Eth通信协议

记录车载以太网的学习笔记，大部分内容已经很成熟，也有很多博客进行讲解，此处主要是整合资源，方便查找资料。

继续补充过程中…

1.汽车以太网历史和由来

车载以太网的发展历史可以追溯到21世纪初，随着汽车电子架构的复杂化和智能化需求的提升，传统通信总线（如CAN、FlexRay）的带宽和实时性逐渐无法满足需求，以太网技术因其高带宽、成熟标准和可扩展性被引入汽车领域。以下是车载以太网的主要发展阶段：

1.早期探索与初步应用（2004-2011）

• 2004年：宝马成为最早探索车载以太网的汽车制造商之一，当时面临CAN总线（500kbps）在软件更新（如1GB数据需16小时）和多媒体数据传输上的瓶颈4。

• 2011年：博通（Broadcom）推出BroadR-Reach技术，采用单对非屏蔽双绞线（UTP）实现100Mbps传输，相比传统以太网（4对线）降低线束重量30%、成本80%，并解决车规级EMC问题36。

2.标准化与联盟成立（2011-2016）

• 2011年：OPEN Alliance SIG成立，由博通、恩智浦、宝马等牵头，推动车载以太网标准化。该组织主导了**100BASE-T1（IEEE 802.3bw）和1000BASE-T1（IEEE 802.3bp）**等关键标准36。
• 2012年：IEEE将音视频桥接技术（AVB）升级为时间敏感网络（TSN），提供低延迟、高可靠性的实时通信能力，适用于自动驾驶和车载娱乐系统310。
  -2015-2016年：IEEE正式发布100BASE-T1（2015）和1000BASE-T1（2016）标准，奠定车载以太网物理层基础311。

3.技术扩展与多场景应用（2017-2020）

• 协议栈完善：车载以太网在TCP/IP基础上发展出面向服务的SOME/IP和基于IP的诊断协议DoIP，支持灵活的服务通信和远程诊断36。
• 带宽提升：从100Mbps向1Gbps演进，并探索2.5G/5G BASE-T1标准，满足自动驾驶传感器（如激光雷达、摄像头）的高数据量需求511。
• 行业合作：芯片厂商（如Marvell、Microchip）推出车规级PHY芯片，车企（如宝马、特斯拉）在高端车型中试点以太网骨干网络312。

4.智能化与未来趋势（2021至今）

• 域集中架构：以太网成为**域控制器（如自动驾驶域、智能座舱域）**的核心通信 backbone，替代部分传统总线712。
• TSN与实时性优化：TSN协议（如时间同步、流量调度）进一步强化，支持**软件定义汽车（SDV）**的动态重构需求37。
• 更高带宽：10G+以太网（如10GBASE-T1）进入研发阶段，支撑车联网（V2X）和中央计算平台511。

2.总体架构

遵循OSI七层模型，除了物理层、UDP-NM、DOIP、SOME/IP、SD这五个模块为车载以太网技术协议规范之外，其余均为传统以太网技术。

备注：上图中可以看出标记为“IT”则为传统以太网技术协议规范，而标记为“Automotive”则为车载以太网技术协议规范。

3.物理层 - Layer1

车载以太网与传统以太网相比，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：

当下主流的车载以太网协议主要为IEEE 100BASE-T1以及IEEE 1000BASE-T1，常规使用可采用100BASE-T1,如果需要更高带宽，可选择1000BASE-T1。

4.数据链路层 - Layer2

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。

5.网络层 - Layer3

5.1.IPV4

参考资料：IPV4数据报头部格式

5.2.IPV6

参考资料：IPv6数据报头部格式

6.传输层 - Layer4

6.1.UDP

TBD

6.2.TCP

TBD

7.其他

7.1.MII、RMII、GMII、RGMII接口

参考资料：MII、RMII、GMII、RGMII接口详解及硬件设计注意事项

7.2.编码方式

属于Layer1物理层内容。

7.2.1 4B3B、3B2T、PAM3

参考资料：车载以太网自学笔记

完整的数据发生过程：先经过4B3B转换，在经过3B2T转换，最后使用PAM3转换为具体总线上的电压。
4B3B转换：直接将4bit数据从新按照3bit进行划分。

3B/2T转换
PHY将每次接收到的3个bit转化为2个三进制电平值(取值范围是-1, 0,1) ,具体的对应关系如上图中的表所示。3个bit有8种组合(即2的三次方) ,2个电平值（TA/TB）有9种组成(每根线有三种电平，共3*3种组合) ，所以后者可以覆盖前者。
PAM3转换
TA/TB为最终转换出来的电平

物理总线速率计算：见参考文章。

7.2.2 曼彻斯特

参考资料：一篇文章让你读懂-曼彻斯特编码
两种表示方式，无特殊说明，均采用第二种约定。

8.疑问

8.1.VLAN Flag在哪里？

用于区分是否为MAC帧，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。

8.2.TxDescriptor结构

TDES0、TDES1为什么代码是给的6字节的MAC地址。

9. 参考资料

一文彻底搞懂OSI七层模型和TCP/IP四层模型
一文入门车载以太网，吐血整理！不看后悔！