车载以太网物理层介绍

本文介绍搭建DoIP通信桥梁中，物理链接过程中的主要内容：

1、 物理连接激活线；

2、 IP地址获取以及现状。

在DoIP协议框架中，包含如下内容：

— Part 1: General information and use case definition

— Part 2: Transport protocol and network layer services

— Part 3: Wired vehicle interface based on IEEE 802.3

— Part 4: Ethernet Diagnostic Connector

以下正在筹备中（一致性测试规范），不清楚是否以及何时释放。

— Part 5: Conformance test specification

在讨论本文内容前，先关注两个在车载以太网很重要的两个组织：

1、 IEEE

IEEE 802委员会成立于1980年2月，任务是制定局域网和城域网标准。其定义的服务和协议限定在最低两层：物理层和数据链路层。在其中IEEE 802将OSI的数据链路层分为两个子层：逻辑链路控制（Logical Link Control）和介质访问控制（Media Access Control）。

IEEE 802.3 以以太网介质访问控制协议（CSMA/CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)基带冲突检测的载波监听多路访问技术(载波监听多点接入/碰撞检测）以及物理层技术规范各工作站在发送数据前，需先侦听信道是否空闲：

A. 若空闲，则立即发送数据；

B. 若信道忙碌，则等待一段时间至信道中的信息传输结束后再发送数据；

C. 若在上一段信息发送结束后，同时有两个或两个以上的节点都提出发送请求，则判定为冲突；

D. 若侦听到冲突，则所有节点立即停止发送数据，等待一段随机时间，再重新尝试发送

其官网内容截图如下：

2、OPEN联盟

OPEN联盟（One-Pair Ether-Net）特别兴趣小组（SIG）是一个非盈利的开放式行业联盟，主要由汽车行业和技术提供商合作，共同鼓励广泛采用基于以太网的网络，作为汽车网络的标准介质访问控制 (medium access control) 简称MAC，是解决当局域网中共用信道的使用产生竞争时，如何分配信道的使用权问题。

它定义了数据帧怎样在介质上进行传输。在共享同一个带宽的链路中，对连接介质的访问是“先来先服务”。物理寻址在此处被定义，逻辑拓扑（信号通过物理拓扑的路径）也在此处被定义。线路控制、出错通知（不纠正）、帧的传递顺序和可选择的流量控制也在这一子层实现。

如下是该联盟官网内容以及该组织标准参与制定者。

该组织成立目的以及由于车载以太网引入到车载网络中带来的益处：

将以太网引入到车载网络中，多种应用程序的架构灵活性：

引入车载以太网，关于ADAS和信息娱乐系统在车辆中的Use Cases举例：

另在物理总线方面，100Base-T1是IEEE针对100Mb/s汽车以太网的规范，也可以将其称为IEEE802.3bw，这两个名称指的是相同的规范。-T1后缀是一个重要的区别，让您知道是指汽车以太网，它与普通100Base-T不同。

100Base-T1规范可与OPEN Alliance Broad R-Reach互操作，它们几乎相同（名称通常可互换使用），但有两个的小的差异：

1. 在物理层电气（物理介质附件PMA）测试规范中，100Base-T1规范定义了发送端最大峰值差分输出的测试，Broad R-Reach规范中未明确定义此参数；

2. 100Base-T1规范在唤醒命令的协议时序上存在一些差异，以使这些时段更短，这些是唯一值得注意的差异。

在整个DoIP通信架构中，起初为了降低电磁干扰而设置的激活线，外界Tester激活线只能连接车辆边缘节点。在协议中激活电压以及对应时间如下图所示：

Figure 3 — Ethernet activation and deactivation voltage thresholds and timings

激活线作用：

1) 降低功耗；

2) EMI（电磁干扰）

现阶段车规级芯片技术早已经解决了电磁干扰问题，只是为了保证理论的完整性，激活线功能在ISO 13400协议中还有定义。但在实际应用中，可以使用车载报文或者I/O Pin脚的电压变化激活边缘节点的DoIP功能。

激活边缘节点DoIP功能后，接下来是IP地址的获取。

关于IP地址功能、分类、与MAC地址区别和联系，这里不做解释说明。如果这块知识储备不足的话，可以查阅“计算机网络第七版”作者：谢希仁。

在ISO 13400协议中，定义IP地址获取方式如下：

图中涉及到两种IP地址获取方式：

1、 Auto-IP；

2、 DHCP。

并且DHCP优先级高于Auto-IP。

DHCP（Dynamic Host Configuration Protocol动态主机配置协议）应用在车载网络中需要区分车内还是车外。

1、 对于车外应用场景，由第三方充当DHCP Server端，外部Tester和边缘节点充当DHCP Client，获取IP地址；

2、 对于车内网络，若除了边缘节点（网关）外，还有其他车内节点是DoIP实体。这种情况由边缘节点充当DHCP Server，其他DoIP实体充当DHCP Client获取IP地址。

但是在现阶段，大多数用户选用固定IP地址作为节点的IP地址。

备注：本文来自知乎。