CN110224909A - 车载网络系统及汽车 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车载网络系统及汽车，包括：主控制器设有CAN控制器、主RGMII/SGMII端口、主SPI端口及主xMII端口；每个CAN收发器均设有UART端口、INH端口及CAN控制器对外输出接口，每个CAN收发器中的UART端口与INH端口均对应连接至CAN控制器，且CAN控制器对外输出接口连接至第一车载电器；以太网交换机设有第一RGMII/SGMII端口及第一SPI端口，第一RGMII/SGMII端口与主RGMII/SGMII端口相连接，第一SPI端口与主SPI端口相连接；第一以太网PHY与主xMII端口相连接，第一以太网PHY还连接至第二车载电器，以实现对外的PHY接口功能。

Description

车载网络系统及汽车

技术领域

本发明涉及网络技术领域，尤其涉及一种车载网络系统及汽车。

背景技术

随着网络技术的快速发展，汽车，比如人工驾驶车辆与无人驾驶车辆等，一般都会配置网络系统。

网络是用通信线路和通信设备将分布在不同地点的多台自治计算机系统互相连接起来，按照共同的网络协议，共享硬件、软件，最终实现资源共享的系统。利用网络，人们不仅可以实现资源共享，还可以交换资料、保持联系、进行娱乐等。现在很多人的生活和工作已经和网络密不可分了。网络的实现，使单一的、分散的计算机有机地连成一个系统，它主要有以下功能包括。

1、资源共享，网络的主要功能就是资源共享。

2、快速传输信息，分布在不同地区的计算机系统，可以通过网络及时、高速地传递各种信息，交换数据，发送电子邮件，使人们之间的联系更加紧密。

3、提高系统可靠性，在网络中，由于计算机之间是互相协作、互相备份的关系，以及在网络中采用一些备份的设备和一些负载调度、数据容错等技术，使得当网络中的某一部分出现故障时，网络中其他部分可以自动接替其任务。

4、易于进行分布式处理，在网络中，还可以将一个比较大的问题或任务分解为若干个子问题或任务，分散到网络中不同的计算机上进行处理计算。

5、综合信息服务，在当今的信息化社会里，个人、办公室、图书馆、企业和学校等，每时每刻都在产生并处理大量的信息。这些信息可能是文字、数字、图像、声音甚至是视频，通过网络就能够收集、处理这些信息，并进行信息的传送。

为实现网络连接，网关则应运而生，网关，是能够连接不同网络的软件和硬件的结合产品。特别地，它们可以使用不同的格式、通信协议或结构连接起两个系统。网关实际上通过重新封装信息以使它们能被另一个系统读取，为了完成这项任务，网关必须能够应用通信，建立和管理会话，传输已经编码的数据，并解析逻辑和物理地址数据。

网关产品包括交换机(switch)，交换机是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备，是一种基于MAC地址(物理地址)识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。

现有的车载网关产品，要么是单一的CAN总线网关功能，要么是单一的以太网网关功能，随着车内电器模块的增大，功能越来越复杂，需要各电器模块相互交互的场景和应用也越来越多，传统的单一功能的CAN网关或者以太网网关显得不能满足需求，但两种模块同时出现在车，需要分别自带有MCU，不仅增加成本，还增加结构空间，降低交互效率。

综上所述，现有的汽车上的网络系统无法满足网络快速发展的需求，无法跟上物联网发展的速度，难以满足用户的用户需求，影响用户体验，进而导致产品的市场竞争力下降。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种车载网络系统及汽车，利用一个主控制器便能够实现车身各电器设备的CAN交互与以太网交互，并能够很好地丰富和增强汽车上的网络系统功能。

本发明提供一种车载网络系统，所述车载网络系统装置在汽车上，所述车载网络系统包括：主控制器，所述主控制器设有CAN控制器、主RGMII/SGMII端口、主SPI端口及主xMII端口；多个CAN收发器，每个CAN收发器均设有UART端口、INH端口及CAN控制器对外输出接口，每个CAN收发器中的UART端口与INH端口均对应连接至所述CAN控制器，每个CAN收发器中的CAN控制器对外输出接口连接至第一车载电器；以太网交换机，所述以太网交换机设有第一RGMII/SGMII端口及第一SPI端口，所述第一RGMII/SGMII端口与所述主RGMII/SGMII端口相连接，所述第一SPI端口与所述主SPI端口相连接；第一以太网PHY，所述第一以太网PHY与所述主xMII端口相连接，所述第一以太网PHY还连接至第二车载电器，以实现对外的PHY接口功能。

进一步地，所述以太网交换机包括至少四个PHY接口，每个PHY接口连接至一个第二车载电器。

进一步地，所述第一RGMII/SGMII端口为两个，且两个第一RGMII/SGMII端口中的另一个第一RGMII/SGMII端口外接一第二以太网PHY，以实现对外的PHY接口功能。

进一步地，所述以太网交换机还设有第一SGMII端口，所述第一SGMII端口外接一第三以太网PHY，以实现对外的PHY接口功能。

进一步地，所述以太网交换机还设有用于以太网诊断的连接端口。

进一步地，所述连接端口为100TX端口。

进一步地，所述多个CAN收发器至少为六个，以形成六个CAN控制器对外输出接口。

进一步地，六个CAN控制器对外输出接口中的四个CAN控制器对外输出接口为普通CAN接口，六个CAN控制器对外输出接口中的两个CAN控制器对外输出接口为高速CAN接口。

本发明还提供一种汽车，包括如上述的车载网络系统。

进一步地，所述汽车包括人工驾驶车辆与无人驾驶车辆。

本发明提供的车载网络系统及汽车，通过将车载CAN网关和以太网网关设置在一个主控制器内，降低成本，减小结构空间，提高交互效率和可靠性，使得车载网络系统利用一个主控制器便能够实现车身各电器设备的CAN交互与以太网交互，并能够很好地丰富和增强汽车上的网络系统功能，较大限度地满足网络快速发展的需求，使其适应物联网的发展速度，进而满足用户的用户需求并改善用户体验，提高产品的市场竞争力。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明第一实施例的车载网络系统与车载电器连接的结构框图；

图2为图1中的车载网络系统的电路结构示意图；

图3为本发明第二实施例的汽车的结构框图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明详细说明如下。

请参考图1，图1为本发明第一实施例的车载网络系统10的结构框图。本实施例提供的车载网络系统10可以但并不限于装置在汽车上。如图1所示，车载网络系统10可以同时与车身上的多个车载电器电连接，以丰富并增强车身各电器模块之间的交互功能。具体地，在本实施例中，多个车载电器可以但不限于包括多个第一车载电器C1，C2……Cn与多个第二车载电器E1，E2……En。具体地，第一车载电器可以但不限于与CAN控制器进行通信连接，以实现多个第一车载电器C1，C2……Cn通过CAN进行交互。第二车载电器可以但不限于与以太网网关进行通信连接，以实现多个第二车载电器E1，E2……En通过以太网进行交互。进一步地，第一车载电器与第二车载电器还可以通过车载网络系统10实现快速数据交互，以丰富并增强车身各电器模块之间的交互功能。

请一并参考图2，图2为图1中的车载网络系统10的电路结构示意图。如图1与图2所示，本实施例提供的车载网络系统10包括但不限于主控制器MCU、多个CAN收发器(CANTransceiver)、以太网交互机(Ethernet Switch)及第一以太网PHY(Ethernet PHY)。

具体地，在本实施例中，主控制器MCU设有CAN控制器(CAN Controller)、主RGMII/SGMII端口、主SPI端口及主xMII端口。每个CAN收发器均设有UART端口、INH端口及CAN控制器对外输出接口。以太网交换机设有第一RGMII/SGMII端口及第一SPI端口。

具体地，在本实施例中，MII(Medium Independent Interface，介质无关接口、介质独立接口)，可以不用考虑媒体是铜轴、光纤、电缆等，其相关工作可以由物理接口收发器(PHY)或者媒体接入控制器(MAC)的芯片完成。此外，从MII简化出来的标准，比如RMII(Reduced MII，简化的MII)、SMII(串行MII)、GMII(Gigabit MII，吉比特MII)、RGMII(Reduced GMII，简化的GMII)以及SGMII(串行的GMII)。SPI(Serial PeripheralInterface，串行外设接口)，一种同步串行外设接口,可以使MCU的控制器与各种外围设备以串行方式进行通信以交换信息。CAN控制器(CAN Controller)是CAN局域网控制器的简称，为解决现代汽车中众多测量控制部件之间的数据交换而开发的一种串行数据通信总线，而CAN收发器实现CAN总线的物理层传输。UART是一种通用串行数据总线，用于异步通信。该总线双向通信，可以实现全双工传输和接收，INH端口表示高电平唤醒。

在具体连接时，每个CAN收发器中的UART端口与INH端口均对应连接至CAN控制器，每个CAN收发器中的CAN控制器对外输出接口连接至第一车载电器，第一RGMII/SGMII端口与主RGMII/SGMII端口相连接，第一SPI端口与主SPI端口相连接，第一以太网PHY与主xMII端口相连接，第一以太网PHY还连接至第二车载电器，以实现对外的PHY接口功能。

需要说明的是，以太网交换机包括至少四个PHY接口，每个PHY接口连接至一个第二车载电器，具体地，PHY接口通过桥接(Brigde，BR)方式与第二车载电器连接。换而言之，本实施方式可以实现总共五个PHY接口的外接网络功能。

进一步而言，第一RGMII/SGMII端口为两个，且两个第一RGMII/SGMII端口中的另一个第一RGMII/SGMII端口外接一第二以太网PHY，以实现对外的PHY接口功能。通过外接一以太网PHY的方式，本实施方式进而实现了总共六个PHY接口的外接网络功能。

值得一提的是，以太网交换机还设有第一SGMII端口，第一SGMII端口外接一第三以太网PHY，以实现对外的PHY接口功能。总而言之，本实施方式总共实现七个PHY接口的外接网络功能，但不限于此，例如在其他实施例中，还可以通过多个以太网交换机进行扩展式级联，在两个以太网交换机进行扩展式级联中，一个以太网交换机中的第一RGMII/SGMII端口与主RGMII/SGMII端口相连接，第一SPI端口与主SPI端口相连接，而另一个以太网络交换机中的第二RGMII/SGMII端口与第一SGMII端口相连接，第二SPI端口与主SPI端口相连接，以实现两个以太网交换机的扩展式级联。通过这种方式，很好地扩展了更多的外接网络功能接口。

此外，以太网交换机还设有用于以太网诊断(Diag)的连接端口。具体而言，用于以太网诊断的连接端口为100TX端口。

进一步而言，主控制器MCU中的CAN控制器至少包括六个CAN控制器端口，并在每个CAN控制器端口处增加一个CAN收发器，具体地，CAN控制器与CAN收发器之间通过UART连接通信。在本实施方式中，多个CAN收发器至少为六个，以形成六个CAN控制器对外输出接口，每个CAN控制器对外输出接口可以与一个第一车载电器连接，以实现外接网络功能接口。换而言之，本实施方式的车载网络系统10可以实现至少六个第一车载电器通过CAN进行交互。

需要说明的是，本实施方式中六个CAN控制器对外输出接口中的四个CAN控制器对外输出接口为普通CAN接口CAN1，CAN2，CAN3，CAN4，六个CAN控制器对外输出接口中的两个CAN控制器对外输出接口为高速CAN接口CAN FD1，CAN FD2，但并不限于此，六个CAN控制器对外输出接口中的普通CAN接口与高速CAN接口的比例可以根据第一车载电器的需要而设置成相应的比例，例如六个CAN控制器对外输出接口也可以全部为普通CAN接口等等。

具体地，在本实施例中，车载网络系统10通过使用带有CAN控制器和Ethernet MAC的微处理器做为智能网关的主控制器MCU，多个端口的CAN控制器通过CAN收发器挂到车身总线上，至少可以提供车身上的六个第一车载电器通过CAN进行交互。主控制器MCU中的两个Ethernet Mac端口分别接以太网PHY和以太网交换机，且以太网交换机可以扩展六个PHY端口，至少可以提供车身上七个第二车载电器通过以太网进行交互。由于CAN控制器和Ethernet MAC设置在同一芯片内，使得车载网络系统10对各端口管理更加便捷和高效，降低成本的同时提高网关性能。进而能够使得车载网络系统10可为车身上的电器设备提供六路CAN交互和七路以太网交互外加一路以太网诊断，可以大大丰富和增强车身各电器设备的交互功能。

具体地，本实施提供的车载网络系统10，通过将车载CAN网关和以太网网关设置在一个主控制器MCU内，降低成本，减小结构空间，提高交互效率和可靠性，使得车载网络系统10利用一个主控制器MCU便能够实现车身各电器设备的CAN交互与以太网交互，并能够很好地丰富和增强汽车上的网络系统功能，较大限度地满足网络快速发展的需求，使其适应物联网的发展速度，进而满足用户的用户需求并改善用户体验，提高产品的市场竞争力。

请参考图3，图3为本发明第二实施例的汽车100的结构框图。如图3所示，本实施例提供的汽车100包括车载网络系统110，具体地，车载网络系统110的具体结构可以参考图1至图2所示实施例中的车载网络系统10，在此不再赘述。

值得一提的是，本实施例中的汽车100包括人工驾驶车辆与无人驾驶车辆，但并不限于此，例如汽车100还可以为智能平衡车等等。

综上所述，本申请实施例提供的车载网络系统10及汽车100，将每个CAN收发器中的UART端口与INH端口均对应连接至CAN控制器，每个CAN收发器中的CAN控制器对外输出接口连接至第一车载电器，第一RGMII/SGMII端口与主RGMII/SGMII端口相连接，第一SPI端口与主SPI端口相连接，第一以太网PHY与主xMII端口相连接，第一以太网PHY还连接至第二车载电器，以实现对外的PHY接口功能，通过这种连接方式，本申请实现一个主控制器MCU可同时实现CAN交互和以太网交互，大大丰富和增强了车身各电器设备之间的交互功能。本申请能够很好地丰富和增强汽车100上的网络系统功能，较大限度地满足网络快速发展的需求，使其适应物联网的发展速度，进而满足用户的用户需求并改善用户体验，提高产品的市场竞争力。

在具体的应用例中，上述车载网络系统10最终可以构成CAN交互与以以太网交互结合的通信链路，以使得各种电器设备之间实现通信连接、交互功能。具体地，以车载网络系统10中的以太网交互为例进行说明，比如ADAS(Advanced Driver Assistant System，先进驾驶辅助系统)，其可以利用安装于车上的各式各样的传感器，在第一时间收集车内外的环境数据，进行静、动态物体的辨识、侦测与追踪等技术上的处理，从而能够让驾驶者在最快的时间察觉可能发生的危险，以引起注意和提高安全性的主动安全技术。ADAS采用的传感器主要有摄像头、雷达、激光和超声波等，可以探测光、热、压力或其它用于监测汽车100状态的变量，通常位于车辆的前后保险杠、侧视镜、驾驶杆内部或者挡风玻璃上。不难看出，上述ADAS功能所使用的各种智能硬件，均可以通过本申请的以以太网交互实现通信连接、交互，但并不限于此。

具体来说，可以在智能硬件间进行多媒体、控制、诊断和传感信息中的至少一种通讯，智能硬件可以包括光驱、数字媒体播放器、收音机、显示器、扬声器、卫星收音机、音频放大器、图像捕捉设备、卫星导航系统、交换机、桥接器、路由器以及诊断传感器或监视器，且均能够通过车载网络系统10的CAN链路或以以太网交互进行通讯。

本申请以无人驾驶车辆为例，其还可以包括主机等，主机可包括适当的逻辑器件、电路和/或代码以用于实现OSI模型(Open System Interconnection，开放式通信系统互联参考模型)上面五层的运行和/或功能操作。因此，主机会生成用于网络传输的数据包和/或对这些数据包进行处理，并且还会对从网络接受到的数据包进行处理。同时，主机可通过执行相应指令和/或运行一种或多种应用程序来为本地用户和/或一个或多个远程用户或网络节点提供服务。在本发明的不同实施例中，主机可采用一种或多种安全协议。

本申请的PHY接口可支持标准数据率和/或非标准数据率，另外，本申请主控制器MCU可以为带有Ethernet MAC(以太网MAC控制器)的MCU，其MAC可包括适当的逻辑器件、电路和/或代码以用于对支持数据链路层的操作和/或功能进行处理。因此，对于输出的数据，MAC会从主机处接收数据，添加头部信息或者将数据打包以供通过网络进行路由，并且将数据传送给PHY接口。类似地，对于输入的数据，MAC会从PHY接口处接收比特，将比特重组成数据包并将这些数据包传送给主机。

PHY接口可包括适当的逻辑器件、电路和/或代码以用于对物理层符号通过物理媒质进行收发。因此，PHY接口可接收来自MAC的数据，将数据转换为一个或多个物理层符号，并且将所述符号施加到物理媒质上。类似地，PHY接口可接收物理层符号，对符号进行处理以提取出符号所代表的数据比特，并且将所述数据比特传送到MAC。在本申请的各种实施例中，PHY接口能够根据相应的数据发送和/或接收来生成时间戳。在本申请的不同实施例中，PHY接口可与一种或多种不同的物理媒质例如铜、光纤和/或底板相连接。因此，由于以太网的大规模使用，以太网的连线或其他物理媒质与其它技术的相应连线和/或物理媒质相比起来成本低廉和/或易于找到。

在本申请的各实施例中，PHY接口对于比如无人驾驶车辆的车载电子系统来说，扩展范围并非必须，但是用于以以太网交互范围扩展的方法和系统仍然可以被用来提高以以太网交互的电磁发射效率和/或承受力。由于车载电子系统存在较高程度的干扰，因此可能需要使用具有较低电磁发射效率和/或承受力的以以太网交互。

在本申请中，以太网交换机交换机，可以具有AVB功能(Audio Video Bridging，满足IEEE 802.1的标准集合)，和/或包括有一条或多条非屏蔽双绞线，每一端可以具有8P8C模块连接器。在本申请其他实施例中，该物理链路可以是光纤或者底板。

具体地，本实施例提供的汽车，通过将车载CAN网关和以太网网关设置在一个主控制器内，降低成本，减小结构空间，提高交互效率和可靠性，使得车载网络系统利用一个主控制器MCU便能够实现车身各电器设备的CAN交互与以太网交互，并能够很好地丰富和增强汽车上的网络系统功能，较大限度地满足网络快速发展的需求，使其适应物联网的发展速度，进而满足用户的用户需求并改善用户体验，提高产品的市场竞争力。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于终端类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

Claims (10)

1.一种车载网络系统，其特征在于，所述车载网络系统装置在汽车上，所述车载网络系统包括：

主控制器，所述主控制器设有CAN控制器、主RGMII/SGMII端口、主SPI端口及主xMII端口；

多个CAN收发器，每个CAN收发器均设有UART端口、INH端口及CAN控制器对外输出接口，每个CAN收发器中的UART端口与INH端口均对应连接至所述CAN控制器，每个CAN收发器中的CAN控制器对外输出接口连接至第一车载电器；

以太网交换机，所述以太网交换机设有第一RGMII/SGMII端口及第一SPI端口，所述第一RGMII/SGMII端口与所述主RGMII/SGMII端口相连接，所述第一SPI端口与所述主SPI端口相连接；

第一以太网PHY，所述第一以太网PHY与所述主xMII端口相连接，所述第一以太网PHY还连接至第二车载电器，以实现对外的PHY接口功能。

2.如权利要求1所述的车载网络系统，其特征在于，所述以太网交换机包括至少四个PHY接口，每个PHY接口连接至一个第二车载电器。

3.如权利要求1所述的车载网络系统，其特征在于，所述第一

RGMII/SGMII端口为两个，且两个第一RGMII/SGMII端口中的另一个第一RGMII/SGMII端口外接一第二以太网PHY，以实现对外的PHY接口功能。

4.如权利要求1所述的车载网络系统，其特征在于，所述以太网交换机还设有第一SGMII端口，所述第一SGMII端口外接一第三以太网PHY，以实现对外的PHY接口功能。

5.如权利要求1所述的车载网络系统，其特征在于，所述以太网交换机还设有用于以太网诊断的连接端口。

6.如权利要求5所述的车载网络系统，其特征在于，所述连接端口为100TX端口。

7.如权利要求1所述的车载网络系统，其特征在于，所述多个CAN收发器至少为六个，以形成六个CAN控制器对外输出接口。

8.如权利要求7所述的车载网络系统，其特征在于，六个CAN控制器对外输出接口中的四个CAN控制器对外输出接口为普通CAN接口，六个CAN控制器对外输出接口中的两个CAN控制器对外输出接口为高速CAN接口。

9.一种汽车，其特征在于，所述汽车包括如权利要求1至8中任一项所述的车载网络系统。

10.如权利要求9所述的汽车，其特征在于，所述汽车包括人工驾驶车辆与无人驾驶车辆。