一种车载以太网转接板以及多路车载以太网设备通讯系统的制作方法

1.本发明涉及车载以太网技术领域，具体涉及一种车载以太网转接板以及多路车载以太网设备通讯系统。


背景技术：

2.近些年来，随着汽车工业的发展，一系列的高级辅助驾驶功能喷涌而出。为满足这些需求，就对传统的电子电器架构带来了严峻的考验，需要越来越多的电子部件参与信息交互，导致对网络传输速率，稳定性，负载率等方面都提出了更为严格的挑战。此外，随着人们对汽车多媒体以及影音系统的需求越来越高，当前虽已有各式各样的音视频系统，可随着汽车电动化进程的加速推进，手机控制车辆以及彼此交互的场景不断扩大，可以想象未来联网需求只会不断拓展，无论是车内还是车外的联网需求都不约而同的提出了更多网络带宽的重要性。
3.为此，车载以太网应运而生。首先以太网的首要优势之一在于支持多种网络介质，因此可以在汽车领域进行使用；同时由于物理介质与协议无关，因此可以在汽车领域可以做相应的调整与拓展，形成一整套车载以太网协议，该协议将会在未来不断发展并长期使用。
4.因车载以太网(以下简称t1)与传统以太网的本质区别，在车载以太网研发时时常存在以下几点问题间接影响项目开发节点：
5.1、车载以太网转接板可以支持1000base-t1(以下称千兆t1)的市面上很难买到，且价格非常昂贵难以大量采购用于车载以太网开发；
6.2、市面上买到的车载以太网转接板因硬件方案层次不齐，稳定性很差，实际测试中常常无法区别问题出自待测产品还是转接板，这给车载产品的以太网部分研发带来很大的不便；
7.3、市面上几乎没有车载以太网转接板可同时兼容百兆t1与千兆t1；
8.4、此外在车载以太网研发时，嵌入式工程师同时会用到usb-ttl的终端调试设备，这使得实际调试过程中物理连接比较杂乱，且市面上买到的usb-ttl终端大多只支持3.3v信号电平无法用于1.8v，误使用可能会烧毁的终端调试设备。


技术实现要素：

9.针对上述问题，本发明提供了一种车载以太网转接板以及多路车载以太网设备通讯系统，其通过低成本高性能硬件方案实现兼容百兆车载以太网与千兆车载以太网的网络接口转接，以方便与车载以太网进行通讯。
10.其技术方案是这样的：一种车载以太网转接板，其特征在于，包括相连接的：
11.第一车载以太网信号转换模块，所述第一车载以太网信号转化模块通过千兆车载以太网接口连接车载以太网设备，所述第一车载以太网信号转化模块能够将车载以太网信号从车载以太网接口转换到rgmii接口进行传输；
12.第二车载以太网信号转换模块，所述第二车载以太网信号转换模块与所述第一车载以太网信号转化模块相连接，所述第二车载以太网信号转化模块能够将车载以太网信号从rgmii接口转换到rj45接口进行传输，用于传输车载以太网网络信号；
13.mcu模块，所述mcu模块分别与所述第一车载以太网信号转换模块和所述第二车载以太网信号转换模块相连接，用于切换所述第一车载以太网信号转换模块对于千兆车载以太网信号和百兆车载以太网信号的支持。
14.进一步的，所述mcu模块连接有第一拨码开关，所述第一车载以太网信号转换模块通过所述第一拨码开关切换千兆车载以太网/百兆车载以太网的配置。
15.进一步的，所述第一车载以太网信号转换模块连接有第二拨码开关，所述第二拨码开关用于切换车载以太网的master/slave工作模式。
16.进一步的，还包括usb-ttl模块，所述usb-ttl模块通过usb接口为所述转接板进行供电，所述usb-ttl模块能够通过ttl接口连接车载以太网设备的调试端口，所述usb-ttl模块通过usb接口连接pc机，用于传递调试信号。
17.进一步的，所述usb-ttl模块包括接口芯片u2，接口芯片u2的型号为cp2102，所述usb-ttl模块通过usb接口提供5v电压，所述usb-ttl模块通过电压转换芯片转化得到1.8v/3.3v电压。
18.进一步的，所述第一车载以太网信号转换模块和所述第二车载以太网信号转换模块分别采用phy芯片。
19.进一步的，所述第一车载以太网信号转换模块包括t1-phy芯片，所述t1-phy芯片的型号为rtl9010。
20.进一步的，所述第二车载以太网信号转换模块包括tx-phy芯片，所述tx-phy芯片的型号为dp83867。
21.进一步的，所述第一车载以太网信号转换模块通过1000base-t1连接器连接车载以太网设备。
22.一种多路车载以太网设备通讯系统，其特征在于，通过多个上述的车载以太网转接板连接多路车载以太网设备，多路所述车载以太网转接板分别连接到交换机，所述交换机与pc主机相连接。
23.本发明的车载以太网转接板，通过低成本高性能硬件方案实现兼容百兆车载以太网与千兆车载以太网的网络接口转接，以方便与车载以太网进行通讯，可通过开关简单地切换，将百兆车载以太网/千兆车载以太网的车载以太网接口转换为标准的rj45接口直接用于pc端调试；并且，本发明的车载以太网转接板，可通过普通的交换机与多个本转接板组合可实现单pc机与多路车载以太网设备通讯，构建多路车载以太网设备通讯系统，此外，本发明的车载以太网转接板通过usb接口供电的同时具备兼容1.8v与3.3v的usb-ttl调试终端，简化物理连接的同时也提高了调试设备的稳定性。
附图说明
24.图1为本发明的一种车载以太网转接板的模块框图；
25.图2为实施例中的一种车载以太网转接板的硬件框图；
26.图3为实施例中的第一车载以太网信号转换模块的电路原理图；
27.图4为实施例中的第二车载以太网信号转换模块的电路原理图；
28.图5为实施例中的rj45接口的电路原理图；
29.图6为实施例中的muc模块的电路原理图；
30.图7为实施例中的usb-ttl模块的电路原理图；
31.图8为实施例中的第一拨码开关的电路原理图；
32.图9为实施例中的第二拨码开关的电路原理图；
33.图10为实施例中的ttl连接器j11的电路原理图；
34.图11为实施例中的电压转换芯片u3的电路原理图；
35.图12为实施例中的电压转换芯片u4的电路原理图；
36.图13为实施例中的电压转换芯片u5的电路原理图；
37.图14为实施例中的连接器j2的电路原理图。
具体实施方式
38.为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述。在本说明书的描述中，参考术语“实施例”等的描述意指结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
39.见图1，本发明的一种车载以太网转接板，包括相连接的：
40.第一车载以太网信号转换模块1，第一车载以太网信号转化模块1通过千兆车载以太网接口连接车载以太网设备，第一车载以太网信号转化模块1能够将车载以太网信号从车载以太网接口转换到rgmii接口进行传输；
41.第二车载以太网信号转换模块2，第二车载以太网信号转换模块2与第一车载以太网信号转化模块1相连接，第二车载以太网信号转化模块2能够将车载以太网信号从rgmii接口转换到rj45接口进行传输，用于传输车载以太网网络信号；
42.mcu模块3，mcu模块3分别与第一车载以太网信号转换模块1和第二车载以太网信号转换模块2相连接，用于切换第一车载以太网信号转换模块1对于千兆车载以太网信号和百兆车载以太网信号的支持；
43.usb-ttl模块4，usb-ttl模块4通过usb接口为转接板进行供电，usb-ttl模块4能够通过ttl接口连接车载以太网，usb-ttl模块4连接usb-ttl终端调试设备，用于传递调试信号。
44.见图2至图14，具体在本发明的一个实施例中，第一车载以太网信号转换模块包括t1-phy芯片u6，t1-phy芯片u6的型号为rtl9010，t1-phy芯片u6通过千兆车载以太网接口连接车载以太网设备，t1-phy芯片u6的18、19端口用于连接1000base-t1连接器j3，具体在本实施例中，1000base-t1连接器j3采用信翰的z扣连接器，车载以太网连接器为防止相同连接器互相差错会用不同颜色以及所对应的防呆设计避免此种情况，此实施例中转接板使用万能扣位是为了可与相同系列所有颜色连接器匹配。
45.t1-phy芯片u6能够将车载以太网信号从1000base-t1接口转换到rgmii接口进行传输，t1-phy芯片u6与1000base-t1连接器j3的具体连接包括：t1-phy芯片u6的18、19端口
分别连接到d8的1、2端口，d8是用于静电保护的tvs器件，然后d8连接到l3的1、4端口，l3的2、3端口分别连接电容c32、c33后连接到1000base-t1连接器j3的2、1端口，l3是用于大电流注入(bci)防护的共模电感，1000base-t1连接器j3的3、4、5、6、7、8端口接地，1000base-t1连接器j3的2端口连接电阻r27、电容c40连接并联的电阻r128、电阻r127后接地，1000base-t1连接器j3的1端口连接电阻r26、电阻r33连接并联的电阻r128、电阻r127后接地，电阻r27、电容c40之间还有引线连接到电阻r26、电阻r33之间。
46.t1-phy芯片u6的23、26、29端口还支持strap config配置，t1-phy芯片u6的28、27端口还用于支持phy_address的配置。
47.第二车载以太网信号转换模块与第一车载以太网信号转化模块相连接，在本实施例中，具体为第二车载以太网信号转换模块包括tx-phy芯片u7，tx-phy芯片u7的型号为dp83867，t1-phy芯片u6与tx-phy芯片u7相连接，t1-phy芯片u6的29、28、27、26、25、23端口连接到tx-phy芯片u7的40、38、37、36、35、52端口，t1-phy芯片u6的36、35、34、33、32、31端口连接到tx-phy芯片u7的44、45、46、47、53、43端口。
48.第二车载以太网信号转化模块能够将车载以太网信号从rgmii接口转换到rj45接口进行传输，用于传输车载以太网网络信号，在本实施例中，具体为tx-phy芯片u7的2、3、5、6端口连接到u8的1、2、4、5端口，tx-phy芯片u7的10、11、13、14连接到u9的1、2、4、5端口，u8的10、9、7、6端口分别连接到rj45接口j5的2、3、4、5端口，u9的10、9、7、6端口分别连接到rj45接口j5的6、7、8、9端口，rj45采用具备网络变压器的千兆网口以满足千兆带宽需求，u8和u9是以太网信号线静电防护tvs器件，型号为tpd4e05u06qdqarq1。
49.第一车载以太网信号转换模块连接有第二拨码开关，第二拨码开关用于切换车载以太网的master/slave工作模式，在本实施例中，t1-phy芯片u6的25端口还连接到第二拨码开关j4的2端口，第二拨码开关j4的1、3端口分别对应了车载以太网的master和slave的模式，通过调节第二拨码开关j4，对应切换车载以太网的master/slave工作模式。
50.mcu模块分别与第一车载以太网信号转换模块和第二车载以太网信号转换模块相连接，用于切换第一车载以太网信号转换模块对于千兆车载以太网信号和百兆车载以太网信号的支持，mcu芯片u10的12、11端口分别与t1-phy芯片u6的45、46端口和tx-phy芯片u7的21、20端口相连接，本实施例中mcu芯片u10的型号为s9s08dz16f1mlc；
51.mcu模块连接有第一拨码开关，第一车载以太网信号转换模块通过第一拨码开关切换千兆车载以太网/百兆车载以太网的配置，具体在本实施例中，mcu芯片u10的18端口连接到第一拨码开关j6的2端口，第一拨码开关j6的1、3端口分别对应百兆车载以太网100base-t、千兆车载以太网1000base-t1的配置。
52.在本发明的实施例中，还包括usb-ttl模块，usb-ttl模块通过usb接口为转接板进行供电，usb-ttl模块能够通过ttl接口连接车载以太网设备的调试端口，usb-ttl模块通过usb接口连接pc机，用于传递调试信号。
53.usb-ttl模块包括接口芯片u2，接口芯片u2的型号为cp2102，接口芯片u2的3、4端口分别连接到usb连接器j1的3、2端口，接口芯片u2的20、21端口分别连接到ttl连接器j11的3、2端口，ttl连接器j11用于车载以太网设备的调试端口，usb-ttl模块通过usb连接器j1连接pc机，用于传递调试信号。
54.usb-ttl模块通过usb接口提供5v电压，usb-ttl模块通过电压转换芯片转化得到
1.8v/3.3v电压，具体的，usb连接器j1的1端口连接f1、二极管d1输出5v电压vbus_5v，usb连接器j1的2、3端口还连接到电压转换芯片u1的5、3端口，usb连接器j1的4端口接地，电压转换芯片u1的1端口连接5v电压vbus_5v，u1的4端口接地，电压转换芯片u1的型号为tpd2e001。
55.电压转换芯片包括电压转换芯片u3，电压转换芯片u3用于转化得到2.5v电压，电压转换芯片u3的1端口连接5v电压vbus_5v，电压转换芯片u3的5端口输出2.5v电压vcc_2v5，电压转换芯片u3的3端口与1端口相连接，电压转换芯片u3的2端口接地，电压转换芯片u3的1端口与2端口之间连接有电容c11和c12，电压转换芯片u3的4端口连接电容c19后接地，u3的型号为tlv70025。
56.电压转换芯片包括电压转换芯片u5，电压转换芯片u5用于转化得到1.1v和3.3v电压，电压转换芯片u5的3端口连接电压vbus_5v，电压转换芯片u5的6端口连接电感l1后输出1.1v电压vcc_1v1，电压转换芯片u5的10端口连接电感l2后输出3.3v电压vcc_3v3，u5的型号为tps62410。
57.电压转换芯片包括电压转换芯片u4，电压转换芯片u4的3端口连接3.3v电压vcc_3v3，电压转换芯片u4的5端口输出1.8v电压vcc_1v8，在本实施例中还设置了连接器j2，连接器j2的1、3端口分别对应3.3v电压vcc_3v3和1.8v电压vcc_1v8，通过跳冒可实现1.8v/3.3v电平切换，u4的型号为tlv70018。
58.usb-ttl模块的usb接口直接与电脑连接，一方面usb接口给车载以太网转接板供电，另一方面利用usb-ttl模块实现与u2芯片通讯转换为ttl接口与车载以太网设备的调试端口通讯，也可将usb-ttl功能独立用于其它usb-ttl的应用场景；ttl端口通常接被调试设备，比如车载以太网设备的ttl调试端口。
59.usb-ttl终端调试设备是世面上可买到的设备，大多只支持3.3v的电平且工作起来很不稳定；本实施例提供的车载以太网转接板里的cp2102接口芯片是实现usb-ttl功能的核心器件，在当前转接板上既可以实现usb-ttl的功能，其可以通过电压转换芯片转化得到1.8v和3.3v电压，1.8v和3.3v电压可根据需求随意切换，工作很稳定，本实施例通过cp2102接口芯片实现usb-ttl功能，方便发公司调试信号，同时可实现1.8v/3.3v信号电平的自主切换，不同的车载以太网产品在串口调试接口电路设计上受硬件方案限制有的产品为1.8v电平，有的产品为3.3v电平，所以usb-ttl调试终端需要根据产品设计做出适配。
60.实施例中的各个模块的其他端口是一些根据操作手册设置的常规的外围电路，具体的连接关系可以参照图3至图9给出的电路原理图，在此不逐一进行说明。
61.本发明的车载以太网转接板，通过低成本高性能硬件方案实现兼容百兆车载以太网与千兆车载以太网的网络接口转接，以方便与车载以太网进行通讯，可通过开关简单地切换，将百兆车载以太网/千兆车载以太网的车载以太网接口转换为标准的rj45接口直接用于pc端调试；并且，本发明的车载以太网转接板，可通过普通的交换机与多个本转接板组合可实现单pc机与多路车载以太网设备通讯，构建多路车载以太网设备通讯系统，此外，本发明的车载以太网转接板通过usb接口供电的同时具备兼容1.8v与3.3v的usb-ttl调试终端，简化物理连接的同时也提高了调试设备的稳定性。
62.在本发明的实施例中，还提供了一种多路车载以太网设备通讯系统，通过多个上述的车载以太网转接板连接多路车载以太网设备，多路车载以太网转接板分别连接到交换
机，交换机与pc主机相连接，系统可通过普通的交换机与多个本转接板组合可实现单pc机与多路车载以太网设备通讯。
63.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
64.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。