标准解读丨ISO 21111 《道路车辆车载以太网》系列标准解读

随着汽车智能化、网联化快速发展，汽车电子也将更为复杂，其对车载网络的带宽、可靠性需求也日益提高。车载以太网不仅具备了适应ADAS、影音娱乐、汽车网联化等所需要的带宽，而且还具备了支持未来更高性能的潜力（如自动驾驶时代所需要的更大数据传输），将有望成为汽车主干网络。

ISO 21111《道路车辆车载以太网》系列标准，是一套全面涵盖车载以太网各项技术的标准集合，不仅包含了与车载以太网紧密相关（比如通用物理实体、以太网部件和物理层系统）的技术规范，而且面向技术人员提供一致性测试规程，旨在全方位保障车载以太网系统的功能性、可靠性以及兼容性。该系列标准共分为11个部分，每一部分的文件结构都严格遵循ISO/IEC 7498-1和ISO/IEC 10731中规定的开放系统互连（OSI）参考模型，展现了高度的规范化和系统化。

（ISO 21111系列标准文件结构——参考OSI模型）

01  车载以太网通用信息和定义

ISO 21111-1标准在ISO 21111系列标准中扮演着重要的基石角色，它明确界定了车载以太网系列标准中使用的专业术语，概括性地阐述了车载以太网的核心标准。重要的是，该标准向技术人员说明了ISO 21111系列标准与ISO/IEC/IEEE 8802-3:2017及其后续修正案之间的互补关系（例如ISO/IEC/IEEE 8802-3：2021规定了MII与GMII接口，而ISO 21111-2则针对用于1 Gbit/s传输的RGMII接口进行规定），详细描述了ISO 21111文件中车载以太网物理层（物理层组件除外）各部分之间的内在联系，为相关技术人员和学习者提供了一个清晰、系统的技术规范框架，助力他们更高效地理解并掌握车载以太网系列标准。

（ISO 21111系列标准中车载以太网物理层各部分关系）

02  通用物理实体要求

ISO 21111-2标准在ISO/IEC/IEEE 8802-3标准的基础上进行了重要补充，特别是针对车载以太网中通用物理实体的技术标准进行了完善（例如该标准补充了简化吉比特介质独立接口（RGMII）以及唤醒和同步链路睡眠功能的通用要求）。在RGMII接口方面，ISO 21111-2标准介绍了RGMII接口框架，提供了涉及接口电信号电压、时序以及常规参数规定，并描述了GMII信号到RGMII电信号的映射关系。在唤醒和同步链路睡眠功能方面，ISO 21111-2标准界定了通用物理实体电源状态转换的服务原语、事件与算法，提供了不同算法的时间要求。

03  1 Gbit/s光纤物理层实体的要求和一致性测试规程

ISO 21111-3标准通过明确塑料光纤（GEPOF）实体的相关服务接口的内在关系，概述唤醒与同步链路睡眠管理实体（WUSME）子层、快速转发实体（FFME）子层和调解子层的各项参数、相关功能及其状态图，为1 Gbit/s传输速率下车载以太网系统的实施提供了标准化的基础指南。

一致性测试规程是确保车载以太网系统符合标准要求的重要步骤。ISO 21111-3标准针对传输介质为GEPOF的物理层实体，制定了一套详尽的一致性测试规程。这套测试规程涵盖了测试模式与回环、必要功能以及可选功能三大测试组别。通过对1 Gbit/s传输速率下光纤物理层实体的必要功能与可选功能进行一致性测试，可以达到保障车载以太网系统功能性的目的。

1 Gbit/s光纤物理层实体测试项划分情况

04  1 Gbit/s光纤以太网部件的通用要求和测试规程

ISO 21111-4标准介绍了1 Gbit/s传输速率下光纤以太网组件（例如1000base-RHC组件）构成，描述了接头连接器和电缆连接器的尺寸标准、机械编码和电缆接头的通用要求，提供了POF与POF电缆的相关规定。技术人员可参考上述规定进行用于1-Git/s传输速率的车载以太网部件的研发工作。

为了考量1 Gbit/s传输速率下光纤以太网组件在各种环境条件下的工作压力，ISO 21111-4标准提供了涉及头部连接器、电缆连接器、POF、POF电缆以及光信道的测试规程。在实际应用中，以太网部件需要依据此标准进行生产和测试，以确保产品的质量和性能符合ISO 21111系列标准要求。

1 Gbit/s光纤以太网部件测试项划分情况

05  1 Gbit/s光纤物理层系统要求和一致性测试规程

ISO 21111-5标准规定了1 Gbit/s传输速率下光纤物理层系统的四项关键技术要求（例如塑料光纤（GEPOF）的链路状态、连接质量、信道质量以及在气候负荷下的通信可靠性）。面向技术人员提供了气候负荷下高低衰减信道、链路状态时间和信道质量的互操作性测试规程，以及涉及高低衰减通道、光学IUT发射器测量与唤醒和同步链路睡眠的一致性测试规程，旨在保障车载以太网系统的性能和稳定性。

1 Gbit/s光纤物理层实体测试项划分情况

06  100Mbit/s电气物理层实体的技术要求和一致性测试规程

ISO 21111-6标准规定了100Mbit/s传输速率下物理层实体高级功能（例如唤醒和睡眠功能）的技术要求，为以太网物理层实体的功能设计提供了具体的标准规范。针对唤醒和睡眠功能，此标准规定了唤醒与睡眠功能的服务原语和接口、供电时序状态和命令定义（例如用于请求断电、通过不活跃链路和活跃链路发送唤醒信号的三种命令）。

依据ISO 21111-6标准提供的100Mbit/s传输速率下电气物理层实体的测试规程，技术人员可对PHY控制、PCS以及PMA三项内容进行一致性测试工作，确保物理层实体可以与其他车载设备正常连接，实现数据的稳定传输。

100Mbit/s电气物理层实体测试项划分情况

07  100Mbit/s电气物理层系统要求和测试规程

ISO 21111-7标准包含100Mbit/s电气物理层系统要求和测试规程。该标准尚未发布。

08  100Mbit/s电气以太网传输媒介、组件及其测试规程

通信信道质量可对车载以太网数据传输效率产生直接影响。由此，ISO 21111-8标准明确规定了独立通信信道（SCC）、电缆和连接器的单信道特性等多种以太网通信信道相关技术标准，一定程度上提高100Mbit/s传输速率下以太网传输媒介的通信质量。

此外，ISO 21111-8标准详细介绍了此类测试所需的设备（例如矢量网络分析仪（VNA）和时域反射计（TDR）），特别说明了使用VNA时的注意事项和参数设置，并具体描述关于电缆、连接器和完整通信信道（WCC）的测试程序以及测试的预期结果，保证以太网传输媒介与组件能够满足100Mbit/s传输速率下车载以太网的实际应用需求。

09 数据链路层的技术要求和一致性测试规程

ISO 21111-9标准包含了与以太网交换机相关的多个关键指标的标准规范，比如地址解析（ADDR）、虚拟局域网（VLAN）、服务质量（QOS）、音频/视频桥接（AVB）以及时间同步（TIME）等。该标准为技术人员提供了一套以太网交换机的典型配置集，方便对以太网交换机的配置时间进行检测。

关于设备级数据链路层的一致性测试规程，在《OPEN TC11半导体开关测试规范-第一版》中进行了详尽的描述。

10  应用于网络层的技术要求和一致性测试规程

ISO 21111-10标准聚焦于网络层与传输层的一致性测试规程，涵盖了车载以太网中网络层与传输层的协议。其中，网络层包含地址解析协议（ARP）、互联网控制消息协议第4版（ICMPv4）、互联网协议第4版（IPv4）以及IPv4链路本地地址的动态配置等一系列测试组。传输层测试规程包括用户数据报协议（UDP）和传输控制协议（TCP）相关用例。

网络层与传输层测试项划分情况

11  从应用层到会话层的一致性测试规程

ISO 21111-11标准包含车载以太网应用层到会话层的一致性测试规程。通过指定应用层SOME/IP协议与会话层中动态主机配置协议版本4（DHCPv4）的测试系统拓扑结构以及相关CTC配置内容的具体说明，实现从应用层到会话层一致性测试工作的标准化。

应用层与会话层测试项划分情况

中汽研软件测评（天津）有限公司 智能通信平台总监赵秋俊：“ISO 21111《道路车辆车载以太网》系列标准旨在规范车载以太网通信要求，帮助行业建立统一的车载以太网通信设计要求和试验方法。该标准从基本概念到具体实施细节，从硬件到软件层面，均面向技术人员提供了详尽的技术规范。该标准的制定将有效提升汽车行业、相关企业产品的车载以太网设计和验证水平，进一步加速车载以太网技术落地。”

未来，软件测评中心将继续深耕车载以太网标准和技术研究工作，积极与整车及零部件企业合作，推动车载以太网认证实验室建设，依托先进的测试设备和卓越的测试能力提供高水平车载网络测试服务，助力客户提升产品质量和市场竞争力。同时，软件测评中心将积极联合行业力量，共同探索和推进车载网络新技术的应用和落地。