*作者：Neo Wong
车载网络发展带来新需求
在过去 20 年的汽车车载网络的竞争中，CAN 从 LIN、FlexRay、MOST、K-line、D2B 等竞争者中脱颖而出，凭借实时、稳定、可靠、错误检测等特性，统治了车载网络大半江山。
随着电子电器技术的发展，ADAS、自动驾驶、车联网等分布式计算应用越来越多出现在汽车中。汽车越来越朝着「软件产品定义」的方向来发展，通过更快地提供创新和提供不同类型的创新来增强客户体验，从而在数字化时代逐渐摆脱传统 V 开发周期的限制，产生更有个性化的汽车产品。
以目前一款典型的宝马轿车为例，一款汽车安装了 100 个以上 ECU，应用了 7 种以上通信技术，其中 30% 的 ECU 有多个网络接口，划分成为了 80 个子网，使用了超过 1 公里长的通信线缆来连接它们。这还不包含一些通过 SENT、PWM 等「私有连接」与 ECU 连接的传感器。各个网络之间通过网关来允许 ECU 之间进行更大规模的通信，从而形成了我们今天的以 Domain（域）为中心的车载电子 / 电器架构。
为了满足数字化未来对车载网络不断增加的要求，加快为客户引入新特性和功能的速度，并将单个汽车实体更好地整合到智慧交通的网络中，我们需要一个更好的汽车内部通信技术。这个通信技术应该健壮且灵活(在数据速率和拓扑结构方面)，并且支持与服务、安全和各种服务质量( QoS )元素相关的基本通信原则，以更好地解决 E / E 架构的复杂性问题。
因此，车载以太网被提了出来。通过近年来 OEM 厂商和 IC 技术公司（博通 Broadcom ）的不断努力，车载以太网已成为未来车辆骨干网的不二候选。基于以太网的通信遵循严格的协议层分离。
因此，它非常灵活和适应性强，为大量行业中的数据交换提供了基础。它本质上支持基于服务的通信，并且提供了最先进的安全性。2008 年，BWM 使用 100 BASE-TX 以太网用于 ECU flash 和诊断。2013 年，100 BASE-T1 (单根未屏蔽双绞线( UTP )电缆 100 Mbps)开始生产( SOP )。第一个 1000 BASE-T1 的 SOP (单 UTP 电缆 1 Gbps )预计随时会出台。
从 2015 年开始，来自音频视频桥接( AVB )标准的 QoS 协议已经在汽车中使用。以太网可以进行较高的数据速率的通信，与现有的 100 Mbps 和 1 Gbps 标准相比，用于汽车的 2.5、5 和 10 Gbps 以太网标准已接近完成( 2.5、5、10 GBASE-T1 )。两个新项目正在研究更高的数据速率，达到 25 + Gbps。
但是，超过 90% 的汽车通信需要低于 10 Mbps 的数据速率。用 100 Mbps 网络来满足这些通信需求，无论在成本还是功率方面都是低效的。从目前的车载网络标准速率分布图来看，在 2 Mbps 到 100 Mbps 之间有一个明显的空缺，需要有技术能够来填补。
以太网阵营的利器：10 BASE-T1S
以太网方面，IEEE 已经标准化了一个适用于汽车的 10 Mbps 以太网版本( 10 BASE-T1S)，该版本已于 2019 年上市。
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10 Base => 10Mbps speed grade
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T1 => physical layer is single twisted pair (unshielded)
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S => short range (favorite solution for Automotive purposes)
10 BASE-T1S 支持至少 8 个节点和 25 米链路长度的线性总线拓扑。
作为 IEEE-802.3 的一员，10 BASE-T1S 总线编号为 IEEE-802.3 cg，它通过标准媒体无关接口( MII )连接到现有交换机，从而无缝地集成到车载以太网通信中。
在使用 10 BASE-T1S 的总线拓扑的情况下，需要对服务质量方面给予关注，因此信道接入方法使用了一种称之为「PLCA」的轮询机制，它不像在 FlexRay 中使用的固定调度的情况那样浪费未使用的传输时隙，跟CAN系列规范相比使用的仲裁有更高的带宽利用率。PLCA 是对 CSMA / CD 的扩展，具体协议内容可以参考对应的标准，但请一定记住 10 BASE-T1S 是一种「总线」形式的以太网。
在 ECU 上，实现的方式目前一般有以下 3 种：
CAN 阵营不甘示弱，推出 CAN XL
面对以太网阵营的咄咄逼人，以元祖 CAN 的创造者 BOSCH 为代表 CiA 阵营提出了一个新的标准：CAN XL。
CAN XL 的设计指标主要是 3 点：
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通信速率提高到 10 Mbps；
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把单帧报文的数据有效载荷提升到 2048 Byte，以使得高层协议（如 IP ）可以跑在网络上；
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向下兼容 CAN / CAN FD。
CiA 的原话是：「designed to fill the gap between 100-Mbit/s automotive Ethernet」。这明显是针对的 2 Mbps 和 100 Mbps 之间这个巨大商机，必将与 10 BASE-T1S 发生激烈的正面碰撞。
CAN XL 与 CAN / CAN FD 的异同在其他网站上已有介绍，在此不再赘叙：http://www.21ic.com/app/control/202001/927067.htm
由于 CAN XL 尚未完全确定所有技术细节，下面主要介绍一下 CAN XL 发展情况：
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CiA CAN XL 规范于 2018 年 12 月开始，目标是在 2019 年底之前为 OSI 第 2 层(称为 CAN XL 协议)提供一个技术稳定的 CAN XL 规范。
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2019 年 2 月初，CiA 的 CAN XL 特别兴趣小组( SIG )在举行了第二次会议。由博世领导的 SIG 的目标是将 CAN 协议扩展到诸如雷达传感器、eCall 设备和麦克风的连接等应用。汽车制造商、供应商和半导体制造商对此兴趣浓厚。来自 20 家公司的 40 多名与会者参加了会议。
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在 2019 年 6 月，CiA 宣布它打算推出另一种广受欢迎的 CAN 总线技术，名为 CAN XL。
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CAN XL 将在 2020 年 3 月中旬在德国巴登-巴登举行的国际 CAN 大会( iCC )上正式推出。
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今年晚些时候，当 CAN XL 规范发布并且相关插件已经验证了第一个实现的互操作性时，CiA 将把它们提交给 ISO 进行国际标准化。
10 Base-T1S vs CAN XL
以太网技术跟 CAN 技术本身是完全不同的技术，一个是用来在一定时间内传输大量数据，另一个用在复杂恶劣情况下可靠传输数据，很难在一起做一个直接的比较。
Konrad Etschberger 博士曾经在一篇文章中比较了 CAN 和以太网的优缺点 。但他明显是站在 CAN 阵营，设计的实验也是不够完备和准确的（尤其是讨论 FPS 的）。本人才疏学浅，只能就个人对 10 Base-T1S 和 CAN XL 这两种技术的理解来进行比较，主要是从发布的标准进行定性的一些比较（也可以看作是「纸上谈兵」）：
传输速度：从数据净荷来看，两种技术相当，都可以达到 10 Mbps。但是为了兼容老的 CAN 规范，CAN XL 的帧头速率较低，这其实降低了整个的传输速率。
规范成熟度：10 Base-T1S 已经发布了标准文档。CAN XL 规范还没有最终确定，仍有一些悬而未决的问题待决定。
成本：这是 OEM 厂家最关心的话题。CAN 控制器目前是集成到处理器芯片中的，这减少了一部分软件成本也保证了一致性。除开交换机的成本因素，就单个处理器芯片来说，可能会有一些处理器集成 10 Base-T1S 控制器，但由于以太网软件协议栈的缘故可能会增加一些软件成本，带来协议一致性的问题；同时受限于 25 m 的最长通信线路和最大 8 个节点，会导致一些特殊域（如新能源电池 Domain ）使用起来会多分网段，增加成本。
安全性：CAN XL 继承了 CAN 的良好特性，可以保证收发数据无丢失，这个特性都是固化在 CAN 控制器中的。10 Base-T1S 跟其他以太网协议一样，需要通过较高层的协议（如 TCP ）才能检测出数据丢失，而且依赖于软件实现。
错误检测：CAN XL 跟 CAN 一样，可以检测故障并从故障中恢复出来，当帧头速率 1 Mbps 时可以在 23 uS 内恢复；但 TCP / IP 却要花几十 ms 才能从故障中恢复过来。
仲裁访问：CAN 提供无冲突和可预测的仲裁来管理竞争节点之间的网络访问。以太网总线仲裁过程( CSMA / CD - 载波侦听多路接入 / 冲突检测)中，仲裁时间是不可预知的，在最坏的情况下，当消息冲突连续发生时，节点将转储消息帧，并且不会尝试重新传输。
兼容性：这个不是太好比较。CAN XL 可以实现对大多数 CAN / CAN FD 应用的兼容，但是不支持远程帧和 29 bit 的 ID 场。10 BASE-T1S 在以交换机为核心的车载网络中是如鱼得水的。
软件可移植性：CAN XL 在一般乘用车 ECU 上移植软件问题不大，但商用车可能就要仔细考虑了，毕竟不支持 29 位 ID。10 BASE-T1S 继承以太网的良好特性，很多成熟的基于 TCP / IP 的工业界软件都容易移植到新的车载以太网协议上去。
协议扩展性：CAN XL 协议为使用的下一个更高的协议提供了一个 8 位指示器（ Embedded Layer-setting Parameters，ELP，嵌入式的层设置参数），不适合用经典的 OSI 参考模型去判断它的层级；ELP 有助于实现其他更高层的协议。10 BASE-T1S 当然是很好扩展的，毕竟以太网的良好底子在。
节能：CAN XL 可以支持低功耗后唤醒，而以太网目前是缺乏这个功能的。
小结
10 BASE-T1S 和 CAN XL 各有千秋。但在目前 10 BASE-T1S 在完成度上要暂时领先一步，而且拥有跟骨干网络同样的协议更是其一大优势。CAN XL 吸纳了 CAN 的优点，并做到了高速通信，加上 CAN 在业界深厚的积淀，最终二者和平共处于同一个平台也未可知。总之，成本会成为这一技术革新中最重要的决定因素。
