摘要

　　新的IEEE汽車以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)不斷涌現(xiàn),，10BASE-T1S是最新的以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)之一,。本文討論汽車行業(yè)影響汽車電子/電氣（E/E）架構(gòu)變化的發(fā)展趨勢(shì),，以及新10BASE-T1S標(biāo)準(zhǔn)如何支持和推動(dòng)這種新架構(gòu)的部署。

　　大趨勢(shì)提供新機(jī)遇

　　汽車行業(yè)目前正在經(jīng)歷大變革,。汽車制造商需要快速提供解決方案,，以應(yīng)對(duì)個(gè)性化、電氣化,、自動(dòng)化和全面互連等幾個(gè)重要的大趨勢(shì),。OEM需要全面改變現(xiàn)有的E/E架構(gòu)，以支持新功能,。雖然這種變革帶來了重大的技術(shù)挑戰(zhàn),，但也為OEM提供了機(jī)會(huì)，讓他們開始考慮在E/E架構(gòu)中不再使用基于獨(dú)立域的解決方案,，因?yàn)殡S著一代代平臺(tái)發(fā)布,，此類解決方案隨著控制模組的不斷增加而變得笨重不堪。在架構(gòu)發(fā)生這種重大改變后,，OEM可以專注于開發(fā)更出色的技術(shù)解決方案,，同時(shí)通過汽車個(gè)性化、銷售服務(wù)和無線（OTA）升級(jí)等功能增加售后收入,。該行業(yè)正在轉(zhuǎn)向一種常見的新架構(gòu),，通常被稱為區(qū)域架構(gòu)，并希望利用其他行業(yè)（特別是IT行業(yè)）的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn),，使汽車成為車輪上的計(jì)算機(jī),。

　　區(qū)域架構(gòu)是按實(shí)際的物理位置，而不是功能來決定連接,，基于獨(dú)立域的架構(gòu)屬于后者（按功能來決定連接）,。這種改變大大減少了汽車中電子控制單元（ECU）的數(shù)量，并且讓線纜總長(zhǎng)減少達(dá)1 km1,。其次,，它讓硬件和軟件脫鉤，提供以服務(wù)為導(dǎo)向的架構(gòu)（SOA）。許多OEM都開始大力投資軟件自主研發(fā),，希望能夠提供端到端解決方案,，以簡(jiǎn)化平臺(tái)集成并提供更多跨職能的功能。2這種可擴(kuò)展的軟件平臺(tái)方法可以充分減少設(shè)計(jì)變更,，增加新的收入來源,，幫助減少長(zhǎng)期研發(fā)投資，縮短開發(fā)周期,，同時(shí)支持多個(gè)車型系列,。

　　這些革命性的架構(gòu)變革帶來了很多挑戰(zhàn)，促使許多OEM對(duì)整個(gè)組織進(jìn)行重組,，從各個(gè)部門各自負(fù)責(zé)特定獨(dú)立域功能控制器，轉(zhuǎn)向集成度更高的跨職能組織,。

　　汽車正快速成為使用以太網(wǎng)設(shè)備的主要領(lǐng)域,，在汽車中廣泛部署以太網(wǎng)則成為成功推出這些新架構(gòu)的關(guān)鍵基礎(chǔ)之一。以太網(wǎng)帶來了所需的擴(kuò)展能力,，支持多種速率等級(jí),，是一種成熟可靠的傳輸媒介，支持基于服務(wù)的架構(gòu),，采用充分開發(fā)的安全和防護(hù)構(gòu)建模塊,。以太網(wǎng)采用定義明確、易于理解的OSI模型,，能夠更輕松的管理整個(gè)車輛的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò),。

　　圖1.汽車的區(qū)域架構(gòu)

　　汽車領(lǐng)域的獨(dú)特需求

　　雖然可以借鑒其他行業(yè)的諸多以太網(wǎng)基本概念，但汽車E/E架構(gòu)有一些獨(dú)特的需求,，這決定了需要進(jìn)行新技術(shù)的開發(fā),。對(duì)于汽車而言，一個(gè)關(guān)鍵焦點(diǎn)是減輕汽車的重量,，這會(huì)直接影響到汽車的行駛里程,。如今使用的電纜線束是汽車中最重的三個(gè)子系統(tǒng)之一（重達(dá)60千克）。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)用并非最優(yōu)選擇。為了解決這一問題,，業(yè)界開發(fā)了新的IEEE標(biāo)準(zhǔn),，以支持通過一對(duì)雙絞線進(jìn)行以太網(wǎng)傳輸，此外,，還通過區(qū)域架構(gòu)縮短線纜線束的長(zhǎng)度,，以顯著節(jié)省線纜成本和減輕重量。

　　哪些因素驅(qū)動(dòng)對(duì)10BASE-T1S的需求？

　　隨著基于區(qū)域的架構(gòu)概念不斷發(fā)展,，為了充分利用這種新架構(gòu)的優(yōu)勢(shì),，顯然需要將以太網(wǎng)連接擴(kuò)展到終端傳感器和驅(qū)動(dòng)器。現(xiàn)有的傳統(tǒng)連接技術(shù)（例如FlexRay和CAN）通常要求在網(wǎng)關(guān)中實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換,，這可能會(huì)增加成本,、復(fù)雜性和延時(shí)。現(xiàn)有的汽車以太網(wǎng)技術(shù)（例如100BASE-T1）需要使用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交換連接,，無法滿足支持終端連接應(yīng)用向以太網(wǎng)過渡的系統(tǒng)成本要求,。所以，IEEE呼吁提供解決此問題的方法,。一些關(guān)鍵要求包括：4

　　▲實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有技術(shù)更快的通訊速度,；例如，CAN（FD）

　　▲取代FlexRay等傳統(tǒng)車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

　　▲如果使用100BASE-T1連接ECU無法獲得較高的成本效益,，則還需要100BASE-T1的替代方案

　　▲能夠支持簡(jiǎn)單,、冗余的傳感器網(wǎng)絡(luò)連接

　　什么是10BASE-T1S？

　　10BASE-T1S規(guī)范是IEEE 802.3cg標(biāo)準(zhǔn)的一部分,，于2020年2月發(fā)布,。10BASE-T1S提供汽車以太網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中缺失的一環(huán)，支持真正的以太網(wǎng)到邊緣連接,，并滿足區(qū)域架構(gòu)的需求,。

　　10BASE-T1S與其他汽車以太網(wǎng)技術(shù)不同的特別之處：它支持多點(diǎn)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所有節(jié)點(diǎn)都通過同一對(duì)非屏蔽雙絞線連接,。這種總線配置提供優(yōu)化的BOM,，只需在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上部署一個(gè)以太網(wǎng)PHY，無需采用與其他以太網(wǎng)技術(shù)關(guān)聯(lián)的交換機(jī)或星型拓?fù)?。該?biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須支持至少8個(gè)節(jié)點(diǎn)（可以支持更多節(jié)點(diǎn)）,，總線長(zhǎng)度必須達(dá)到25米。

　　圖2.10BASE-T1S總線拓?fù)?/p>

　　該標(biāo)準(zhǔn)的另一個(gè)新特點(diǎn)是物理層沖突規(guī)避（PLCA）,，顧名思義,，就是避免共享網(wǎng)絡(luò)上發(fā)生沖突。這種配置確保確定性最大延時(shí)主要由網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量和要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)量決定,。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)獲得傳輸機(jī)會(huì),。如果彼時(shí)一個(gè)節(jié)點(diǎn)沒有數(shù)據(jù)要傳輸，它會(huì)將傳輸機(jī)會(huì)移交給下一個(gè)節(jié)點(diǎn),，以充分利用可用的10 Mbps帶寬,。

　　由于它是交流耦合系統(tǒng)，所以也支持10BASE-T1S網(wǎng)絡(luò)供電,。這樣可進(jìn)一步節(jié)省電纜,，減小連接器的大小，并因電纜節(jié)省和連接器復(fù)雜性降低而實(shí)現(xiàn)更高的可靠性。數(shù)據(jù)線供電標(biāo)準(zhǔn)化（PoDL）可用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)配置,，目前作為IEEE標(biāo)準(zhǔn)改進(jìn)的一部分,，也支持多點(diǎn)拓?fù)洹?/p>

　　10BASE-T1S在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用廣泛多樣，多種傳感器和驅(qū)動(dòng)器在車身領(lǐng)域,、舒適性,、信息娛樂以及ADAS系統(tǒng)中的跨多個(gè)功能應(yīng)用仍在探討中。

　　結(jié)論

　　汽車E/E架構(gòu)正在經(jīng)歷一場(chǎng)重大變革,。向區(qū)域E/E架構(gòu)過渡迫在眉睫,。10BASE-T1S提供缺失的鏈接，通過優(yōu)化的以太網(wǎng)到邊緣連接支持這種過渡,。在這個(gè)部署過程中,，仍然需要克服一些問題，例如以太網(wǎng)連接會(huì)增加模塊實(shí)施方案的元件成本和復(fù)雜性,。10BASE-T1S通過降低系統(tǒng)成本,，以及提供多種支持不同類型的信號(hào)鏈分區(qū)的產(chǎn)品選擇來解決這些問題。ADI公司積極參與標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng),，并與OEM密切合作，以積極推動(dòng)10BASE-T1S的推廣和部署,，確保滿足他們的系統(tǒng)要求,。

　　參考文獻(xiàn)

　　1Cariad。2021年5月,。

　　2Ryan Fletcher,。“端到端汽車軟件平臺(tái)用例,?！盡cKinsey & Company，2020年1月,。

　　3Dan Scott,。“當(dāng)今汽車領(lǐng)域的線束開發(fā),?！蔽鏖T子公司，2020年7月,。

　　4呼吁采用10Mb/s單根雙絞線以太網(wǎng),。IEEE 802.3以太工作組。

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