集中式架构满足汽车计算需求
集中式架构指的是在以太网中心节占据主导地位的车载网络（IVN）设计，已成为主流的智能汽车网络形式。随着自动驾驶汽车对数据传输容量和计算能力的要求不断提高，传统分布式架构已无法满足扩展性和通信性能的需求。预计在未来，多领域控制器的整合将主导市场，直到集中式架构真正成为常态为止持续扩展跨领域架构。
为了让智能汽车架构达到这新境界，时间敏感网络（TSN）等汽车以太网网络必须与现有架构叠加。这将确保低延迟和时间同步，从而实现实时计算和高速数据传输。接下来，我们将仔细分析分布式和集中式架构的组构，以了解汽车网络设计的发展趋势。
从分布式架构发展到集中式架构
1. 分布式架构
每个硬件组件负责特定的功能，包括洞察力，决策和执行。这种分工导致了更多的线束和复杂的拓扑结构，在通信通道中产生冗余，从而引起不必要的计算能量损失。
2. 区域集中式架构
架构从分散式转变成更简单的区域集中式架构，采用较少的节点并支持空中升级（OTA）。每个区域都配备了计算能力更强、涵盖范围更广的控制器，从而使网络能够依赖更少的电子控制单元（ECU），提高网络通信的灵活性以及计算能量。
3. 跨域架构
跨域控制架构进一步整合了区域控制器。这种更加集中的汽车系统内电子控制不仅提高了安全性、电源管理和跨域执行能力，还降低了成本。
4. 集中式架构
真正的集中式架构由计算单元中心、云计算、传感器、执行器和信息组成。优化处理过程可以降低对计算能力的需求，同时实现快速的信息处理和低延迟。
总线技术的演变与汽车网络的展望
CAN、LIN 和 FlexRay 车载网络
目前，车载网络中部署的总线技术包括 CAN、LIN、FlexRay、MOST、LVDS 和车载以太网。其中，铺上 LIN 总线盖的 CAN 总线覆盖了大部分市场，是主动车载网络中应用最广泛的数据传输协议。LIN 总线则是一种低成本的通用串行总线，主要为 CAN 总线的辅助车门、天窗和座椅控制等功能。
然而，作为继 CAN 和 LIN 之后的下一代汽车控制总线技术，FlexRay 正在迅速崛起。凭借更高的带宽，FlexRay 已成功应用于中高端汽车的线控系统。然而，目前只有一家制造商能够开发 FlexRay 的现况导致较高的开发成本。虽然 FlexRay 和 MOST 都是车载多媒体数据传输的主要候选技术，想实现大规模传播可能需要纳入标准组织。
汽车以太网的优势
随着越来越多汽车电子产品涌入市场，单辆汽车内的 ECU 数量也从平均二三十个大幅增加到 100 多个，有些汽车线束的长度甚至达到 2.5 英里。这种情况暴露了 CAN 总线只能实现半双工通信的局限性，其较低的传输速度使其无法满足现代汽车网络对高速、实时、双向数据通道的要求。
与之相反，汽车以太网凭借其高带宽、轻便的线束和高成本效益，有望成为汽车网络中的关键技术。以太网独特的数据传输能力能够满足带宽密集型应用的需求。此外，以太网还具备其他技术优势，包括高可靠性、合理的带宽分配、低电磁辐射、低功耗、低延迟和轻量化硬件。
汽车以太网硬件和软件概述
汽车以太网的硬件结构
当今主流以太网标准
以太网已经取代了其他网络技术占领全球最广泛使用的 LAN 技术。经过 50 多年的发展，以太网的速度从标准以太网（10 Mbps）提升到快速以太网（100 Mbps），再到现在的千兆以太网（1 Gbps）。近年来，2.5GE、5GE、25GE 和 50GE 等新速率标准也相继推出，以满足各种应用场景和成本要求。目前，千兆以太网 1000BASE-T 是基于以太网双绞线和 802.3ab 标准的主流技术，能够在超过 100 米的 5 类双绞线上传输 1000 Mb/s 的数据流。
以太网未来将如何发展
作为所有类型总线中传输率最快的通信解决方案，以太网的应用有望从智能驾驶舱等局部应用最终成为车载通信的主干网。预计这一发展将分为三个阶段：
- 推广和应用 DoIP（互联网协议诊断）：实现车载诊断系统和 ECU 软件的更新，并支持使用 IP 摄像头的驾驶辅助系统。
- 整合子系统：将多媒体、驾驶辅助和诊断接口等不同应用整合到一个统一系统中。
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以太网作为 IVN 主干网：以太网将逐步引入时间敏感网络（TSN），形成一个跨领域的汽车网络主干网。
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