參考：https://www.sohu.com/a/231971308_465591
伴隨着汽車電子產品的不斷增多，車內電控系統規模和復雜性日益增加，ECU 數量也不斷攀升。據統計，1996 年，歐美典型的車輛上 ECU 數量為 6 個，到 2009 年，歐美高端車的控制器數量已經大於 70 個。同時，新的功能需求對車載網絡提出不同要求，如高帶寬、安全性、低成本等，而傳統 CAN 總線已經滿足不了日益增加的新需求。
駕乘者對智能汽車（含信息娛樂和通信）期待越來越高，采用滿足需求的新型車載總線迫在眉睫。隨着2011年Broadcom公司推出第一款滿足車載EMC要求的車載Ethernet芯片以來，越來越多的整車廠將目光投向車載 Ethernet 技術。通過Ethernet的高帶寬，可實現快速程序刷新、音頻、視頻等流媒體傳輸以及車輛的主干網。
1. 車載總線網絡概述
傳統的車載網絡主要有 LIN、CAN、FlexRay 及 MOST：
- LIN 總線適合用於汽車車窗、天窗、座椅、車內照明等通信速度較低的應用場景，在滿足通信速度需求與無需 CAN 總線性能的同時可進一步降低網絡成本，因此在現代汽車應用中通常作為 CAN 總線的補充網絡。
- CAN 總線是一個性能穩健並久經車輛實踐應用的網絡，具備成本低與高可靠性特點，已成為各汽車制造商車載網絡設計應用的首選網絡。
- FlexRay 提供兩個獨立信道，采用雙信道冗余結構，基於時間發送報文，所有節點共享高准確時基，實現最高級別的可靠性，該總線用於滿足汽車環境下獨特的網絡需求，支持重要的安全線控技術應用，如線控轉向、線控制動等。
- MOST 用於滿足車載信息娛樂應用的特殊需求，內置流媒體數據信道，高數據帶寬，支持多種光纖電纜布線方式，EMC 性能良好，主要應用於汽車音頻、視頻數據傳輸。
依據相關車載總線各自特點，在汽車網絡中實現不同的應用。現有車載總線主要技術特點見表 1。
隨着汽車科技化、智能化、網絡化的不斷發展，汽車 ADAS 系統、高清車載娛樂系統、車聯網系統、雲服務及大數據等新興技術在車輛上的應用，現有車載總線無法滿足當前需求，亟需一種高帶寬、可開放、可擴展、兼容性強及網絡聚合便捷的車載網絡，同時滿足車載嚴格法規要求、車載電氣環境、高可靠性要求。因此，一種新型車載網絡（車載以太網）應運而生。車載以太網是一種連接車內電子單元的新型局域網技術，與普通民用以太網使用 4 對非屏蔽雙絞線電纜不同，車載以太網在單對非屏蔽雙絞線上可實現 100 Mbit/s 甚至 1 Gbit/s 的數據傳輸速率，同時滿足汽車行業高可靠性、低電磁輻射、低功耗、帶寬分配、低延遲以及同步實時性等方面的要求。
2. 車載以太網協議架構
車載以太網協議是一組多個不同層次上的協議簇，但通常被認為是一個4層協議系統：應用層、傳輸層、網絡層、數據鏈路層，每一層具有不同的功能。4層結構對應於 OSI 參考模型，並且提供了各種協議框架下形成的協議簇及高層應用程序，車載以太網及其支持的上層協議的技術架構見下圖。
2.1 物理層（OABR）
參照 OSI 模型，車載以太網在物理層，即第 1、第 2 層采用了博通公司的 BroadR-Reach 技術，BroadR-Reach 的物理層（PHY）技術由 OPEN（One-pair Ethernet Alliance，一對以太網）聯盟推動，因此有時也被稱為 OPEN 聯盟 BroadR-Reach（OABR）。
BroadR-Reach 提供標准以太網的 MAC 層接口，因而能夠使用與其它以太網類型相同的數據鏈路層邏輯功能及幀格式，能夠通過與其他以太網類型相同的方式運行高層協議和軟件。
BroadR-Reach 利用兩組編碼和信令方法將 MAC 層 100 Mb/s 的數據流轉換成 66 Mbaud/s 的三元信號，可使 100 Mb/s 的數據速率能夠在較低的頻率范圍內實現，從而使得 BroadR-Reach 以較低的布線成本實現高數據速率。較低的信號帶寬可以改善回波損耗，減少串擾，並確保車載以太網可滿足汽車電磁輻射標准要求。BroadR-Reach 在單對非屏蔽雙絞線上傳輸差分信號，與 CAN 等其他車載網絡類似，同時 BroadR-Reach 能夠為網絡提供電流隔離，其接地偏移額定值高達 2500 V。
BroadR-Reach 支持全雙工通信，可使一條鏈路上的兩個車載以太網節點能夠同時發送和接收數據。BroadR-Reach 利用先進的數字信號處理技術實現一條鏈路上的兩個節點能夠同時在該鏈路中發送和接收數據，包括使用混合電纜等特殊設備和回音抵消等技術，使各以太網節點能夠區分發送和接收的數據。
以上先進技術在車載以太網上的應用，使得 BroadR-Reach 物理層與傳統車載 CAN、LIN、Flexray 網絡相比，區別巨大且更加復雜，使得車載網絡開發、測試工程師的相關經驗不易在車載以太網開發測試工作上移植、應用。
2.2 AVB 協議簇
AVB——以太網音視頻橋接技術（Ethernet Audio Video Bridging）是IEEE的802.1任務組於2005開始制定的一套基於新的以太網架構的用於實時音視頻的傳輸協議集。
汽車在信息娛樂與駕駛輔助領域的快速發展，需要更多的音視頻數據在汽車系統中進行傳輸，因此基於以太網的音視頻橋接（AVB）技術得到應用。
AVB 的高帶寬和服務品質，確保數據的及時傳遞、更高的可靠性與較低的成本、開放的技術標准等特點，非常適合通過 AVB 協議應用在汽車部署中。
AVB 協議簇包括為精准時鍾定時和同步協議（gPTP，Precision Time Protocol）、流預留協議（SRP）、時間敏感流的轉發和排隊協議（FQTSS）及音視頻傳輸協議（AVBTP）。其中，車載以太網中為了降低時延，一般不會動態預留帶寬，所以暫且不用考慮SRP所產生的時延；而其余三個協議主要是流量調度產生的時延（即干擾遲滯）和時鍾同步產生的時延。
1. 802.1AS：精准時間同步協議（Precision Time Protocol，簡稱PTP）
2. 802.1Qat：流預留協議（Stream Reservation Protocol，簡稱SRP）
3. 802.1Qav：排隊及轉發協議（Queuing and Forwarding Protocol，簡稱Qav）
4. 802.1BA：音視頻橋接系統（Audio Video Bridging Systems）
5. 1722：音視頻橋接傳輸協議（Audio/Video Bridging Transport Protocol，簡稱AVBTP）
6. 1733：實時傳輸協議(Real-Time Transport Protocol，簡稱RTP)
7. 1722.1：負責設備搜尋、列舉、連接管理、以及基於1722的設備之間的相互控制。
AVB不僅可以傳輸音頻也可以傳輸視頻。用於音頻傳輸時，在1G的網絡中，AVB會自動通過帶寬預留協議將其中750M的帶寬用來傳輸雙向420通道高質量、無壓縮的專業音頻。而剩下的250M帶寬仍然可以傳輸一些非實時網絡數據。用於視頻傳輸時，可以根據具體應用調節預留帶寬。比如：750M帶寬可以輕松傳輸高清full HD視覺無損的視頻信號。並且可以在AVB網絡中任意路由。
AVB中的802.1AS是1588協議在二層架構下一種具體實現。是AVB協議集中最重要的一部分。
2.3 TCP/IP 協議簇
TCP/IP 協議簇對應 OSI 模型的傳輸層，該部分是網絡結構的中心部分，是下方硬件相關層和上方軟件處理層的重要連接點。
TCP/IP 協議負責提供一些重要的服務以使高層的軟件應用能夠在互聯網絡中起作用，充當高層應用需求和網絡層協議之間的橋梁。TCP/IP 主要負責主機到主機之間的端到端通信。兩個關鍵的傳輸協議為用戶數據報協議（UDP）和傳輸控制協議（TCP）。
2.4 應用層協議
應用層協議是用戶與網絡的交互界面，負責處理網絡特定的細節信息覆蓋了 OSI 參考模型的第 5 層至第 7 層。
應用層可根據用戶需求為用戶提供多種應用協議，如超文本傳輸協議（HTTP）、通信控制（SOME/IP）、服務發現（Service Discovery）、動態主機配置協議（DHCP）、流媒體服務（Stream Media Service）、設備發現、連接管理和控制協議（IEEE 1722.1 AVDECC）等。
3. 車載以太網標准化及應用
汽車智能網聯的應用，需支持多種系統和設備，同時需具備內、外網絡聚合能力，車載網絡必須是可擴展的，具有良好的兼容性，因此車載以太網在實現和創新車內應用過程中，標准化是一個重要的驅動因素。通過標准化，可以讓 OEM 滿足顧客需求，並確保產品品質。各主機廠依據標准來設計，不僅可以縮短產品的上市時間，而且還能保證產品的可用性、生命周期、升級能力以及互操作性。
3.1 車載以太網標准化現狀
車載以太網標准化主要由 IEEE802.3 和 IEEE802.1 工作組、AUTOSAR 聯盟、OPEN 聯盟及 AVnu 聯盟起到主要的推動作用，標准化情況匯總見下表。
3.2 車載以太網應用
車載以太網被定義為下一代車載局域網絡技術，短期內無法全部取代現有車載網絡，其在汽車行業上的應用需要一個循序漸進的過程。依據車載以太網在汽車網絡上的應用過程，大致可分為 3 個階段：局部網絡階段、子網絡階段、多子網絡階段。
- 局部網絡階段，可單獨在某個子系統上應用車載以太網技術，實現子系統功能，如基於 DoIP 協議的 OBD 診斷、使用 IP 協議的攝像頭等；
- 子網絡階段，可將某幾個子系統進行整合，構建車載以太網子系統，實現各子系統的功能，如基於 AVB 協議的多媒體娛樂及顯示系統、ADAS 系統等；
- 多子網絡階段，將多個子網絡進行整合，車載以太網作為車載骨干網，集成動力、底盤、車身、娛樂等整車各個域的功能，形成整車級車載以太網絡架構，實現車載以太網在車載局域網絡上的全面應用。
4. 車載以太網測試
隨着汽車數量的不斷增加，人們對汽車的功能性和安全性的要求也不斷提高。汽車的高品質、高可靠性以及高安全性需要充分完整的測試進行保證，車載以太網研發過程中應盡早快速、有效地發現問題並早期解決問題，降低成本損失。
4.1 傳統以太網與車載以太網測試區別
以太網是計算機有線網絡標准之一，一般用於家庭和工作單位所用的 LAN 是最常用的技術標准。傳統以太網測試與車載以太網測試存在一定的差異。如傳統的 IT 行業對以太網一致性要求不高，無一致性測試標准，汽車行業對車載以太網測試要求高，已由相應的組織或聯盟制定了行業的一致性測試標准。相應測試對比信息見下表。
4.2 車載以太網測試內容
車載以太網面對激增的功能和復雜度，在保證高度測試覆蓋率的同時，通過標准化測試降低測試周期和成本。主要測試報告物理層測試、一致性測試、性能測試、功能測試、網絡安全測試以及一些基礎測試，相關測試項見表 4。
車載以太網測試可參照國際通用的 V 模型，測試階段分為部件測試、系統測試、實車測試。各階段主要測試內容可分為一致性測試、性能測試、OEM 定義的測試內容：
- 一致性測試內容主要為標准一致性、互操作性、穩定性和魯棒性測試；
- 性能測試主要進行仿真真實通信場景測試、功能測試、多種度量方法分析（例如延遲、吞吐量、抖動、丟包、服務質量、時間同步等）。
- 部件測試包含 AVnu 定義的相關測試、OEM 自定義的測試、OPENTC8 定義的相關測試等；
- 系統測試包含通信測試、診斷測試、網絡管理測試、網關路由測試、刷寫測試以及 Feature 相關測試等；
- 實車測試主要包含以太網 Feature 相關測試、OEM 定義的測試內容等。
車載以太網的基礎測試與網絡安全測試貫穿於測試流程的各個階段。