1. 引言

隨著高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動(dòng)駕駛技術(shù)的快速發(fā)展，雷達(dá)傳感器已成為車輛感知環(huán)境的核心部件?，F(xiàn)代雷達(dá)能夠提供高分辨率的目標(biāo)信息，如距離、速度、角度等，但隨之而來(lái)的是海量數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。這些數(shù)據(jù)必須在車輛的不同電子控制單元（ECU）之間實(shí)時(shí)交換，以完成融合、決策和控制。然而，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和一致性高度依賴于精確的時(shí)間同步。傳統(tǒng)的車載網(wǎng)絡(luò)如CAN、CAN FD在帶寬和靈活性方面逐漸捉襟見(jiàn)肘，而新的CANXL協(xié)議作為一種經(jīng)濟(jì)高效的解決方案，正受到廣泛關(guān)注。本文將深入探討雷達(dá)數(shù)據(jù)交換中的時(shí)間同步挑戰(zhàn)，并介紹基于CANXL的技術(shù)優(yōu)勢(shì)與性能表現(xiàn)。

2. 雷達(dá)數(shù)據(jù)交換與時(shí)間同步的挑戰(zhàn)

現(xiàn)代毫米波雷達(dá)通常采用多輸入多輸出（MIMO）技術(shù)，可同時(shí)探測(cè)數(shù)百個(gè)目標(biāo)，并輸出目標(biāo)的距離、速度、角度等信息。例如，一個(gè)4D成像雷達(dá)每秒可生成數(shù)千個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，每個(gè)目標(biāo)包含位置、速度、反射強(qiáng)度等屬性，數(shù)據(jù)量可達(dá)數(shù)兆字節(jié)每秒。這些數(shù)據(jù)需要分發(fā)到感知融合單元、域控制器等節(jié)點(diǎn)進(jìn)行集中處理。

時(shí)間同步是確保數(shù)據(jù)一致性的關(guān)鍵。由于雷達(dá)數(shù)據(jù)在不同時(shí)刻被采樣，如果缺乏統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)，融合算法將無(wú)法正確關(guān)聯(lián)來(lái)自同一物理目標(biāo)的多個(gè)測(cè)量值，導(dǎo)致虛警或漏檢。因此，每個(gè)雷達(dá)節(jié)點(diǎn)必須為每個(gè)數(shù)據(jù)包打上高精度的時(shí)間戳，以便接收方能夠按照時(shí)間順序?qū)R數(shù)據(jù)流。

XSCANIP 是一款集成了硬件時(shí)間戳功能的解決方案，能夠提供高達(dá)64位分辨率的時(shí)間戳（通?；诩{秒級(jí)計(jì)數(shù)器），從而在多個(gè)雷達(dá)節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)間對(duì)齊。這種硬件級(jí)時(shí)間戳避免了軟件處理的延遲抖動(dòng)，確保了時(shí)間同步的精度達(dá)到微秒甚至納秒級(jí)別，為后續(xù)的數(shù)據(jù)融合奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3. CANXL：面向雷達(dá)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)高效網(wǎng)絡(luò)

為了承載高帶寬的雷達(dá)數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)選擇可能是基于以太網(wǎng)的解決方案，如10Base-T1S（10 Mbit/s汽車以太網(wǎng)）。然而，以太網(wǎng)在成本、線束復(fù)雜度和功耗方面并不總是最優(yōu)。CANXL（Controller Area Network with eXtended Data Field）作為CAN FD的下一代標(biāo)準(zhǔn)，提供了一種兼具高帶寬、低成本和靈活性的替代方案。

3.1 收發(fā)器選項(xiàng)與帶寬提升

CANXL 兼容多種物理層收發(fā)器，包括傳統(tǒng)的CAN、CANSIC（CAN Signal Improvement Capability）以及最新的CANSICXL。這使得OEM可以根據(jù)成本、拓?fù)浜蛶捫枨箪`活選擇：

• 使用 CANSIC 收發(fā)器 時(shí)，CANXL 的帶寬最高可達(dá) 8 Mbit/s ，比CAN FD的典型帶寬（約4.3 Mbit/s）高出 **84%**。這意味著在相同物理層成本下，數(shù)據(jù)傳輸效率大幅提升。

• 若采用 CANSICXL 收發(fā)器 ，帶寬優(yōu)勢(shì)更加顯著：最高速率可達(dá) 20 Mbit/s 以上，比CAN FD高出 **340%**。這為傳輸高密度雷達(dá)目標(biāo)數(shù)據(jù)提供了充足的信道容量。

為了驗(yàn)證CANXL在雷達(dá)應(yīng)用中的實(shí)際性能，研究人員進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)仿真，評(píng)估其在50毫秒周期內(nèi)能夠處理的數(shù)據(jù)量：

• 位置條目（如地圖點(diǎn)或靜態(tài)障礙物） ：每個(gè)條目20字節(jié)。仿真顯示，在總線負(fù)載77%的情況下，CANXL可支持高達(dá) 4,000個(gè)位置條目 的傳輸。這相當(dāng)于每50毫秒更新一次包含4000個(gè)點(diǎn)的高精度地圖。

• 雷達(dá)目標(biāo)數(shù)據(jù) ：每個(gè)目標(biāo)包含位置、速度、RCS等屬性，約為60字節(jié)。在總線負(fù)載83%時(shí)，CANXL能夠傳輸 1,400個(gè)雷達(dá)目標(biāo) 。考慮到當(dāng)前4D雷達(dá)通常輸出幾百個(gè)目標(biāo)，這一容量完全滿足需求，并為未來(lái)更高分辨率的雷達(dá)預(yù)留了余量。

這些數(shù)據(jù)表明，CANXL不僅能夠承載現(xiàn)有雷達(dá)的數(shù)據(jù)流，還具備應(yīng)對(duì)未來(lái)傳感器升級(jí)的能力。

3.3 以太網(wǎng)幀隧道與DoIP支持

除了原生CAN數(shù)據(jù)，CANXL還支持以太網(wǎng)幀隧道技術(shù)，即可以將完整的以太網(wǎng)幀封裝在CANXL消息中進(jìn)行傳輸。這一特性帶來(lái)了兩大好處：

1. 基于IP的診斷（DoIP） ：車輛診斷通常使用DoIP（Diagnostics over Internet Protocol），需要以太網(wǎng)傳輸。通過(guò)CANXL隧道，診斷工具可以借助現(xiàn)有的CAN網(wǎng)絡(luò)發(fā)送IP數(shù)據(jù)包，無(wú)需額外鋪設(shè)以太網(wǎng)線束，降低了診斷系統(tǒng)的硬件成本。

2. 協(xié)議兼容性 ：隧道技術(shù)使得上層應(yīng)用（如基于SOME/IP的服務(wù)）可以直接運(yùn)行在CANXL之上，實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)應(yīng)用與CAN網(wǎng)絡(luò)的平滑集成，提升了系統(tǒng)的靈活性。

雖然以太網(wǎng)（如10Base-T1S）也能提供10 Mbit/s的帶寬，且支持更高層協(xié)議，但在實(shí)際應(yīng)用中，CANXL具有以下優(yōu)勢(shì)：

• 成本更低 ：CANXL沿用成熟的CAN物理層和線束，無(wú)需昂貴的交換機(jī)或?qū)Ｓ镁€纜，整體物料成本顯著低于以太網(wǎng)。

• 拓?fù)潇`活性 ：CANXL支持多節(jié)點(diǎn)總線拓?fù)?，?jié)點(diǎn)配置可擴(kuò)展，易于實(shí)現(xiàn)分布式雷達(dá)傳感器連接。

• 確定性 ：CAN協(xié)議的事件觸發(fā)機(jī)制結(jié)合高優(yōu)先級(jí)仲裁，可保證關(guān)鍵數(shù)據(jù)的低延遲傳輸，而以太網(wǎng)在輕負(fù)載下雖好，但重負(fù)載時(shí)可能發(fā)生沖突。

當(dāng)然，以太網(wǎng)在帶寬上限（可達(dá)100 Mbit/s以上）和協(xié)議棧豐富度方面仍占優(yōu)勢(shì)，適用于更高數(shù)據(jù)量的傳感器（如攝像頭）。因此，CANXL與以太網(wǎng)在實(shí)際車輛網(wǎng)絡(luò)中往往互補(bǔ)共存。

5. 結(jié)論

隨著自動(dòng)駕駛對(duì)感知精度的要求不斷提高，雷達(dá)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交換與時(shí)間同步成為必須解決的核心問(wèn)題。XSCANIP等硬件時(shí)間戳技術(shù)為多雷達(dá)節(jié)點(diǎn)提供了精確的時(shí)間對(duì)齊基礎(chǔ)。在此之上，CANXL以其高帶寬（最高可達(dá)20 Mbit/s）、經(jīng)濟(jì)成本和對(duì)多種收發(fā)器的支持，成為連接雷達(dá)節(jié)點(diǎn)的理想選擇。仿真數(shù)據(jù)證實(shí)，CANXL足以承載數(shù)千個(gè)目標(biāo)或位置條目的周期性傳輸，并且通過(guò)以太網(wǎng)隧道功能，還能兼容DoIP等上層應(yīng)用?？梢哉f(shuō)，CANXL為面向未來(lái)的雷達(dá)汽車應(yīng)用提供了一個(gè)面向未來(lái)、兼顧性能與成本的網(wǎng)絡(luò)解決方案。

參考資料：本文基于最新的CANXL技術(shù)規(guī)范及行業(yè)仿真數(shù)據(jù)編寫，旨在為汽車電子工程師和研究人員提供參考。