目前，汽車內的電子控制單元（ECU）數量正在呈指數級增長，從平均20-30個，飆升至100多個，甚至數百個。如此大量的ECU勢必會對車內網絡帶來挑戰：數據傳輸速度慢、延遲高、可靠性差，嚴重制約了汽車功能的升級和發展。

而現在，隨著汽車電子電氣架構（E/E）架構逐漸向區域架構（Zonal）架構發展，此時，為了解決車載網絡的需求和挑戰，目前車載總線通信正逐步由“CAN總線為主、其他總線為輔”的分布式架構，向“以太網為主、CAN及其他總線為輔”的域集中式架構轉變。

自從2020年，10M車載以太網即10BASE-T1s，也即IEEE802.3cg標準發布以來，消滅老舊的CANLIN總線的腳步越來越快了。事實上，除了替代原有總線，它還有一個重要的任務——消滅汽車內多余的邊緣MCU。

這到底是為什么，又該怎么做，我們從汽車的架構的演進開始講起。

提到Zonal，可能有人會有些陌生，它是一種汽車電子電氣架構 (Electrical/Electronic Architecture，簡稱EEA)。大家都認為，Zonal架構可能會是汽車E/E的終極架構。汽車電子電氣架構大致分為三代，從分布逐漸向更高集成度靠攏，我們現在主流應用的架構是第二代，Zonal則是第三代：

• 第一代為Flat（分布式架構）。它就像部落制，每個電子功能都擁有自己的ECU。 此時期，架構缺點很明顯，各ECU間基本處于封閉的網絡狀態，既無法實現功能協同，更無法具備OTA升級條件。與此同時，當汽車越來越豪華，功能越來越豐富，車上就出現了上百個ECU，每個ECU各自為政，想要它們交換信息，每一個ECU都需要一條線束控制和傳遞，所以這種架構很復雜、很難擴展；

• 第二代為Domain（域控制）架構。它就像諸侯制，按照功能把車里面計算需求進行歸類比如博世將整車架構劃分為五個域，即動力域（Power Train）、底盤域（Chassis）、車身域（Body/Comfort）、座艙域（Cockpit/Infotainment）、自動駕駛域（ADAS），而此時負責處理這些工作的核心就是域控制器（Domain Control Unit）。表面來看，這種分類非常清晰，但在車上的走線卻非常復雜，因為每個功能實際所處位置遍布全車身，最終導致線束在車里繞來繞去；

• 第三代為Zonal（區域控制）架構，雖然也是按照區域分類，不過主要是按照物理位置的方式去歸類，更像郡縣制。特斯拉的Model 3是最早采取這個架構的汽車，分為前車身、左車身、右車身三個物理的區域，對應布置三個區域控制器ZCU（Zonal Control Unit），所有端側執行器就近接入ZCU中，變成典型的IT計算架構，線束也更加簡潔。

汽車E/E架構演進，圖源｜Cadence

不過，架構改變了，此時車載網絡的問題便越來越凸顯了。

最初，這些汽車子系統采用針對特定功能優化的通信技術，即所謂的領域專用硬件架構。這種方法需要多個應用專用總線在不同域之間傳輸數據，因此需要網關計算機在各種硬件架構之間轉換信息。由于需要管理多達20種網絡標準，汽車制造商尋求一種更精簡的解決方案，為其通信基礎設施提供一個通用平臺。

大家還發現，這些傳統協議的傳輸速率較低，比如LIN最大支持20 kb/s，CAN為1 Mb/s，CAN FD為5 Mb/s，FlexRay則為10 Mb/s。

因此，汽車正快速成為使用以太網設備的主要領域，在汽車中廣泛部署以太網則成為成功推出這些新架構的關鍵基礎之一。以太網帶來了所需的擴展能力，支持多種速率等級，是一種成熟可靠的傳輸媒體，支持基于服務的架構，采用充分開發的安全和防護構建模塊。以太網采用定義明確、易于理解的OSI模型，能夠更輕松的管理整個車輛的復雜網絡。

汽車的區域架構，圖源丨ADI

向基于以太網的區域架構的過渡有很多好處，通過采用單一通信技術，汽車制造商可以簡化車輛內部網絡，降低維護多種通信標準所帶來的復雜性和成本。這種簡化的方法不僅提升了車輛性能，也為更先進的功能和性能鋪平了道路。

10BASE-T1S以太網：連接數字世界和物理世界

以太網的概念已存在50年，IEEE?規范于40年前發布，主要用于在計算機之間傳輸大量數據。然而，數字計算世界與汽車物理世界之間的接口仍然依賴于硬件，并且針對特定領域。因此，以太網被人們看中。

不過，做到汽車上的以太網，也不是簡單粗暴地復制粘貼，而是有特殊需求。汽車電子電氣架構對以太網技術提出了特殊要求，其中最核心的是輕量化需求。當前汽車線束系統作為整車最重的三大組件之一，重量可達60公斤，直接影響著車輛的續航表現。傳統以太網采用4對差分線的布線方式，不僅增加車身重量，也提升了系統復雜度，難以滿足汽車應用場景。此外，以太網并非專門針對汽車環境而設計，缺乏電磁兼容性（EMC）和低能效等特性。

為滿足汽車通信鏈路的所有需求，汽車行業對單條雙絞線電纜解決方案進行了標準化，這推動了新型PHY技術的開發。基于此，xBASE-T1汽車以太網標準（T1代表單條雙絞線電纜）應運而生。10BASE-T1S便是IEEE 802.3-2022系列以太網標準的組成部分，OEM已開始實施這項以太網PHY技術，相關車輛計劃在2025年前上路行駛。

10BASE-T1S以太網是一種多點總線，使用單對線纜作為主干。傳感器和執行器直接連接到該線纜，無需使用以太網交換機連接多個設備。當數據接收并需要發送到更高速的互連時，只需一個帶有10BASE-T1S端口和其他更高速端口的簡單交換機即可。無需特殊的轉換網關，因為以太網網絡上的每個設備都使用相同的以太網幀格式。

10BASE-T1S以太網的開發是汽車網絡發展史上的一個重要里程碑。通過提供標準化且高效的傳感器和執行器連接方式，10BASE-T1S以太網彌合了數字世界與物理世界之間的鴻溝。該技術可實現實時數據處理和通信，使車輛能夠更快、更準確地響應不斷變化的路況。

區域架構與域架構，圖源丨Microchip

10BASE-T1S獨特之處在于：第一，支持多點拓撲結構，所有節點都通過同一對非屏蔽雙絞線連接。這種總線配置提供一個優化的BOM，只需在每個節點上部署一個以太網PHY，無需采用與其他以太網技術關聯的切換或星型拓撲，該標準規定必須支持至少8個節點（可以支持更多節點），總線長度必須達到25米；第二，物理層沖突規避(PLCA)，顧名思義，就是避免共享網絡上發生沖突。這種配置確保確定性最大延時主要由網絡的節點數量和要傳輸的數據數量決定，每個節點都會獲得傳輸機會，如果彼時一個節點沒有數據要傳輸，它會將傳輸機會移交給下一個節點，以充分利用可用的10 Mbps帶寬；第三，功耗極低，與傳統的CAN協議相比，10BASE-T1S使用的傳輸電壓為1 VPP，可以在3.3V電源下工作，而CAN通常需要5V電源；第四，更安全，傳統的車載網絡協議如CAN和FlexRay并不具備內置的安全機制，而10BASE-T1S則能夠直接利用以太網的安全特性。

單對以太網IEEE 802.3cg規范提供長距離（10BASE-T1L）和短距離（10BASE-T1S），圖源丨ONsemi

10BASE-T1S在汽車領域的應用廣泛多樣，多種傳感器和驅動器在車身領域、舒適性、信息娛樂以及ADAS系統中的跨多個功能應用仍在探討中。目前，廠商主要推進10BASE-T1S在車內邊緣節點的應用，如雷達、氛圍燈、LED燈光系統、門鎖系統等。

摘自IEEE802.3cg規范圖148?1，圖源丨ONsemi

目前，對于基于以太網的Zonal架構，行業提出了兩個階段：

• 第一階段：需兼容老舊的CAN和LIN，每個區域控制器都要增加網關，這會導致硬件成本上升，軟件開發周期變長，還需要物理開發版和CAN專用工具；

• 第二階段：采用全以太網，徹底“干掉”CAN/LIN 和網關，網絡變得簡潔高效，能顯著節約軟硬件成本和線束成本。

10BASE-T1S總線拓撲，圖源丨ADI

在實施10BASE-1TS過程中，不僅一些CAN總線要消失了，一部分MCU可能也要被“干掉”了。

安森美（ONsemi）便在去年創新性推出了無微控制器（MCU-less）前照燈解決方案，采用10BASE-T1S以太網接口，逐漸取代了傳統的CAN網絡或LIN網絡結構，能通過ECU-Light架構實現區域控制，實現了每個節點的汽車以太網化。

該方案通過將控制邏輯集成到RCP芯片中，無需使用MCU，不僅簡化了系統結構、降低了成本，還讓軟件更新更便捷，系統功能擴展更輕松。軟件層之間可進行控制、報告、用戶界面/應用程序接口等數據交換，這不僅提升了性能，還讓車輛能更好地適應新技術和市場需求。

此外，該解決方案憑借高度集成的設計，實現了市場最小尺寸和最低BOM成本。其驅動器支持單片升壓和降壓通道，集成了電流傳感器，無需額外分流電阻，優化了成本、尺寸和效率。

安森美憑借技術先發優勢，其無MCU方案已進入客戶驗證階段。相比競品的集成MCU方案，該方案更契合汽車電子架構向中央計算平臺演進的大趨勢——通過算力集中化，不僅優化了系統架構，更為軟件定義車燈提供了靈活空間，支持未來通過OTA持續升級燈光功能。

ONsemi的無MCU方案，圖源丨ONsemi

ADI在今年慕尼黑電子展上，展示了無MCU的10BASE-T1S方案。

基于以太網，ADI也開發出了E2B（Ethernet to the Edge Bus）邊緣以太網總線，基于10BASE-T1S協議，從而推動分布式電子電氣架構向域控架構演進。ADI中國區汽車業務市場經理張遠濤認為，實現全車以太網化的關鍵之一，就是子節點及外設的以太網化，這也是E2B替代CAN、LIN的根本動力。通過E2B的10兆以太網技術，可以將軟硬件深度解耦，軟件層用戶無需關注底層端設備類型，可直接通過以太網進行數據傳輸；另外，這也是為軟件集中化部署奠定基礎，通過軟件解耦，使軟件能夠高效集成至域控制器上面去集中。

張遠濤表示，ADI的E2B已經將總線協議集成到了芯片中，這就意味著端點無需額外配置MCU，即可直接控制，降低了產品的開發門檻，尤其是軟件編寫者們。另外，ADI的E2B通過SPI實現控制，無需以太網的MAC模塊。其具體解釋道：“傳統的CAN和LIN協議的控制，需要先將命令打包成CAN協議或者LIN協議，再傳到遠端的MCU上進行解析，最后才到達控制系統。ADI通過E2B在芯片內進行硬解析，然后將I2C或SPI的控制信號打包成以太網信息發到接收端，然后節點的E2B芯片進行硬解碼，再通過GPIO口，控制節點的相關器件?！?/span>

另外，張遠濤提到，E2B支持TSN時間同步，這對于汽車節點控制而言至關重要。在站臺現場，ADI演示了利用E2B實現兩個雨刮器的同步執行。去年3月，寶馬宣布將成為首批部署E2B的OEM，并計劃在未來的汽車座艙氛圍照明系統中采用這項技術。當然未來E2B的潛力不止如此，在電機、傳感器、車身等等傳輸與控制上都有可能。

可以看出，這兩家的方案，都瞄準了車燈。無MCU車燈方案正在重新定義汽車照明的價值內涵。這一創新方案推動車燈從基礎功能件升級為智能交互終端，在安全與體驗兩個維度實現突破：自動駕駛場景下，依托矩陣LED和像素級調光技術，車燈能根據環境感知數據實時調整光束，實現自適應遠光等安全功能；在用戶體驗端，通過域控制器算力支持豐富的動態燈光效果，并開放用戶自定義功能，成為品牌差異化的新觸點。

隨著汽車智能化發展，車燈作為重要的視覺交互界面，其戰略地位持續提升。這種創新的方案創新不僅體現在硬件架構簡化，更開創了'硬件預埋+軟件增值'的商業模式，為車企創造了功能迭代和增值服務的新機遇。未來，車燈還可能承擔V2X通信等更高級功能，在車路協同生態中扮演關鍵角色。

隨著行業的不斷發展，基于以太網的架構的采用將在塑造汽車技術的未來方面發揮關鍵作用，確保車輛保持互聯、高效和創新。統一車輛通信架構最初只是一個概念，如今即將成為現實。目前道路上的一些車輛已經將以太網用作其IT架構，而采用擴展到物理數字接口的全新分區架構的車型即將投入生產。

以太網從IT到汽車應用的演變歷程，充分證明了標準化的力量以及跨行業合作推動技術進步的潛力。隨著汽車行業的不斷發展，以太網將在塑造未來汽車方面發揮關鍵作用，開創一個以效率、安全和互聯為核心的全新出行時代。

目前，可以看到很多廠商都在開始加大對于汽車以太網上的投入力度。

今年4月，英飛凌宣布收購Marvell汽車以太網業務，引發了行業關注。有工程師表示：“英飛凌眼光很毒的，包括他的SiC研發路線。真的強的可怕，技能樹好像就沒點歪過。以太網車聯網一統天下，這個短版補的及時?！备鶕w凌官微消息披露，英飛凌簽署了一項以25億美元收購Marvell Technology汽車以太網業務的協議。通過此次交易，英飛凌將其領先的汽車MCU產品組合與Marvell的汽車以太網業務相結合，提高自身在軟件定義汽車領域的系統能力。此前，英飛凌基于Microchip10BASE-T1SPHY推出了相關套件。

Microchip在10BASE-T1S中布局很早，2023年7月就推出了首批車規級10BASE-T1S以太網器件，符合AEC-Q100一級資質，型號包括LAN8670、LAN8671和LAN8672。緊接著在2023年9月就推出符合汽車應用要求的LAN8650/1 MAC-PHY系列新器件，LAN8650 和 LAN8651 MAC-PHY包括一個媒體訪問控制器（MAC）和串行外設接口 （SPI），用于連接汽車網絡邊緣的設備。

最近，Microchip展示了一個無需以太網交換機即可連接眾多傳感器和執行器的演示。該演示展示了如何使用該技術連接車輛內的各種傳感器和執行器。該演示包含壓力、接近、光線和其他傳感器，它們可以捕獲真實世界的數據，然后由集中式計算平臺進行處理。處理后的數據用于控制電機、風扇、燈光和顯示器，進而與物理世界進行交互。

多傳感器和執行器演示，圖源丨Microchip

總之，目前市場對于汽車10BASE-T1S、100BASE-T1、1000BASE-T1甚至是10GBASE-T1的關注度都非常高。無論是有MCU方案，還是無MCU方案，無論是MCU廠商、PHY廠商、交換機芯片廠商都在加大投入。反觀CAN領域，隨著CAN XL的推出，行業在總線領域也充滿著無限可能性。未來，這一領域或許也呈現百花齊放的場景。