專訪博世首席技術(shù)專家穆特·亞瑟：助力未來車載網(wǎng)絡(luò)，CAN XL將大有可為

“未來，車載通信網(wǎng)絡(luò)的兩大主導(dǎo)力量將是CAN和以太網(wǎng)。”博世半導(dǎo)體集成電路與 IP 高級專家穆特·亞瑟日前在接受蓋世汽車的獨家專訪中說道。

的確，在過去數(shù)十年車載網(wǎng)絡(luò)標準之爭中，CAN總線憑借實時、穩(wěn)定、可靠和低成本等特點從LIN、MOST、FlexRay、K-line等競爭者中脫穎而出，占據(jù)車載網(wǎng)絡(luò)的半壁江山。而在穆特博士的預(yù)測中，隨著CAN協(xié)議不斷進行更新?lián)Q代和升級，未來CAN仍將在車載網(wǎng)絡(luò)中扮演重要力量。

填補CAN FD與以太網(wǎng)間的空白，CAN家族迎來第三代成員CAN XL

根據(jù)穆特博士的介紹，自1986年博世集團開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議后，CAN主要經(jīng)歷了三代演進：從CAN CC到CAN FD再到最新的CAN XL。第一代CAN CC已運行了30余年，至今仍在使用；第二代協(xié)議CAN FD于2012年發(fā)布，2015年完成ISO標準化，穆特博士透露，今天道路上的大多數(shù)車均搭載著CAN FD，一輛車中大約有30至200個CAN通信節(jié)點。

CAN協(xié)議的演進；圖片來源：博世

既然如此，為何博世又要如此快地著手推出第三代協(xié)議CAN XL？對此，穆特博士解釋稱，最初這一需求是由一家德國汽車制造商提出，但博世對CAN XL的研發(fā)和推動并不僅僅因為個別企業(yè)的產(chǎn)品市場戰(zhàn)略，而在于近些年來汽車電子的迅猛發(fā)展和技術(shù)需求激增。

一方面，新一代智能網(wǎng)聯(lián)汽車通常搭載ADAS輔助駕駛、自動駕駛、車載娛樂和車身監(jiān)控等功能，促使車企需要在車內(nèi)部署眾多數(shù)量的ECU實現(xiàn)復(fù)雜的功能，而大量ECU的使用需要高速、高帶寬以及低延遲的車載網(wǎng)絡(luò)通信，但傳統(tǒng)CAN總線難以滿足高速、高帶寬以及低延遲的需求。另一方面，智能網(wǎng)聯(lián)汽車新的功能需求以及車聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的變革，使得傳統(tǒng)的電子電氣架構(gòu)已經(jīng)無法滿足需求，也在逐步向域控架構(gòu)乃至中央集成式電子電氣架構(gòu)發(fā)展，這也需要更強大的CAN 通信協(xié)議，不僅需要高傳輸速率，最好還能在同一總線上同時運行多個網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

當前，常用車載總線既包括低速率總線，覆蓋了5MBit/s及以下的應(yīng)用（目前CAN FD的典型速率是2MBit/s，最高可升級至8Mbit/s），也包含高速率的總線，即車載以太網(wǎng)（100/1000BASE-T1）。但是，超過90%的汽車通信需要低于100Mbit/s的數(shù)據(jù)速率，若都用100Mbit/s網(wǎng)絡(luò)來滿足這些通信需求，無論在成本還是效率方面都是低效的。

CAN FD和100BASE-T1之間的比特率缺口；圖片來源：博世

因此，從目前的車載網(wǎng)絡(luò)標準速率分布圖來看，在“綠皮車”（10Mbit/s）到“復(fù)興號”（100Mbit/s）之間有一個明顯的缺口，需要有相關(guān)技術(shù)能夠來填補，并在成本、性能和速率之間取得平衡，順應(yīng)新的應(yīng)用場景需求。在此背景下，CAN XL應(yīng)運而生。

助力CAN與以太網(wǎng)“平分天下”，CAN XL底氣何在？

穆特博士之所以認為未來車載網(wǎng)絡(luò)中CAN總線仍將與以太網(wǎng)同時發(fā)揮主導(dǎo)力量，CAN XL在其中扮演著非常重要的作用。穆特博士認為，目前來看，CAN XL有幾大優(yōu)勢非常突出。

首先，CAN XL的產(chǎn)品優(yōu)勢非常清晰。其通信速率高達20 Mbit/s，有效負載大小增至2048字節(jié)，能提供更大的數(shù)據(jù)吞吐量；通過添加一個名為SDT的字段，能夠在同一總線上運行多個CAN網(wǎng)絡(luò)，這一“兼容性”是其最明顯的優(yōu)勢之一，一方面，CAN XL是從CAN FD衍生，繼承了CAN FD的特性（如仲裁機制、錯誤檢測等等），能很好的銜接以CAN為主的車內(nèi)通信，兼容多種收發(fā)器（CAN、FD、SIC、SIC XL）；另一方面，CAN XL對其協(xié)議做了很大的擴展，允許在CAN XL上運行TCP/IP，有望做到對以太網(wǎng)上層協(xié)議的良好兼容（特別是面向服務(wù)的通信方式）。可以說，早期的CAN XL的需求更多的是解決速率瓶頸，但隨著不斷的演進升級，兼容性、“包容性”成了非常關(guān)鍵的要素。

CAN XL與CAN FD以及10BASE-T1S的有效載荷對比；圖片來源：博世

成本方面，CAN XL保持了非常強的性價比，在結(jié)合CAN和以太網(wǎng)功能的同時，保持了CAN的低價格。同時，CAN XL具有廣泛的可用性，可以在絕大多數(shù)下一代汽車中提供。上述顯而易見的優(yōu)勢，使得CAN XL具有非常廣闊的應(yīng)用前景，尤其適用于3大類應(yīng)用：需要更高帶寬的應(yīng)用、支持SOA（面向服務(wù)的架構(gòu)）的應(yīng)用以及安全應(yīng)用。

穆特博士還透露，在技術(shù)上趨向成熟的CAN XL，在標準化成型方面也取得了重大進展。目前，ISO標準化工作已經(jīng)開始將CAN XL納入ISO標準ISO 11898-1（OSI第二層，CAN XL協(xié)議）和ISO 11898-2（OSI第一層，CAN XL收發(fā)器），博世也在積極參加這些ISO工作組的工作。CiA610-1（OSI第二層，CAN XL協(xié)議）和CiA610-3（OSI第一層，CAN XL收發(fā)器）的規(guī)范也已經(jīng)發(fā)布，此外，CAN XL還取得了AUTOSAR的支持，這一點對汽車制造商來說非常重要。

CAN XL標準化成型工作；圖片來源：博世

提及汽車OEM，穆特在采訪中表示，博世在CAN XL的開發(fā)方面與汽車制造商保持著緊密的合作?！袄纾┦雷罱鼛椭髂防湛ㄜ噷嵤┝艘豁椄拍铗炞C，即在車內(nèi)用CAN XL網(wǎng)絡(luò)取代FD網(wǎng)絡(luò)，目的是獲得關(guān)于CAN XL的魯棒性和潛力的實驗數(shù)據(jù)。最后結(jié)果非常順利?！?/p>

不止戴姆勒卡車等汽車制造商在積極推進CAN XL，一些頭部半導(dǎo)體廠商和工具供應(yīng)商也早在CAN XL上有所布局。英飛凌、恩智浦、意法半導(dǎo)體、瑞薩等知名廠商已推出基于CAN XL的MCU產(chǎn)品，目前大多處于SAMPLE階段；是德科技早在去年就推出了業(yè)界首款適用于CAN XL協(xié)議的示波器。作為業(yè)界知名的Tier 1廠商，博世不僅有功率器件、傳感器等半導(dǎo)體產(chǎn)品，也提供IP產(chǎn)品，針對CAN XL，博世推出的IP產(chǎn)品X_CAN也已經(jīng)準備就緒。

至于國內(nèi)的客戶，穆特博士說道：“雖然國內(nèi)客戶的節(jié)奏比國外客戶稍微慢了一點，但我們接觸下來發(fā)現(xiàn)他們也都很感興趣?！彪S著工具、軟件的不斷豐富以及頭部半導(dǎo)體廠商的積極參與，CAN XL的生態(tài)已日趨完善，接下來，CAN XL在汽車上的廣泛應(yīng)用也將變得更加順暢。

CAN XL未來大有可為，中國OEM或率先采用

隨著電子電氣技術(shù)和軟件定義汽車的發(fā)展，車上需要的ECU越來越多。例如，一款寶馬汽車上安裝了100多個ECU，其中30%的ECU有多個網(wǎng)絡(luò)接口；車輛采用了7個不同的通信技術(shù)，使用了超過1公里長的通信線纜來連接。這意味著新一代汽車對更高帶寬、更安全和更兼容的車載網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的需求越來越強。在部分情況下，甚至需要將 CAN 和車載以太網(wǎng)結(jié)合起來一起使用。

但是對于許多傳統(tǒng)的汽車網(wǎng)絡(luò)用例來說，CAN 仍然更具成本效益。行業(yè)分析人士表示，未來較長一段時間內(nèi)，車載以太網(wǎng)與CAN都將是相互依存的，這一點與穆特博士的觀點不謀而合。穆特認為：“未來以太網(wǎng)將支持高比特率，主要用于信息主干網(wǎng)的實現(xiàn)；而小于20 Mbit/s以下的中低速率場景將由CAN FD/FD Light和XL等來實現(xiàn)?！倍吒魉酒渎?，各有自己的用武之地。

具體到CAN XL，由于其既保留了前兩代CAN本身的優(yōu)勢和特點，又能對以太網(wǎng)進行銜接和兼容，有很大的發(fā)展?jié)摿Αｋm然CAN XL目前尚未正式發(fā)布，但穆特博士非?？春闷湮磥淼膽?yīng)用前景：“鑒于西方主要的一些MCU制造商將在其產(chǎn)品中廣泛支持CAN XL，許多中國MCU制造商也將很快支持CAN XL，越來越多的收發(fā)器產(chǎn)品中也將采用CAN XL，CAN XL廣泛的可用性已經(jīng)得到保證。”

萬事俱備，只欠東風。穆特博士指出，目前CAN XL已經(jīng)準備好在車上使用，只差最后一個步驟：大規(guī)模的量產(chǎn)上車。談及誰會率先在車上使用CAN XL網(wǎng)絡(luò)時，穆特認為，盡管CAN XL的需求最初是由一家德國汽車制造商提出，但中國OEM很可能成為第一個“吃螃蟹的人”，“因為中國汽車制造商雖然起步較晚，對最新的CAN XL網(wǎng)絡(luò)了解可能也不多，但不可否認，中國OEM在新技術(shù)的采用上非常積極和迅速?！?/p>

那么，何時能在車上看到CAN XL的大規(guī)模應(yīng)用？穆特表示：“CAN XL在車上的具體應(yīng)用時間將取決于汽車制造商的速度?，F(xiàn)在是OEM決定將CAN XL設(shè)計到E/E架構(gòu)中的時候了?！蹦绿赝瑫r強調(diào)稱，“博世正在與一些汽車制造商密切合作，討論潛在機會?！逼渲芯桶ㄖ袊钠囍圃焐?。據(jù)悉，博世已經(jīng)與一些中國電動汽車新勢力進行了接洽，后者對CAN XL十分感興趣。

車載通信作為智能網(wǎng)聯(lián)功能的血液，對于智能駕駛的性能提升、智能座艙的服務(wù)多樣化等都非常重要。CAN XL的推出和采用，結(jié)合以太網(wǎng)等其他車載總線通信技術(shù)，將為智能網(wǎng)聯(lián)電動汽車如火如荼的形態(tài)升級和業(yè)態(tài)演進更添一把火。