前言
自20世纪末以来，信息产业取得了突飞猛进的发展，并与各传统领域进行融合，给中国经济的高质量发展注入了一股强劲的动力。鉴于此，为了改变我国传统汽车产业的现状，2016年，国家发展改革委联合交通运输部印发了《推进“互联网+”便捷交通 促进智能交通发展的实施方案》。该方案的推出旨在加强传统汽车产业与信息产业融合，构筑我国下一代智能汽车、智能交通的综合实力和世界竞争力，实现汽车产业的弯道超车。在提高汽车智能化水平以及传统汽车产业与信息产业融合的过程中，还存在许多关键的技术问题需要突破，这其中包括各类传感器的制造，车内高速通信架构、技术和协议的开发，车载计算能力的提升，以及自动驾驶算法的开发，等等。
作为信息产业领域的龙头企业，华为公司积极响应国家号召，成立了智能汽车解决方案部门，融入与传统汽车行业融合的汽车智能化的发展浪潮之中。鉴于当前汽车行业还缺乏优秀的实践，华为公司联合国内外多家大型汽车制造企业，结合当前汽车EEA的“痛点”，以及华为公司在信息产业方面的经验，推出了全新的基于网络通信架构的车载CCA（Compute and Communication Architecture，计算与通信架构）。
一直以来，传统汽车的电子与电气功能的扩展受制于汽车制造的历史遗留问题和传统产业链的封闭性，汽车的各种新增功能一般都采用叠加的方式。每增加一种功能，在汽车上就可能需要增加一套传感器、一个控制器和多根线缆，最终导致传统汽车传感器、控制器和线缆的总量达到惊人的程度。在这种情况下，在传统汽车EEA的基础上再增加自动驾驶功能几无可能。汽车的智能化发展使得传统汽车EEA的变革势在必行。传统汽车EEA在适应汽车智能化发展时，需要面对四大挑战。第一，传统汽车EEA大量使用CAN/LIN总线[1]，这样的总线速率低，仅支持每秒几兆比特的数据传输速率，远远不能满足智能汽车的高速传感器（如激光雷达、摄像头等）要求的每秒吉比特级的数据传输速率，因此新型的高速数据传输技术将取代CAN/LIN总线在汽车内互联的主导地位。第二，虽然传统汽车EEA采用总线形式，但其总线的组网通信能力较弱，这种连接方式使得连接线缆的数量随着传感器数量的增加而增加，大量的线缆增加了设计、生产和维修等全流程的难度，同时也增加了整车质量和汽车成本。采用基于网络的区域架构可以较好地解决此问题，对分布在汽车内不同位置的各类传感器的数据进行分区域汇聚，然后通过主干高速数据线来完成所有数据的传输和共享，能有效地规避线缆直连带来的一些缺陷。一方面，分区域汇聚有效缩短了连接传感器线缆的长度，另一方面主干高速数据线能有效替代大量贯穿整车的低速线缆，从而在整体上降低整车的线缆使用量，并且高效地实现各传感器的数据在各功能模块间的共享。第三，传统汽车EEA标准化程度较低，各汽车企业都构建了各自的供应链体系，很难获取大规模的产业链带来的价值，使部分零部件成本居高不下。可以预见，在汽车智能化演进的过程中，产业链的分工将越来越复杂，产业链条将越来越长。如果不能形成一个大多数汽车企业都认可并遵循的新架构标准，汽车的智能化将会进展缓慢。第四，传统汽车EEA功能的扩展和演进受到制约，显然很难跟上当前产品更新迭代的节奏。因此，一个全新的可扩展、可演进的架构将会是智能汽车架构的最佳选择。
在与国内外多家大型汽车企业联合研发的过程中，华为公司智能汽车研究团队提出的CCA获得了较多肯定。CCA包括车载网络通信架构和车载计算架构两个部分，其中，车载网络通信架构是一种区域化的网络架构，各种传感器和计算功能都是网络的节点，各种传感器的原始数据以及计算的中间结果都可以在网络中自由地传输和共享。高达25 Gbit/s的主干通信能力，使得车载网络可以高速、低时延地传输各种数据。结合华为公司的车载操作系统，CCA还具备良好的可扩展性和演进性，增加新传感器仅相当于在网络中增加了一个数据节点，而增加新功能仅需更新软件。
华为公司深知良好的产业环境和形成共识对于一个产业健康发展的重要性，特别编写本书就是抛砖引玉，希望与业界分享华为公司对未来智能汽车EEA演进的理解和想法。本书介绍的车载网络通信架构是一种低成本、可平滑扩展的全新架构，不仅华为公司对这种架构进行了反复论证，而且与华为公司合作的汽车企业也投入力量进行了开发和试验。我们希望通过本书，帮助读者认识到汽车的智能化发展必须革新传统汽车EEA，并就如何革新传统汽车EEA提出建议，同时展示需要改进的各种相关技术。
本书分为8章，首先分析传统汽车EEA的局限性及其变革的必要性，然后介绍车载网络通信架构与拓扑，支持该架构的关键部件和协议，车载网络通信架构的网络安全、功能安全、物理层传输和传输介质等，主要内容如下。
第1章 汽车电子与电气系统的发展趋势——从EEA到CCA
这一章详细介绍传统汽车EEA的优缺点和面临的问题，提出华为公司推荐的面向智能化发展的整车架构CCA。CCA包括车载网络通信架构和车载计算架构，本书重点介绍CCA的车载网络通信架构。采用车载网络通信架构，将车载骨干网络统一为以太网，可以简化通信标准，提升传输速率，减少线缆数量，大幅降低汽车制造成本。
第2章 车载网络通信架构与拓扑
这一章详细介绍CCA的重点技术，包括车载网络通信架构的架构图、拓扑变化，以及发生故障情况下的拓扑倒换变化。
第3章 车载网络通信架构的关键部件
这一章重点讲述支撑车载网络通信架构的关键部件，包括车载网关硬件框图、操作系统、中间件和支撑的应用软件等内容。
第4章 车载网络通信协议
这一章通过具体的应用案例详细介绍车载网络通信架构所需的二、三、四层通信协议，以及这些通信协议之间的关系。
第5章 车载网络通信架构的网络安全
这一章主要介绍车载网络通信架构对网络安全的要求。在车载网络通信架构中，进行了3个层级的架构设计，包括部件和接口的安全、按照安全威胁等级划分的分域安全、车与外界的通信安全，确保汽车系统难以被非法入侵。
第6章 车载网络通信架构的功能安全
这一章介绍车载网络通信架构的功能安全，重点介绍与汽车可靠性设计相关的安全，包括功能安全国际体系和设计要求等内容。
第7章 车载以太网物理层传输
物理层的收发器是整个通信系统的基石，这一章介绍车载网络通信架构的物理层传输技术，阐述超大带宽的数字信号是如何通过以太网发送、传输和接收的。
第8章 车载以太网传输介质
这一章介绍车载以太网的传输介质和相关要求，包括车载以太网电缆和连接器、与其相关的电磁兼容问题，以及未来可能采用的车载光缆。车载通信的带宽还在不断提高，这些技术的国际标准和国内标准还在不断制定中。
车载CCA概念的雏形最早由华为公司的王浩提出，特此表示感谢！另外，我们也对参与本书内容审阅的专家表示感谢。
本书编写人员虽有多年从业经验，但书中存在错漏之处在所难免，诚恳地期待广大读者和专家学者指正。若对本书有任何意见和建议，请发送邮件至shantal.shen@huawei.com，全体编写人员在此表示衷心的感谢。
【注释】
[1] CAN即Controller Area Network，控制器局域网；LIN即Local Interconnect Network，本地互联网。