在汽车网络上的落地应用。

    IETF

    IETF(The Internet Engineering Task Force,国际互联网工程任务组)是负责互联网相关技术规范研发和制定的主要组织,大家所熟知的互联网最基本的TCP/IP协议簇,就是由IETF制定的。TCP/IP协议簇由数十个不同协议组成,各协议都有对应的RFC标准文档,如RFC791文档不仅定义了IPv4协议,还包括大家耳熟能详的ARP、ICMP、UDP、DHCP、HTTP、RTP协议等。虽然不是专为汽车以太网制定,但是汽车以太网的正常运转离不开TCP/IP协议。通常,汽车以太网不需要对TCP/IP协议簇进行修改,仅需要做适应性的配置和应用。

    AUTOSAR

    AUTOSAR(AUTomotive Open System Architecture,汽车开放系统架构)联盟致力于为汽车工业制定标准化的软件架构,通过使用统一的软硬件接口实现不同开发商软件模块的兼容性。Classic AUTOSAR从4.0版本开始支持以太网通信,主要包括Ethernet驱动、Ethernet接口、TCP/IP、Socket Adaptor、DoIP、UDPNM、SOME/IP等软件模块。AUTOSAR的以太网相关文档详细定义了以太网通信软件模块的需求、函数接口、配置参数等内容。(注意:这些内容相应的协议本身,还是由IEEE、IETF等标准组织定义。)此外,AUTOSAR还规定了TCP、UDP和IPv4这三个通信协议的测试规范,用于对符合AUTOSAR标准的协议栈进行测试。

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    AUTOSAR中涉及的Ethernet协议栈架构图(本图片来自AUTOSAR规范)

    ISO

    大名鼎鼎的ISO(International Organization for Standardization,国际标准化组织)在车载网络领域非常重要,其制定了众多汽车相关的标准化协议,如ISO11898(CAN)、ISO14229(UDS)等。由ISO提出的OSI模型对通信网络进行了分层,并描述了各层功能及分层之间的交互。汽车以太网的描述同样基于OSI模型分层架构。汽车以太网相关ISO标准主要有ISO13400(DoIP)、ISO17215(VCIC)。此外,ISO在2016年启动了ISO 21111“道路车辆-车内以太网” 项目,用于开展包括所有速率和介质的汽车以太网相关研究。

    CAICV

    除了上述国际标准组织,中国智能网联汽车产业联盟(CAICV)也成立了新型车载高速网络工作组(NIVN),用于促进国内新型车载高速网络的生态系统建设,并建立测试验证体系。


    OK,行文至此,开始敲黑板总结了~~

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    汽车以太网是一个广泛的概念,它涵盖了OSI模型的各个层级,整合了众多行业组织和国际标准组织的相关协议。我们可以大致理解为:国际标准组织,如IEEE、ISO和IETF,负责制定协议标准;行业标准组织,如OPEN Alliance、AVnu和AUTOSAR,负责车载协议的应用、实现及测试规范制定。

    汽车以太网的通信协议和测试相关的标准及组织,总结如下图所示:(这个很重要哦!大家需留意橘色标识的组织名称,这些就是每个协议所对应的组织。)

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    汽车以太网通信协议相关标准及组织

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    汽车以太网通信协议测试相关标准及组织

    最后,必须补充一个重要的知识点:虽然有众多的组织制定了如此多的协议标准和测试标准可供参考,但是,每个整车厂仍然需要结合自身整车网络的实际环境和实际应用场景,对这些协议标准的落地进行更为细致的约束。整车厂需要开发一套适用于自己企业的汽车以太网设计规范,并制定对应的测试规范。基于此套规范,可将不同供应商提供的以太网节点顺利地集成起来。

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  • 目标:OSI七层模型、TCP/IP四层模型、以太网帧结构、MAC地址作用、数据转发方式一、OSI七层模型1、物理层:在设备之间进行比特流传输。2、数据链路层:将比特组合成字节,再将字节组合成帧,使用链路层地址(MAC地址)...

    目标:OSI七层模型、TCP/IP四层模型、以太网帧结构、MAC地址作用、数据转发方式

    一、OSI七层模型

    1、物理层:在设备之间进行比特流传输。

    2、数据链路层:将比特组合成字节,再将字节组合成帧,使用链路层地址(MAC地址)来访问介质,并进行差错检测。

    3、网络层:IP寻址,路由选择。

    4、传输层:进行端到端的可靠或者不可靠的连接来传递数据,并进行重传前的差错检测。

    可靠的连接:TCP面向连接(A要向B发送数据之前,A会先告诉B建立连接,连接建立成功后再发送数据)

    不可靠的连接:UDP不面向连接(A要向B发送数据,A不会事先通知B,而是直接发送数据,不管B是否会收到数据)

    5、会话层:负责建立、管理和终止表示层实体之间的通信会话。该层的通信由不同设备中的应用程序之间的服务请求和响应组成。

    当我们使用QQ聊天时,同时和A、B、C三个人聊天,当我接收到一条数据时,怎么区分是A还是BC发来的?-------通过会话层来进行判断。

    6、表示层:数据格式化、加密、解密

    7、应用层:OSI七层模型中最靠近用户的一层,为应用程序(如QQ、微信)提供网络服务(通过端口号来区分不同的应用程序)

    二、TCP/IP四层模型

    1、应用层(合并OSI中的应用层、表示层、会话层)

    2、传输层

    3、网络层

    4、网络接口层(合并OSI中的数据链路层、物理层)

    三、PDU:协议数据单元

    应用层:message

    传输层:段(segment)

    网络层:数据包(packet)

    数据链路层:帧(frame)

    物理层:比特(bit)

    四、以太网帧结构

    1、以太网帧格式:Ethernet_II格式和IEEE802.3格式

    (1)在数据通信过程中,传输数据一般使用Ethernet_II格式;

    (2)IEEE802.3格式一般使用在各个协议当中。

    (3)通过Type和Length字段来判断使用哪种帧格式:

    当Type/Length<1500====>使用Ethernet_II格式

    当Type/Length>=1536====>使用IEEE802.3格式

    2、Ethernet_II格式

    Ethernet_II格式

    (1)Type字段:

    作用1:当Type<1500时可以用来确定是使用Ethernet_II格式;

    作用2:可以判断上层网络层使用的什么协议(0x0800:要交给上层IP协议进行处理,0x0806:要交给上层ARP协议处理)

    (2)Data数据的长度是46B-1500B;

    (3)以太网数据帧的长度是64B-1518B。

    (4)FCS:帧校验,校验数据帧是否完整。

    3、IEEE802.3格式

    IEEE802.3格式

    (1)多了LLC、SNAP字段,所以Data数据长度变小,是38B-1492B。

    五、MAC地址

    MAC地址

    (1)OUI-供应商代码:组织唯一标识符,由IEEE统一分配给供应商

    (2)后24bit:由供应商自己分配

    (3)MAC地址:具有全球唯一性,可以作为每一个设备的身份标识

    六、数据转发方式

    1、单播:一对一(数据帧的第一个自己的第八位为0代表单播帧)

    单播帧

    2、广播:同一局域网内的设备都能收到数据(每个bit全为1代表广播)

    广播帧

    3、组播:同组内的设备才能收到(数据帧的第一个自己的第八位为1代表组播帧)

    组播帧

    补充:终端设备接收到数据帧时,会如何处理?

    (1)主机检查帧头里的目的MAC地址是否和自己的MAC相同,如果不相同则丢弃;

    (2)如果匹配则接收帧,检验帧校验序列(FCS)字段,查看帧在传输过程中是否保持完整。

    (3)如果检查通过就会剥离帧头和帧尾,然后根据帧头中的Type字段来决定把数据交给哪个上层协议进行处理。

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  • (1)结构分层以太网的网络结构分为三层:物理层、数据链路层和高层用户层,如图1所示。控制器插件板完成数据链路层的功能,同袖电缆侧的收发器完成物理层的功能。图2详细地说明了各层功能。 图1 以...

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    (1)结构分层

    以太网的网络结构分为三层:物理层、数据链路层和高层用户层,如图1所示。控制器插件板完成数据链路层的功能,同袖电缆侧的收发器完成物理层的功能。图2详细地说明了各层功能。

    图1 以太网的分层及其物理实现

    图2 以太网各层的功能

    (2)物理层

    以太网的物理层采用50Ω基带同袖电缆作为通信媒体。数据传输速率通常是l0Mbps,甚至达到10Gbps(工业以太网)。工作站最多1024个;工作站间通过中继站可达2.5km。每个工作站由收发器、收发器电缆、以太网接口及主机接口等组成。若干个工作站挂接在一根同轴电缆上组成分支式无根树(Branching non-rooted tree)的一个段,段与段之间用中继器连接。每根同袖电缆的长度应小于500m,收发器电缆小于50m,可挂接最多100个工作站。实际集散控制系统中,挂接的工作站数远小于该约束数目。

    物理层的通信信道具有下列特点:

    ①在同一网络上,两个以上的数据链路之间具有收发信息的能力;

    ②检测载波的能力;

    ③捡测冲突的能力‘

    ④最大往返传输的延迟时间是45μs。

    物理层需要其硬件完成下列功能:

    ①数据编码,采用曼彻斯特编码方式;

    ②发送同步和时钟信号;

    ②载波捡出和冲突检出;

    ④位传送和接收,在数据帧前加入64位的前同步信息位模式:

    10101010 l0101010 10101010 10101010 101010l0 10101010 10101010 l0101011

    前七组均为l0101010,最后一组为10101011。给予收发器电缆上的交流信号电平,在差动驱动时的标称值是±700mV,(78±5)Ω。

    (3)数据链路层

    以太网的数据链路层分为数据封装和链路管理两个子层,如图6—8所示。在每个子居中,发送和接收是两个互相独立的部分。数据链路中的帧采用团6—N的格式。以8位为一个位组,采取从左向右的顺序传送。目的地址共6个位组,当第一位是“0”表示物理地址,是“1”表示送往几个站的多目的地址。当全部48位是“1”时,表示送往以太网所连接的所有站。除第一位以外的47位是实际地址。源地址是发送站的地址。以太网采用32位循环冗余码作为帧校验,因此,在数据帧的最后有4个位组存放相应的位元。传送的数据是透明的,什么数据都可以,它可以占用46-1500个位组,因此、是可变长度的。

    数据链路层的控制采用CSMA/CD方式。

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