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赫千科技:为智能网联汽车提供车载以太网与CAN的通信桥梁

  • 2022-11-02 09:25
  • 文来自/网络
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近年来,随着汽车电子设备的不断发展,以智能化和网络化为特征的汽车技术创新给汽车行业带来了巨大的变革。人们对智能汽车提出了不同的功能需求,如ADAS辅助驾驶、自动驾驶、车载娱乐、车身监控等,这促使汽车制造商在汽车中部署大量的ECU来实现复杂的功能,以满足用户的需求。大量ECU的使用要求高速、高带宽、低延迟的车载网络通信,而传统的CAN总线很难满足高速、高带宽、低延迟的要求。因此,为了适应智能化和网络化的发展,在传统以太网的基础上,IEEE提出了高速、高带宽、低延迟的车载以太网,这将使未来的汽车网络逐渐从现有的基于CAN的通信网络过渡到以车载以太网为骨干网络的通信网络。因此,国内外大量优秀企业都在从事车载以太网技术的研发。例如,在中国,何谦科技正专注于车载以太网技术的研发,加速基于车载以太网总线的产品的量产进程。

CAN总线会被车载以太网总线完全取代吗?

CAN是ISO国际标准化串行通信协议,是一种有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络。与其他通信总线相比,的技术特点可以使其在车载环境下特别有效,如表1所示。比如,第一,对噪声的容忍度高,支持CAN的物理层和协议。CAN支持原生组播和广播,提供内置帧优先级,100%分布式运行,轻松支持数十英尺长的单总线。

与CAN相比,车载以太网具有高速传输,通过光纤传输可以支持10 G/s的传输速率,QoS和TSN,实时确定性通信,多种协议,面向服务的SOA通信,可扩展性。显然,车载以太网和在不同的应用场景下可以有不同的优势。现阶段,为了满足汽车智能化、网络化的功能需求,汽车的E /E架构已经从传统的分布式架构转变为面向区域的E/E架构,如智能驾驶域、驾驶舱域、车身域等。基于区域E/E架构,在骨干网络中,使用高带宽车载以太网与相应的域控制器或区域网关进行通信。在区域网关或区域控制器下,相应的传感器和执行器可以通过各种不同的总线CAN、LIN和分支车载以太网连接。因此,E/E架构的实现需要将CAN与车载以太网相结合。此外,对于许多传统的汽车网络使用案例,CAN仍然更具成本效益。综上所述,在未来,车载以太网和CAN将会共存,而不是互相取代。在与车载以太网共存的车载网络中,必然存在CAN ECU与车载以太网ECU之间的通信需求。但是目前的标准中没有CAN ECU和车载以太网ECU之间数据包转换的方案。

如何实现车载以太网部分/IP数据与CAN协议数据的相互转换?

由于CAN总线和车载以太网总线将长期共存于车载网络中,因此需要在CAN ECU和车载以太网ECU之间建立一个通信桥,以保证车载网络的正常通信。为了寻找解决方案,我们发现上海何谦电子科技有限公司较早提出了CAN数据包与车载以太网数据包的转换方案(授权公告号:CN11130676B),其转换方法如下:

图CAN数据和车载以太网之间的部分/IP数据转换示意图

参见图1和表2。通过设置微处理器控制器,在微处理器控制器两端设置CAN接口和车载以太网接口。微处理器控制器负责解析CAN数据包和车载以太网数据包,并根据需要封装成相应的CAN数据包或车载以太网数据包。微处理器控制器包括部分/IP传输模块、CAN传输模块和映射表处理模块,映射表处理模块与部分/IP传输模块和CAN传输模块连接,用于解码部分/IP协议信号和CAN协议信号之间的相互转换;映射表处理模块包括与SOME/IP的CAN地址识别码(CAN ID)和报文地址识别码(报文ID)对应的映射表;映射表还包括SOME/IP的信息地址识别码、传输终端的地址、服务端口号等信息。

将车载以太网的SOME/IP数据包转换为CAN数据包的核心方法包括:SOME/IP传输模块根据SOME/IP协议进行解包,解包过程包括分析接收到的SOME/IP协议信号,分离出信息地址识别码和有效载荷信号;然后调用映射表处理模块解析CAN ID对应于消息ID;传输模块按照CAN标准协议封装CAN ID和负载信号,然后通过CAN接口传输到CAN总线。

将CAN格式数据包转换成车载以太网的SOME/IP数据包的核心步骤包括:CAN传输模块根据CAN协议进行解包,解包过程包括分析接收到的根据CAN协议传输的信号,分离CAN地址识别码和有效载荷信号,然后调用映射表处理模块,分析与CAN ID一起使用的报文ID,SOME/IP传输模块捕获报文ID、对应的协议类型、端口、IP地址和有效载荷信号,按照SOME/IP协议的格式进行封装,通过车载以太网接口发送到车载以太网总线。通过内置的查找映射表,转发负载信号,从而连接车载以太网网络和CAN网络,通过该设备连接车载以太网网络节点和CAN网络节点。

可以看出,何谦技术提供了车载以太网数据和CAN数据相互转换的技术,使得CAN ECU和车载以太网ECU可以在面向区域的E /E架构下正常通信。另外,SOME/IP通信和CAN通信最大的区别在于,SOME/IP通信是面向服务的,而CAN通信是面向信号的。面向服务的通信可以大大降低网络负载,提高通信效率,因此汽车自适应AUTOSAR采用SOME/IP作为通信中间件的SOA软件架构。何谦科技已成功量产部分/IP协议栈和自动化铰链矩阵SOA工具,用于域控制器、智能驾驶舱、仪表、ADAS辅助驾驶、自动驾驶等部分/IP通信应用。如图2所示。何谦科技提供的SOME/IP协议栈具有多种功能,如:SOME/IP-SD、SOME/IP、序列化和反序列化、事件、字段;;具有高性能:CPU负载lt;2%,请求amp响应小于1毫秒;;稳定性高。

图2何谦技术的一些/IP协议栈和自动化SOA工具

针对面向SOA的服务API开发繁琐的问题,何谦科技提出了Hinge-Matrix SOA工具,可以根据场景快速定制基于服务的API。Hinge-Matrix SOA工具,基于Excel格式文件等多种不同格式的配置文件,通过将Excel格式的配置文件导入到Hinge-Matrix SOA工具中,自动生成服务代码,并将生成的服务代码导入到SOME/IP协议栈中,从而快速完成Autosar API/Service API的开发,大大缩短了软件的开发周期。

综上所述,在未来很长一段时间内,车载以太网和CAN网络由于各自不同的优势,将在车载网络中共存。何谦技术提供的车载以太网部分/IP数据与CAN数据的相互转换方法,解决了车载以太网接口ECU与车载网络中CAN接口ECU之间的通信,为面向区域的E /E架构的应用奠定了坚实的基础。同时还提供了相应的SOME/IP协议栈和SOA快速代码生成工具。从许多方面来看,它

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