新的IEEE汽車(chē)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(chē)行業(yè)的趨勢(shì) 行業(yè)決定了車(chē)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(shì)帶來(lái)新機(jī)遇

汽車(chē)行業(yè)目前正在經(jīng)歷其最具革命性的時(shí)期之一。汽車(chē)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(shì)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(chǎng)革命帶來(lái)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(kāi)，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(guò)這一重大架構(gòu)變更，OEM 可以專(zhuān)注于實(shí)現(xiàn)卓越的技術(shù)解決方案，同時(shí)通過(guò)車(chē)輛個(gè)性化、服務(wù)銷(xiāo)售和無(wú)線(xiàn) （OTA） 升級(jí)等功能增加新的售后收入來(lái)源。該行業(yè)正在被一種常見(jiàn)的新架構(gòu)所吸引，通常被稱(chēng)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(mén) - 使汽車(chē)本質(zhì)上是車(chē)輪上的計(jì)算機(jī)。

區(qū)域體系結(jié)構(gòu)通過(guò)物理位置而不是功能來(lái)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(chē)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(xiàn)束布線(xiàn)。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(jiǎn)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(kāi)放 新的收入來(lái)源的機(jī)會(huì)，導(dǎo)致長(zhǎng)期減少研發(fā)投資，并縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間，同時(shí)支持多個(gè)汽車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)。

這些革命性的架構(gòu)變化帶來(lái)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(chē)正迅速成為以太網(wǎng)設(shè)備的主要消費(fèi)者，在車(chē)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(lái)所需的可擴(kuò)展性，支持多種速度等級(jí)，是一種經(jīng)過(guò)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(kāi)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(chē)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性變得更加容易。

汽車(chē)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(chē) E/E 架構(gòu)有一些獨(dú)特的要求： 決定了對(duì)新技術(shù)開(kāi)發(fā)的需求。汽車(chē)的一個(gè)重點(diǎn)是減輕車(chē)輛的重量，這對(duì)車(chē)輛有直接影響 范圍。目前使用的線(xiàn)束是車(chē)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(xiàn)復(fù)雜性，這對(duì)于汽車(chē)應(yīng)用來(lái)說(shuō)不是最佳選擇。為了解決這個(gè)問(wèn)題，新的IEEE標(biāo)準(zhǔn) 開(kāi)發(fā)用于支持通過(guò)單根雙絞線(xiàn)電纜進(jìn)行以太網(wǎng)傳輸，再加上通過(guò)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(shì)。現(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(chē)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(guò)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(wèn)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(chē)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(jiǎn)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(chē)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(mǎn)足了區(qū)域架構(gòu)的需求。

與其他汽車(chē)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(guò)同一根非屏蔽雙絞線(xiàn)電纜連接。此總線(xiàn)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(wú)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(xiàn)長(zhǎng)度必須長(zhǎng)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(méi)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(guò)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(guò)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(xiàn)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(chē)中的應(yīng)用廣泛而多樣，有許多傳感器和執(zhí)行器，涉及車(chē)身領(lǐng)域的多種功能，舒適性， 信息娛樂(lè)和正在討論中的ADAS。

結(jié)論

汽車(chē) 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(guò)渡迫在眉睫。10BASE-T1S 提供缺失的鏈路 通過(guò)優(yōu)化的以太網(wǎng)到邊緣連接來(lái)支持這種過(guò)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(guò)提供更低的系統(tǒng)成本和支持不同類(lèi)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(wèn)題。ADI公司通過(guò)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(mǎn)足其系統(tǒng)要求。

審核編輯：郭婷