目前，汽车内的电子控制单元（ECU）数量正在呈指数级增长，从平均20-30个，飙升至100多个，甚至数百个。如此大量的ECU势必会对车内网络带来挑战：数据传输速度慢、延迟高、可靠性差，严重制约了汽车功能的升级和发展。

而现在，随着汽车电子电气架构（E/E）架构逐渐向区域架构（Zonal）架构发展，此时，为了解决车载网络的需求和挑战，目前车载总线通信正逐步由“CAN总线为主、其他总线为辅”的分布式架构，向“以太网为主、CAN及其他总线为辅”的域集中式架构转变。

自从2020年，10M车载以太网即10BASE-T1s，也即IEEE802.3cg标准发布以来，消灭老旧的CAN\LIN总线的脚步越来越快了。事实上，除了替代原有总线，它还有一个重要的任务——消灭汽车内多余的边缘MCU。

这到底是为什么，又该怎么做，我们从汽车的架构的演进开始讲起。

过渡到基于以太网的区域架构

提到Zonal，可能有人会有些陌生，它是一种汽车电子电气架构 (Electrical/Electronic Architecture，简称EEA)。大家都认为，Zonal架构可能会是汽车E/E的终极架构。汽车电子电气架构大致分为三代，从分布逐渐向更高集成度靠拢，我们现在主流应用的架构是第二代，Zonal则是第三代：

• 第一代为Flat（分布式架构）。它就像部落制，每个电子功能都拥有自己的ECU。 此时期，架构缺点很明显，各ECU间基本处于封闭的网络状态，既无法实现功能协同，更无法具备OTA升级条件。与此同时，当汽车越来越豪华，功能越来越丰富，车上就出现了上百个ECU，每个ECU各自为政，想要它们交换信息，每一个ECU都需要一条线束控制和传递，所以这种架构很复杂、很难扩展；
• 第二代为Domain（域控制）架构。它就像诸侯制，按照功能把车里面计算需求进行归类比如博世将整车架构划分为五个域，即动力域（Power Train）、底盘域（Chassis）、车身域（Body/Comfort）、座舱域（Cockpit/Infotainment）、自动驾驶域（ADAS），而此时负责处理这些工作的核心就是域控制器（Domain Control Unit）。表面来看，这种分类非常清晰，但在车上的走线却非常复杂，因为每个功能实际所处位置遍布全车身，最终导致线束在车里绕来绕去；
• 第三代为Zonal（区域控制）架构，虽然也是按照区域分类，不过主要是按照物理位置的方式去归类，更像郡县制。特斯拉的Model 3是最早采取这个架构的汽车，分为前车身、左车身、右车身三个物理的区域，对应布置三个区域控制器ZCU（Zonal Control Unit），所有端侧执行器就近接入ZCU中，变成典型的IT计算架构，线束也更加简洁。

汽车E/E架构演进，图源｜Cadence

不过，架构改变了，此时车载网络的问题便越来越凸显了。

最初，这些汽车子系统采用针对特定功能优化的通信技术，即所谓的领域专用硬件架构。这种方法需要多个应用专用总线在不同域之间传输数据，因此需要网关计算机在各种硬件架构之间转换信息。由于需要管理多达20种网络标准，汽车制造商寻求一种更精简的解决方案，为其通信基础设施提供一个通用平台。

大家还发现，这些传统协议的传输速率较低，比如LIN最大支持20 kb/s，CAN为1 Mb/s，CAN FD为5 Mb/s，FlexRay则为10 Mb/s。

因此，汽车正快速成为使用以太网设备的主要领域，在汽车中广泛部署以太网则成为成功推出这些新架构的关键基础之一。以太网带来了所需的扩展能力，支持多种速率等级，是一种成熟可靠的传输媒体，支持基于服务的架构，采用充分开发的安全和防护构建模块。以太网采用定义明确、易于理解的OSI模型，能够更轻松的管理整个车辆的复杂网络。

汽车的区域架构，图源丨ADI

向基于以太网的区域架构的过渡有很多好处，通过采用单一通信技术，汽车制造商可以简化车辆内部网络，降低维护多种通信标准所带来的复杂性和成本。这种简化的方法不仅提升了车辆性能，也为更先进的功能和性能铺平了道路。

10BASE-T1S以太网：连接数字世界和物理世界

以太网的概念已存在50年，IEEE®规范于40年前发布，主要用于在计算机之间传输大量数据。然而，数字计算世界与汽车物理世界之间的接口仍然依赖于硬件，并且针对特定领域。因此，以太网被人们看中。

不过，做到汽车上的以太网，也不是简单粗暴地复制粘贴，而是有特殊需求。汽车电子电气架构对以太网技术提出了特殊要求，其中最核心的是轻量化需求。当前汽车线束系统作为整车最重的三大组件之一，重量可达60公斤，直接影响着车辆的续航表现。传统以太网采用4对差分线的布线方式，不仅增加车身重量，也提升了系统复杂度，难以满足汽车应用场景。此外，以太网并非专门针对汽车环境而设计，缺乏电磁兼容性（EMC）和低能效等特性。

为满足汽车通信链路的所有需求，汽车行业对单条双绞线电缆解决方案进行了标准化，这推动了新型PHY技术的开发。基于此，xBASE-T1汽车以太网标准（T1代表单条双绞线电缆）应运而生。10BASE-T1S便是IEEE 802.3-2022系列以太网标准的组成部分，OEM已开始实施这项以太网PHY技术，相关车辆计划在2025年前上路行驶。

10BASE-T1S以太网是一种多点总线，使用单对线缆作为主干。传感器和执行器直接连接到该线缆，无需使用以太网交换机连接多个设备。当数据接收并需要发送到更高速的互连时，只需一个带有10BASE-T1S端口和其他更高速端口的简单交换机即可。无需特殊的转换网关，因为以太网网络上的每个设备都使用相同的以太网帧格式。

10BASE-T1S以太网的开发是汽车网络发展史上的一个重要里程碑。通过提供标准化且高效的传感器和执行器连接方式，10BASE-T1S以太网弥合了数字世界与物理世界之间的鸿沟。该技术可实现实时数据处理和通信，使车辆能够更快、更准确地响应不断变化的路况。

区域架构与域架构，图源丨Microchip

10BASE-T1S独特之处在于：第一，支持多点拓扑结构，所有节点都通过同一对非屏蔽双绞线连接。这种总线配置提供一个优化的BOM，只需在每个节点上部署一个以太网PHY，无需采用与其他以太网技术关联的切换或星型拓扑，该标准规定必须支持至少8个节点（可以支持更多节点），总线长度必须达到25米；第二，物理层冲突规避(PLCA)，顾名思义，就是避免共享网络上发生冲突。这种配置确保确定性最大延时主要由网络的节点数量和要传输的数据数量决定，每个节点都会获得传输机会，如果彼时一个节点没有数据要传输，它会将传输机会移交给下一个节点，以充分利用可用的10 Mbps带宽；第三，功耗极低，与传统的CAN协议相比，10BASE-T1S使用的传输电压为1 VPP，可以在3.3V电源下工作，而CAN通常需要5V电源；第四，更安全，传统的车载网络协议如CAN和FlexRay并不具备内置的安全机制，而10BASE-T1S则能够直接利用以太网的安全特性。

10BASE-T1S在汽车领域的应用广泛多样，多种传感器和驱动器在车身领域、舒适性、信息娱乐以及ADAS系统中的跨多个功能应用仍在探讨中。目前，厂商主要推进10BASE-T1S在车内边缘节点的应用，如雷达、氛围灯、LED灯光系统、门锁系统等。

摘自IEEE802.3cg规范图148−1，图源丨ONsemi

目前，对于基于以太网的Zonal架构，行业提出了两个阶段：

• 第一阶段：需兼容老旧的CAN和LIN，每个区域控制器都要增加网关，这会导致硬件成本上升，软件开发周期变长，还需要物理开发版和CAN专用工具；
• 第二阶段：采用全以太网，彻底“干掉”CAN/LIN 和网关，网络变得简洁高效，能显著节约软硬件成本和线束成本。

10BASE-T1S总线拓扑，图源丨ADI

一些MCU，也要被“干掉”了？

在实施10BASE-1TS过程中，不仅一些CAN总线要消失了，一部分MCU可能也要被“干掉”了。

安森美（ONsemi）便在去年创新性推出了无微控制器（MCU-less）前照灯解决方案，采用10BASE-T1S以太网接口，逐渐取代了传统的CAN网络或LIN网络结构，能通过ECU-Light架构实现区域控制，实现了每个节点的汽车以太网化。

该方案通过将控制逻辑集成到RCP芯片中，无需使用MCU，不仅简化了系统结构、降低了成本，还让软件更新更便捷，系统功能扩展更轻松。软件层之间可进行控制、报告、用户界面/应用程序接口等数据交换，这不仅提升了性能，还让车辆能更好地适应新技术和市场需求。

此外，该解决方案凭借高度集成的设计，实现了市场最小尺寸和最低BOM成本。其驱动器支持单片升压和降压通道，集成了电流传感器，无需额外分流电阻，优化了成本、尺寸和效率。

安森美凭借技术先发优势，其无MCU方案已进入客户验证阶段。相比竞品的集成MCU方案，该方案更契合汽车电子架构向中央计算平台演进的大趋势——通过算力集中化，不仅优化了系统架构，更为软件定义车灯提供了灵活空间，支持未来通过OTA持续升级灯光功能。

ONsemi的无MCU方案，图源丨ONsemi

ADI在今年慕尼黑电子展上，展示了无MCU的10BASE-T1S方案。

基于以太网，ADI也开发出了E2B（Ethernet to the Edge Bus）边缘以太网总线，基于10BASE-T1S协议，从而推动分布式电子电气架构向域控架构演进。ADI中国区汽车业务市场经理张远涛认为，实现全车以太网化的关键之一，就是子节点及外设的以太网化，这也是E2B替代CAN、LIN的根本动力。通过E2B的10兆以太网技术，可以将软硬件深度解耦，软件层用户无需关注底层端设备类型，可直接通过以太网进行数据传输；另外，这也是为软件集中化部署奠定基础，通过软件解耦，使软件能够高效集成至域控制器上面去集中。

张远涛表示，ADI的E2B已经将总线协议集成到了芯片中，这就意味着端点无需额外配置MCU，即可直接控制，降低了产品的开发门槛，尤其是软件编写者们。另外，ADI的E2B通过SPI实现控制，无需以太网的MAC模块。其具体解释道：“传统的CAN和LIN协议的控制，需要先将命令打包成CAN协议或者LIN协议，再传到远端的MCU上进行解析，最后才到达控制系统。ADI通过E2B在芯片内进行硬解析，然后将I2C或SPI的控制信号打包成以太网信息发到接收端，然后节点的E2B芯片进行硬解码，再通过GPIO口，控制节点的相关器件。”

另外，张远涛提到，E2B支持TSN时间同步，这对于汽车节点控制而言至关重要。在站台现场，ADI演示了利用E2B实现两个雨刮器的同步执行。去年3月，宝马宣布将成为首批部署E2B的OEM，并计划在未来的汽车座舱氛围照明系统中采用这项技术。当然未来E2B的潜力不止如此，在电机、传感器、车身等等传输与控制上都有可能。

可以看出，这两家的方案，都瞄准了车灯。无MCU车灯方案正在重新定义汽车照明的价值内涵。这一创新方案推动车灯从基础功能件升级为智能交互终端，在安全与体验两个维度实现突破：自动驾驶场景下，依托矩阵LED和像素级调光技术，车灯能根据环境感知数据实时调整光束，实现自适应远光等安全功能；在用户体验端，通过域控制器算力支持丰富的动态灯光效果，并开放用户自定义功能，成为品牌差异化的新触点。

随着汽车智能化发展，车灯作为重要的视觉交互界面，其战略地位持续提升。这种创新的方案创新不仅体现在硬件架构简化，更开创了"硬件预埋+软件增值"的商业模式，为车企创造了功能迭代和增值服务的新机遇。未来，车灯还可能承担V2X通信等更高级功能，在车路协同生态中扮演关键角色。

汽车以太网战火升级

随着行业的不断发展，基于以太网的架构的采用将在塑造汽车技术的未来方面发挥关键作用，确保车辆保持互联、高效和创新。统一车辆通信架构最初只是一个概念，如今即将成为现实。目前道路上的一些车辆已经将以太网用作其IT架构，而采用扩展到物理数字接口的全新分区架构的车型即将投入生产。

以太网从IT到汽车应用的演变历程，充分证明了标准化的力量以及跨行业合作推动技术进步的潜力。随着汽车行业的不断发展，以太网将在塑造未来汽车方面发挥关键作用，开创一个以效率、安全和互联为核心的全新出行时代。

目前，可以看到很多厂商都在开始加大对于汽车以太网上的投入力度。

今年4月，英飞凌宣布收购Marvell汽车以太网业务，引发了行业关注。有工程师表示：“英飞凌眼光很毒的，包括他的SiC研发路线。真的强的可怕，技能树好像就没点歪过。以太网车联网一统天下，这个短版补的及时。”根据英飞凌官微消息披露，英飞凌签署了一项以25亿美元收购Marvell Technology汽车以太网业务的协议。通过此次交易，英飞凌将其领先的汽车MCU产品组合与Marvell的汽车以太网业务相结合，提高自身在软件定义汽车领域的系统能力。此前，英飞凌基于Microchip10BASE-T1SPHY推出了相关套件。

Microchip在10BASE-T1S中布局很早，2023年7月就推出了首批车规级10BASE-T1S以太网器件，符合AEC-Q100一级资质，型号包括LAN8670、LAN8671和LAN8672。紧接着在2023年9月就推出符合汽车应用要求的LAN8650/1 MAC-PHY系列新器件，LAN8650 和 LAN8651 MAC-PHY包括一个媒体访问控制器（MAC）和串行外设接口 （SPI），用于连接汽车网络边缘的设备。

最近，Microchip展示了一个无需以太网交换机即可连接众多传感器和执行器的演示。该演示展示了如何使用该技术连接车辆内的各种传感器和执行器。该演示包含压力、接近、光线和其他传感器，它们可以捕获真实世界的数据，然后由集中式计算平台进行处理。处理后的数据用于控制电机、风扇、灯光和显示器，进而与物理世界进行交互。

多传感器和执行器演示，图源丨Microchip

总之，目前市场对于汽车10BASE-T1S、100BASE-T1、1000BASE-T1甚至是10GBASE-T1的关注度都非常高。无论是有MCU方案，还是无MCU方案，无论是MCU厂商、PHY厂商、交换机芯片厂商都在加大投入。反观CAN领域，随着CAN XL的推出，行业在总线领域也充满着无限可能性。未来，这一领域或许也呈现百花齐放的场景。