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Vehiclebusbandwidthrequirements車載總線帶寬需求“總線”似硬件、“帶寬”像網(wǎng)絡(luò)概念,怎么會與汽車相關(guān)?"Bus"seemslikehardware,and"bandwidth"islikeanetworkconcept,sohowcouldtheyberelatedtoautomobiles?車載總線帶寬需求Vehiclebusbandwidthrequirements是指在整車電子電氣系統(tǒng)中,不同通信總線需要具備的傳輸速率與數(shù)據(jù)吞吐能力,以滿足各類控制器(ECU)之間的實時通信、傳感器數(shù)據(jù)傳輸及智能功能的運行要求。Thisreferstothetransmissionrateanddatathroughputcapacitythatdifferentcommunicationbusesinthevehicle'selectronicandelectricalsystemneedtomeettherequirementsofreal-timecommunicationbetweenvariouscontrollers(ECUs),sensordatatransmission,andtheoperationofintelligentfunctions.車載總線的分類與帶寬層次ClassificationandBandwidthHierarchyofVehicleBus總線類型Bustype典型帶寬Broadbandtype應(yīng)用場景Applicationscenarios特點FeaturesLIN(LocalInterconnectNetwork)20Kbps車窗、座椅、空調(diào)等低速控制Low-speedcontrolofwindows,seats,airconditioning,etc.單主多從,低成本、低速Singlemasterwithmultipleslaves,lowcost,lowspeedCAN(ControllerAreaNetwork)
1Mbps動力、底盤、車身控制Powertrain,chassis,andbodycontrol實時性好、可靠性高Goodreal-timeperformanceandhighreliabilityCANFD(FlexibleDataRate)
8Mbps高帶寬控制,如ADAS、VCUHigh-bandwidthcontrol,suchasADASandVCU擴展數(shù)據(jù)區(qū)與速率ExtendeddataareaandrateFlexRay10Mbps底盤控制、線控系統(tǒng)Chassiscontrol,drive-by-wiresystem確定性高、適合實時控制Highdeterminism,suitableforreal-timecontrolEthernet(車載以太網(wǎng))100Mbps~10Gbps自動駕駛、傳感器融合、網(wǎng)關(guān)Autonomousdriving,sensorfusion,gateway超高帶寬、支持IP通信Ultra-highbandwidth,supportsIPcommunicationMOST(MediaOrientedSystemsTransport)25Mbps~150Mbps車載娛樂與信息系統(tǒng)In-vehicleentertainmentandinformationsystems適合音視頻流傳輸SuitableforaudioandvideostreamingtransmissionCANFD與車載以太網(wǎng)現(xiàn)狀CurrentStatusofCANFDandAutomotiveEthernetCANFD:仍是控制類通信的主力CANFD:Stillthemainstayofcontrolcommunication普及度高:目前90%以上的量產(chǎn)汽車仍將CANFD作為核心控制總線Highadoptionrate:Currently,over90%ofmass-producedvehiclesstilluseCANFDasthecorecontrolbus.車載以太網(wǎng)(1000BASE-T1):智能汽車時代的骨干網(wǎng)AutomotiveEthernet(1000BASE-T1):Thebackbonenetworkoftheintelligentvehicleera快速普及階段:從2020年開始,以太網(wǎng)成為自動駕駛與智能座艙平臺的標配。Rapidadoptionphase:Startingin2020,Ethernetbecamestandardequipmentforautonomousdrivingandintelligentcockpitplatforms.代表車型:特斯拉、理想、蔚來、奔馳EQS等均采用千兆以太網(wǎng)作為域間主干。Representativemodels:Tesla,LiAuto,NIO,Mercedes-BenzEQS,etc.,alluseGigabitEthernetastheinter-domainbackbone.CANFD實際傳輸能力CANFDactualtransmissioncapacity采用半雙工通信,同一時間只能單向傳輸數(shù)據(jù)。Ituseshalf-duplexcommunication,meaningdatacanonlybetransmittedinonedirectionatatime.標稱最高8Mbps,但仲裁段仍為1Mbps,實際平均有效帶寬通常為6~7Mbps。Thenominalmaximumbandwidthis8Mbps,butthearbitrationbandisstill1Mbps,andtheactualaverageeffectivebandwidthisusually6to7Mbps.車載以太網(wǎng)實際傳輸能力Actualtransmissioncapacityofin-vehicleEthernet標稱帶寬1Gbps(即1000Mbps),有效帶寬接近理論值,可達900Mbps以上。Thenominalbandwidthis1Gbps(i.e.,1000Mbps),andtheeffectivebandwidthisclosetothetheoreticalvalue,reachingover900Mbps.支持全雙工通信,收發(fā)數(shù)據(jù)可同時進行,實際吞吐量翻倍。Itsupportsfull-duplexcommunication,enablingsimultaneoustransmissionandreceptionofdata,whichdoublestheactualthroughput.CANFD傳輸介質(zhì)與距離CANFDtransmissionmediumanddistance使用非屏蔽雙絞線(UTP),傳輸距離最長可達1000米(低速率下),但在8Mbps速率下距離縮短至約50米。Usingunshieldedtwisted-pair(UTP)cable,thetransmissiondistancecanreachupto1000meters(atlowspeeds),butthisdistancedecreasestoapproximately50metersat8Mbps.抗干擾能力較強,但帶寬提升后穩(wěn)定性下降。Ithasstronganti-interferencecapabilities,butstabilitydecreasesasbandwidthincreases.車載以太網(wǎng)傳輸介質(zhì)與距離VehicleEthernettransmissionmediumanddistance同樣使用非屏蔽雙絞線,但采用更優(yōu)的差分信號設(shè)計,1Gbps速率下傳輸距離可達15米(滿足車載需求)。Italsousesunshieldedtwisted-paircable,butemploysasuperiordifferentialsignaldesign,achievingatransmissiondistanceofupto15metersat1Gbps(meetingautomotiverequirements).專為車載環(huán)境優(yōu)化,EMC(電磁兼容性)性能更優(yōu),適合高帶寬下的穩(wěn)定傳輸。Specificallyoptimizedforautomotiveenvironments,itboastssuperiorEMC(electromagneticcompatibility)performance,suitableforstabletransmissionunderhighbandwidthconditions.CANFD與車載以太網(wǎng)的帶寬差異總結(jié)SummaryofbandwidthdifferencesbetweenCANFDandautomotiveEthernet指標indexCANFD(8Mbps)車載以太網(wǎng)(1000BASE-T1)In-vehicleEthernet(1000BASE-T1)理論帶寬Theoreticalbandwidth8Mbps(兆比特每秒)8Mbps(megabitspersecond)1000Mbps(1Gbps)實際有效帶寬Actualeffectivebandwidth約6~7Mbps(受幀頭、CRC等影響)Approximately6to7Mbps(affectedbyframeheader,CRC,etc.)約940Mbps(考慮協(xié)議開銷后)Approximately940Mbps(afterconsideringprotocoloverhead)通信方式Communicationmethods基于仲裁的多主總線(CSMA/CR)Arbitration-basedMulti-MasterBus(CSMA/CR)點對點全雙工通信Point-to-pointfull-duplexcommunication時延特性Delaycharacteristics低速、確定性強Lowspeed,highcertainty高速、時延可控(需同步機制)Highspeed,controllablelatency(synchronizationmechanismrequired)典型應(yīng)用Typicalapplications控制類信號(VCU、ECU、BCM等)Controlsignals(VCU,ECU,BCM,etc.)高帶寬信號(攝像頭、雷達、域控制器等)High-bandwidthsignals(cameras,radar,domaincontrollers,etc.)計算平臺對帶寬的需求Thebandwidthrequirementsofcomputingplatforms需求來源:從“分散計算”到“集中處理”DemandSources:From"DistributedComputing"to"CentralizedProcessing"傳統(tǒng)分布式架構(gòu):每個ECU(如發(fā)動機ECU、空調(diào)ECU)獨立計算,僅需與少數(shù)設(shè)備通信,單ECU帶寬需求通常低于10Mbps,CAN總線即可滿足。TraditionalDistributedArchitecture:EachECU(e.g.,engineECU,airconditioningECU)performsindependentcalculationsandonlyneedstocommunicatewithafewdevices.ThebandwidthrequirementforasingleECUistypicallylessthan10Mbps,whichcanbemetbyaCANbus.域集中式架構(gòu):將多個ECU的功能整合到一個域控制器(如自動駕駛域、座艙域),域控制器需要同時處理多路高帶寬數(shù)據(jù),帶寬需求呈指數(shù)級增長。Domain-CentralizedArchitecture:IntegratesthefunctionsofmultipleECUsintoasingledomaincontroller(e.g.,autonomousdrivingdomain,cockpitdomain).Thedomaincontrollerneedstoprocessmultiplehigh-bandwidthdatastreamssimultaneously,resultinginexponentiallyincreasingbandwidthdemands.自動駕駛域控制器帶寬要求Autonomousdrivingdomaincontrollerbandwidthrequirements自動駕駛域控制器:AutonomousDrivingDomainController?傳感器數(shù)據(jù)輸入:這是帶寬消耗的核心。1路800萬像素攝像頭約需200-300Mbps,1路激光雷達(如128線)約需300-500Mbps。SensorDataInput:Thisisthecoreofbandwidthconsumption.One8-megapixelcamerarequiresapproximately200-300Mbps,andoneLiDAR(e.g.,128lines)requiresapproximately300-500Mbps.內(nèi)部計算與交互:處理器、GPU、FPGA之間通過PCIe等內(nèi)部總線交互數(shù)據(jù),PCIe4.0x4通道的帶寬可達8Gbps,以滿足實時數(shù)據(jù)處理需求InternalComputingandInteraction:Theprocessor,GPU,an
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