為什么10BASE-T1S是汽車通信中缺失的以太網(wǎng)鏈路

新的IEEE汽車以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)不斷涌現(xiàn)，最新的標(biāo)準(zhǔn)之一是10BASE-T1S以太網(wǎng)。本文討論汽車行業(yè)的趨勢 行業(yè)決定了車輛電氣/電子 （E/E） 架構(gòu)的變化，以及新的 10BASE-T1S 標(biāo)準(zhǔn)如何支持和啟用這種新架構(gòu)的推出。

大趨勢帶來新機(jī)遇

汽車行業(yè)目前正在經(jīng)歷其最具革命性的時(shí)期之一。汽車制造商需要快速為個(gè)性化、電氣化、自動(dòng)駕駛和完全連接等幾個(gè)重大大趨勢提供解決方案。OEM 將需要從根本上修改其 E/E 架構(gòu)以支持新功能。雖然這場革命帶來了重大的技術(shù)挑戰(zhàn)，但它也為 OEM 提供了一個(gè)機(jī)會(huì)，讓他們考慮將 E/E 架構(gòu)從基于域的解決方案中移開，這些解決方案在平臺(tái)世代的連續(xù)附加組件中變得笨拙。通過這一重大架構(gòu)變更，OEM 可以專注于實(shí)現(xiàn)卓越的技術(shù)解決方案，同時(shí)通過車輛個(gè)性化、服務(wù)銷售和無線 （OTA） 升級(jí)等功能增加新的售后收入來源。該行業(yè)正在被一種常見的新架構(gòu)所吸引，通常被稱為區(qū)域架構(gòu)，并希望利用其他行業(yè)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，尤其是IT部門 - 使汽車本質(zhì)上是車輪上的計(jì)算機(jī)。

區(qū)域體系結(jié)構(gòu)通過物理位置而不是功能來確定連接，就像在基于域的體系結(jié)構(gòu)中一樣。此更改顯著 減少車輛中電子控制單元 （ECU） 的數(shù)量，并可行駛多達(dá) 1 公里1線束布線。其次，它將硬件和軟件分離，提供面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)（SOA）。許多原始設(shè)備制造商正在大力投資，將軟件的所有權(quán)引入內(nèi)部，旨在提供端到端的解決方案。 簡化了平臺(tái)的集成，并提供了更多的跨職能功能2.這種可擴(kuò)展的軟件平臺(tái)方法將最大限度地減少變體，開放 新的收入來源的機(jī)會(huì)，導(dǎo)致長期減少研發(fā)投資，并縮短開發(fā)時(shí)間，同時(shí)支持多個(gè)汽車生產(chǎn)線。

這些革命性的架構(gòu)變化帶來了許多挑戰(zhàn)，并導(dǎo)致許多 OEM 重組其整個(gè)組織，使其遠(yuǎn)離個(gè)人 擁有所有權(quán)的組，僅提供特定的領(lǐng)域職能，并面向更集成的跨職能組織。

汽車正迅速成為以太網(wǎng)設(shè)備的主要消費(fèi)者，在車輛中廣泛部署以太網(wǎng)被視為以太網(wǎng)設(shè)備的關(guān)鍵支柱之一。 成功引入這些新架構(gòu)。以太網(wǎng)帶來所需的可擴(kuò)展性，支持多種速度等級(jí)，是一種經(jīng)過驗(yàn)證的強(qiáng)大傳輸介質(zhì)， 支持基于服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)，并具有完全開發(fā)的安全和安保構(gòu)建塊。以太網(wǎng)具有明確定義且易于理解的 OSI 模型， 使管理整個(gè)汽車網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性變得更加容易。

汽車的獨(dú)特方面

雖然其他行業(yè)可以利用許多基本的以太網(wǎng)概念，但汽車 E/E 架構(gòu)有一些獨(dú)特的要求： 決定了對(duì)新技術(shù)開發(fā)的需求。汽車的一個(gè)重點(diǎn)是減輕車輛的重量，這對(duì)車輛有直接影響 范圍。目前使用的線束是車輛中最重的三個(gè)子系統(tǒng)之一（重達(dá) 60 kg）3.傳統(tǒng)的以太網(wǎng)電纜使用四個(gè)差分對(duì)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，增加了重量和布線復(fù)雜性，這對(duì)于汽車應(yīng)用來說不是最佳選擇。為了解決這個(gè)問題，新的IEEE標(biāo)準(zhǔn) 開發(fā)用于支持通過單根雙絞線電纜進(jìn)行以太網(wǎng)傳輸，再加上通過區(qū)域 架構(gòu)，可以顯著節(jié)省電纜并減輕重量。

是什么推動(dòng)了對(duì) 10BASE-T1 的需求？

隨著基于區(qū)域的架構(gòu)概念的發(fā)展，很明顯，需要以太網(wǎng)連接到邊緣傳感器和執(zhí)行器。 以充分利用此新體系結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢?，F(xiàn)有的傳統(tǒng)連接技術(shù)（如FlexRay和CAN）通常需要協(xié)議轉(zhuǎn)換 在網(wǎng)關(guān)中實(shí)施，這可能會(huì)增加成本、復(fù)雜性和延遲。現(xiàn)有的汽車以太網(wǎng)技術(shù)（如100BASE-T1）不符合系統(tǒng)要求 支持將邊緣連接應(yīng)用過渡到以太網(wǎng)的成本，因?yàn)樵摷夹g(shù)需要使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交換連接。結(jié)果 是IEEE對(duì)此問題提供解決方案的興趣呼吁。一些關(guān)鍵要求包括：4

比現(xiàn)有技術(shù)更快的通信;例如，CAN（FD）

取代傳統(tǒng)的車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如FlexRay

100BASE-T1 的替代方案適用于 ECU，其中 100BASE-T1 既不具有成本和能源效率

能夠支持簡單和冗余傳感器網(wǎng)絡(luò)的連接

什么是 10BASE-T1S？

10BASE-T1S 規(guī)范是作為 IEEE 802.3cg 標(biāo)準(zhǔn)的一部分制定的，該標(biāo)準(zhǔn)于 2020 年 2 月發(fā)布。10BASE-T1S提供了汽車以太網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中缺失的環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了真正的以太網(wǎng)到邊緣連接，并滿足了區(qū)域架構(gòu)的需求。

與其他汽車以太網(wǎng)技術(shù)不同的是，10BASE-T1S的一個(gè)令人興奮的獨(dú)特方面是支持多點(diǎn)拓?fù)洌泄?jié)點(diǎn)都通過同一根非屏蔽雙絞線電纜連接。此總線實(shí)現(xiàn)提供了優(yōu)化的 BOM，只需要在每個(gè)節(jié)點(diǎn)中有一個(gè)以太網(wǎng) PHY，無需與其他以太網(wǎng)技術(shù)相關(guān)的交換機(jī)或星形拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須至少支持八個(gè)節(jié)點(diǎn)（可以支持更多節(jié)點(diǎn)），并且總線長度必須長達(dá) 25 m。

該標(biāo)準(zhǔn)的另一個(gè)新方面是物理層沖突避免（PLCA），顧名思義，它避免了共享網(wǎng)絡(luò)上的沖突。此實(shí)現(xiàn)可確保確定性的最大延遲，主要由網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點(diǎn)數(shù)和要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量決定。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都被分配了一個(gè)傳輸機(jī)會(huì)。如果節(jié)點(diǎn)當(dāng)時(shí)沒有要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，它會(huì)將傳輸機(jī)會(huì)移交給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，從而支持可用的 10 Mbps 的非常高利用率。

通過10BASE-T1S網(wǎng)絡(luò)供電也是可能的，因?yàn)樗且粋€(gè)交流耦合系統(tǒng)。這進(jìn)一步節(jié)省了電纜，減小了連接器尺寸，并改進(jìn)了 通過降低電纜和連接器的復(fù)雜性實(shí)現(xiàn)可靠性。數(shù)據(jù)線路供電 （PoDL） 標(biāo)準(zhǔn)化 — 現(xiàn)已可用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn) 實(shí)施 — 作為 IEEE 標(biāo)準(zhǔn)增強(qiáng)功能的一部分，正在進(jìn)行中，以支持多點(diǎn)拓?fù)洹?/p>

10BASE-T1S在汽車中的應(yīng)用廣泛而多樣，有許多傳感器和執(zhí)行器，涉及車身領(lǐng)域的多種功能，舒適性， 信息娛樂和正在討論中的ADAS。

結(jié)論

汽車 E/E 架構(gòu)正在經(jīng)歷革命性的變化。向區(qū)域 E/E 架構(gòu)的過渡迫在眉睫。10BASE-T1S 提供缺失的鏈路 通過優(yōu)化的以太網(wǎng)到邊緣連接來支持這種過渡。在這次推出中仍有一些障礙需要克服，例如認(rèn)為以太網(wǎng) 連接性增加了模塊實(shí)現(xiàn)的組件成本和復(fù)雜性。10BASE-T1S通過提供更低的系統(tǒng)成本和支持不同類型信號(hào)鏈分區(qū)的各種產(chǎn)品選項(xiàng)，直接解決了這些問題。ADI公司通過積極參與標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)和密切的OEM合作，積極參與推動(dòng)10BASE-T1S的推出，以確保滿足其系統(tǒng)要求。

審核編輯：郭婷