车载以太网

产生与发展

自1980年至今，IEEE组织、OPEN Aliance SIG组织、宝马、博通公司等为传统以太网到汽车领域的应用拓展发挥了十分关键的作用：

• 1980年，Ethernet 1.0成功发布；
• 1985年，IEEE 802小组公布802.3协议，推出了基于CSMA/CD的10M以太网技术；
• 2004年，BMW公司考虑采用博通公司的以太网技术并于2008年在宝马7系上成功量产以太网刷写技术，其中关键点在于博通公司的单对非屏蔽以太网全双工技术，并保证EMC测试全部PASS；
• 2013年，BroadR-reach技术成功在宝马5系的环视系统中成功量产；
• 近年来由著名汽车整车厂与供应商组成的OPEN Aliance SIG相继发布了TC8（车载以太网ECU测试规范）以及TC10（车载以太网休眠唤醒规范），同时携手IEEE将车载以太网标准转化为通用标准。

架构

1：物理层
车载以太网仅需要使用1对双绞线，而传统以太网则需要多对，线束较多。同时，传统以太网一般使用RJ45连接器连接，而车载以太网并未指定特定的连接器，连接方式更为灵活小巧，能够大大减轻线束重量。除此以外，车载以太网物理层需满足车载环境下更为严格的EMC要求，对于非屏蔽双绞线的传输距离可达15m（屏蔽双绞线可达40m）。虽然车载以太网只采用单对差分电压传输的双绞线，但是100M/s以太网可以通过回音消除技术来实现全双工通信。下面就通过表格形式列举出当前主流的物理层标准：

其中以太网所有物理层的功能全部集中在一个称为“PHY”的模块中，它将以太网控制器以及物理介质连接在一起，并且通过一个标准化接口MII连接，同时PHY模块与底层介质通过MDI接口连接，以100BSASE-T1所示，如下图所示

2：数据链路层
数据链路层可细分为LLC(Logic Link Control)以及MAC（Media Access Control）两个层级。此两层级定义与作用如下：

• LLC：负责向上层提供服务，管理数据链路通信，链接寻址定义等，与所用物理介质没有关系；
• MAC：负责数据帧的封装，总线访问方式，寻址方式以及差错控制等，MAC层的存在则可以使得上层软件与所用物理链路完全隔离，保证了MAC层的统一性；

其中LLC子层的服务与服务在IEEE 802.2 LAN协议中有所定义，MAC层的主要功能作用则在IEEE 802.3中定义，并采用CSMA/CD访问控制方式，一般MAC层协议在俗称的“网卡”中实现。

• 以太网帧格式
  以太网随着历史发展总共存在5种帧格式，不同的以太帧存在不同的类型及MTU值(最大传输数据长度)，且可以在同一物理介质上同时存在。目前广泛使用的以太网帧格式主要有2种，分别为Ethernet II帧格式与IEEE802.3帧格式。其中车载以太网主要采用Ethernet II帧格式。
  
  
  

特别的，我们可以通过判别“类型/长度”字段来进一步判断当前帧的类型。若该字段值小于等于0x5DC，那么该帧为IEEE 802.3格式，若该字段值大于等于0x600，则该帧为Ethernet II帧格式。同时需要注意Ethernet II帧格式并没有LLC子层的概念，只有MAC层来处理数据服务等内容，而IEEE 802.3则可以。

2:MAC帧格式

• 特别地，如图所示，“VLAN Tag”字段可选，当没有VLAN Flag则为Basic MAC帧，当存在该字段时，则为VLAN MAC帧，即MAC帧可分为基本MAC帧(无VLAN)和标记MAC帧(包括VLAN)两种。
• 其中“类型”字段通常可以为以下几种类型，且该类型列表由IEEE组织来维护
  
• MAC寻址方式
  • 前3个字节为组织唯一标识号，由IEEE分配给到网卡生产厂商,其中Byte5/Bit1表示该MAC地址是全球地址还是本地地址，Byte5/Bit 0 用于表示该帧为组播MAC地址，单播地址还是广播地址；
    • 0：单播地址(1对1)，普通终端设备接收；
    • 1：组播地址(1对多)，仅交换机会接收，普通终端设备不会接收；
    • 48个bit全为1：表示为广播地址，所有设备均会接收；
      
• MAC VLAN
  
  如上图所示，ECU1与ECU2被划分为属于同一VLAN1，而ECU2与ECU4则被划分为属于同一VLAN2。只需要提前配置好各ECU所属的VLAN即可，基于MAC的VLAN的优点在于即使换了连接端口或者交换机都可以自动重新识别，不需要重复进行配置，主要用于DHCP或者ARP协议发送广播帧的场景。
  正如前面所述MAC帧可分为基本MAC帧(无VLAN)和标记MAC帧(包括VLAN)两种，而如果为如果时标记MAC帧，那么就会使用到VLAN Tag，同时“数据”字段的最小长度为不带VLAN标记的46Byte与带VLAN标记的42Byte，因为VLAN Tag占用了4个字节，最大数据长度均为1500Byte。
  
  • PRI(3Bit)：帧优先级，就是通常所说的802.1p；
  • CFI(1Bit)：规范标识符，0为规范格式，用于802.3或Ethernet II以太网帧；
  • VLAN ID：就是VLAN的标识符ID；

3：网络层
一般就是IPV4

4：传输层
一般就是TCP\UDP，不再赘述

5：应用层
在车载以太网领域，目前主流涉及到的应用协议主要有UDP-NM，DOIP，Some/IP，SD以及传统以太网需配合支持的ICMP，ARP，DHCP等协议。

参考资料

几乎全部复制的下面链接的，他甚至更详细，可以直接去看，我就是记录一下，方便查找。
https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU3OTI4NzY0OQ==&mid=2247487983&idx=1&sn=f3b6e8fd42e253db3411fe9eb8ca25c7&chksm=fd693ee1ca1eb7f78b0f8f196fbbdb3a56274f8a8ed101546fd4480671afb5787aa6d9f14961&scene=21#wechat_redirect