汽车总线技术架构解析：为何CAN与车载以太网是主干网核心？

但凡在汽车行业，“总线”这个词是绕不开的。从控制发动机的CAN/CAN FD，到调节车窗的LIN，再到承载智能座舱数据的车载以太网，甚至传输视频流的MIPI、音频的MOST等等。车上任何一个看似简单的功能，背后都可能涉及一系列总线的协同工作。

比如，播放一首音乐，需要音频总线驱动车内的环绕声喇叭；屏幕上的一次触控，其指令可能通过CAN、以太网或LIN，经由域控制器流转到最终的执行单元。那么，为什么现代汽车需要如此多种类的总线？又为什么会有“主干网”这个概念？本文将从汽车总线的类型与通信模型入手，解析主干网的必要性及其与节点链路的区别，并探讨为何CAN和车载以太网能成为主干网的“不二之选”。

一、汽车总线的类型及其通信模型与作用

汽车总线是为解决传统汽车电气系统布线复杂、实时性不足而发展的数字化通信技术。根据SAE（美国汽车工程师协会）分类，车用总线可分为A、B、C、D四类，以满足不同性能与成本需求的应用场景：

A 类总线：面向传感器或执行器管理的低速网络，位传输速率通常小于 20Kbps，以 LIN（Local Interconnect Network）为代表。LIN是一种低成本、开放式的串行通讯协议，主要用于车门、车窗、座椅等分布式电控系统。

B 类总线：面向车身舒适系统的中速网络，传输速率在 10-125Kbps 之间，主要用于车门控制、电动车窗、座椅调节等对实时性要求不高的场景。

C 类总线：面向动力系统和安全系统的高速网络，传输速率在 125Kbps-1Mbps 之间，CAN 总线是该类别的典型代表。CAN能够满足发动机控制、变速箱控制、ABS（防抱死制动系统）等对实时性和可靠性要求极高的应用需求。

D 类总线：面向多媒体系统的高带宽网络，传输速率超过 100Mbps，包括 MOST、车载以太网等技术。这类总线主要用于车载信息娱乐、导航、高级驾驶辅助系统等需要传输大量数据的场景。

1. 通信模型的决定因素

通信模型的选择是总线设计的基础，它直接决定了网络的拓扑、成本与性能上限。

• 总线型（如 CAN， LIN）：所有节点共享物理线路，成本最低，但带宽受限，需要仲裁机制解决冲突。
• 星型（如车载以太网交换机）：每个设备独立连接到中心交换机，带宽独占，无冲突，但布线复杂，中心节点是关键。
• 点对点（如 SerDes）：专用线路连接两个设备，性能（带宽、延迟）最优，但扩展性差，成本随节点数线性增长。
• 环形（如早期 MOST）：数据沿环形路径传递，有单点故障风险，现多已被星型替代。

2. 主流车载总线概览

主流车载总线根据其定位，形成了清晰的技术分工。

总线类型	通信模型	典型速率	主要应用场景	为什么需要它
LIN	单主多从，总线型	20 kbps	车窗、雨刷、座椅调节、门锁	极低成本，替代简单的开关信号线
CAN	多主多从，总线型	1 Mbps	发动机控制、变速箱、车身控制	高可靠性、实时性，适合分布式控制
CAN FD	多主多从，总线型	2-5 Mbps	诊断、网关、部分ADAS数据	带宽提升，兼容CAN，平滑升级
FlexRay	多主多从，总线/星型	10 Mbps	线控转向、线控制动	确定性、高可靠，满足安全关键系统
车载以太网	多对多，星型/交换	100M-10Gbps	智能座舱、自动驾驶、中央网关	高带宽、支持IP协议，满足软件定义汽车
MOST	环形/星型	25-150 Mbps	高端音频、视频娱乐系统	高同步性、低抖动，专为多媒体优化
MIPI CSI/DSI	点对点/菊花链	数Gbps	摄像头到处理器、显示屏	极高带宽、低功耗，专为图像/显示优化
SerDes	点对点	数Gbps-16Gbps	高清摄像头、雷达到域控制器	超低延迟、无损传输，满足原始传感器数据
SENT/PWM	点对点	-	传感器、简单执行器	纯模拟/数字信号，最直接的控制方式

二、什么汽车电子需要主干网？主干网与节点链路的协同逻辑

现代汽车的电子架构普遍采用 分层设计。如果把整车通信系统比作一个城市的交通网络，那么主干网就是连接各区域的“主干道”和“高速公路”，而节点链路则是深入社区内部的“区内道路”和“专属通道”。只有需要进行跨域协同、承载核心业务功能的电子单元，才需要接入主干网；局部子系统的内部通信，仅通过节点链路即可高效完成。

1. 需要接入主干网的汽车电子

主干网的核心定位是承载整车级、跨域的核心数据传输。通常，具备以下特征的电子控制单元（ECU）或域控制器需要接入主干网：

• 需要进行跨域/跨系统通信：例如，自动驾驶域需要向底盘域发送转向指令。
• 处理融合信息而非原始数据：域控制器融合摄像头、雷达数据后生成的“障碍物信息”。
• 作为数据路由或决策中心：如中央网关、域控制器。
• 需要支持软件在线更新（OTA）或远程诊断。
  典型代表包括：自动驾驶域控制器、智能座舱域控制器、车身域控制器以及未来的中央计算平台等。

2. 主干网与节点链路的区别与联系

维度	主干网	节点通信
系统角色	城市主干道 & 高速公路网（连接各区）	区内道路、小巷、专属通道（深入末端）
通信模型	交换网络（多对多，可路由）	总线、点对点、星型（一对多/点对点）
典型协议	CAN/CAN FD， 车载以太网	LIN， FlexRay， SerDes， SENT， PWM
数据内容	融合后的信息、控制命令、服务请求（如“执行制动”）	原始数据、简单状态、直接驱动信号（如摄像头像素流）
带宽与实时性	带宽范围广，实时性要求混合	两极分化：LIN极低速，SerDes极高速但要求超低延迟
节点智能度	高（域控制器、中央计算机）	低（智能传感器）或专用（视频串行器）
成本考量	节点成本高，布线成本相对优化	追求极致的单点成本优化或不计成本的性能

联系与协同工作流程（以自动驾驶为例）：

1. 末端采集（节点链路）：摄像头通过 SerDes 将原始视频流送至自动驾驶域控制器；毫米波雷达通过 CAN FD 发送目标列表。
2. 域内处理（域控制器内部）：域控制器融合视频和雷达数据，识别出前方障碍物，并规划绕行路径。
3. 跨域决策（主干网）：
   • 通过 车载以太网，向底盘域控制器发送“转向”和“减速”指令。
   • 通过 车载以太网，向智能座舱域控制器发送“即将自动变道”的提示信息。
4. 末端执行（节点链路）：
   • 底盘域控制器通过 高速CAN 或 FlexRay 向转向和制动系统发送具体执行参数。
   • 这些执行器最终通过内部的 PWM/SENT 等信号直接驱动电机和阀门。

3. 主干网与节点链路的协同：网关是关键桥梁

主干网和节点链路通过网关实现无缝协同，形成“核心数据走主干、局部数据走支路”的高效体系。网关在此过程中承担三大核心作用：协议转换、数据过滤、优先级调度。

具体流程示例：

1. 指令下发：用户在中控屏点击“调节座椅”。指令经车载以太网（主干网）传输到车身域控制器；域控制器将指令转换为 LIN 协议，通过 LIN总线（节点链路）下发到座椅电机控制器。
2. 状态上传：胎压传感器采集的数据，经低速CAN（节点链路）传输到底盘域控制器；域控制器将汇总后的胎压状态，通过主干网（CAN或以太网）传输到仪表屏显示。

三、主干网的“不二之选”：为何是CAN/车载以太网而非SerDes？

主干网的选型，必须满足多节点组网、跨域通信、高可靠性、标准化四大核心要求。CAN和车载以太网凭借其技术特性完美适配这些需求，而SerDes等视频流专用总线，从设计之初就注定无法胜任主干网的角色。

1. 主干网的核心技术门槛

能成为汽车主干网的总线，必须具备以下能力：

• 多节点组网能力：支持连接数十个核心节点，实现多设备并发通信。
• 跨域数据交互能力：可作为整车数据中枢，实现不同功能域之间的数据互通。
• 高可靠性与容错性：单点故障不影响全网，抗干扰能力强。
• 标准化与扩展性：具备统一行业标准，支持平滑升级和广泛兼容。

2. CAN / 车载以太网：天生适配主干网需求

两者分别对应传统汽车和智能汽车时代的主干网需求，形成互补的混合架构。

• CAN/CAN FD：传统汽车的通信基石
  CAN的多主多从总线型拓扑和非破坏性仲裁机制，完美匹配了动力、底盘等安全关键域对确定性和实时性的苛刻要求。它支持数十个节点接入，具备良好的容错性，且得益于其广泛的ISO国际标准和庞大的产业生态，成本与兼容性优势无可替代。CAN FD则在兼容传统CAN的基础上，通过扩展数据场和提升波特率，满足了智能网联汽车对更大数据包和更快传输速度的轻量化需求。
• 车载以太网：智能汽车的通信主动脉
  随着自动驾驶和智能座舱数据量的爆发式增长，CAN的带宽瓶颈日益凸显。车载以太网凭借其高带宽（100Mbps~10Gbps）、基于交换机的星型拓扑（支持灵活的多对多通信）以及原生IP协议栈支持，顺势成为新一代主干网核心。特别是TSN（时间敏感网络）技术的引入，为其赋予了微秒级的硬实时能力，足以承载激光雷达点云、4K视频流乃至自动驾驶的融合决策指令。此外，以太网的IP化特性让汽车能够无缝对接云端，为OTA、V2X等智能网联功能提供了底层支撑。理解这种 网络架构的演进 对于把握未来汽车电子发展趋势至关重要。

3. SerDes的技术局限：专用链路无法当中枢

SerDes（包括MIPI A-PHY）虽在带宽和延迟上表现出色，但其技术本质决定了它无法胜任主干网角色：

• 拓扑硬伤：仅支持点对点：SerDes为“一对一”高速传输而优化。若用它连接多个域控制器，需要为每对设备部署独立链路，导致线束复杂度与成本呈指数级增长，违背了总线“简化布线”的初衷。
• 功能单一：缺乏网络核心能力：SerDes专注于物理层的数据串行化与解串，不具备数据包路由、优先级仲裁、错误恢复等网络层功能。它无法像以太网交换机那样智能地调度不同优先级的数据流，这在要求硬实时和安全至上的汽车控制领域是不可接受的。
• 兼容性差：协议封闭难以互通：不同厂商的SerDes方案（如GMSL、FPD-Link）多为私有协议，互操作性差。更重要的是，SerDes链路是信息孤岛，无法直接与CAN、LIN等总线通信，无法承担起整车数据交互中枢的职责。

四、总结：多总线协同是智能汽车的通信最优解

汽车之所以需要多种类型的总线，本质是用“精准匹配”替代“一刀切”——用低成本的LIN解决末端控制，用高可靠的CAN保障安全控制，用高带宽的以太网支撑跨域智能，用专用的SerDes传输原始视频流。

而主干网作为整车通信的“中枢神经”，必须由具备强大组网能力、跨域互通性和高可靠性的总线承担。在传统架构中，CAN担此重任；在面向未来的软件定义汽车架构中，车载以太网则成为核心。SerDes等点对点总线则作为高效的“毛细血管”，负责局部的高速原始数据传输。

这种分层、协同的多总线架构，在保证整车电子系统实时性、可靠性的同时，最大限度地优化了系统成本与扩展性，是支撑汽车从“功能车”向“智能移动终端”演进的底层基石。对汽车网络技术的深入探讨，欢迎在 云栈社区 与更多开发者交流。