10BASE-T1S規范是IEEE 802.3cg標準的一部分，于2020年初發布。該技術的出現彌補了車載以太網10Mbit/s通信領域的空白，允許將以太網連接擴展到最遠邊緣的節點，實現在整個車輛系統中部署以太網。相較于CAN FD和FlexRay總線通信技術，采用10BASE-T1S技術的邊緣節點既提高了通信帶寬，又不再需要依賴網關實現通信協議的轉換。10BASE-T1S支持多點拓撲通信，采用獨特的物理層沖突避免技術，大大提高了系統的擴展性，為車載網絡帶來了更靈活、更高性能、更經濟高效的連接方案。

本文簡要介紹10BASE-T1S的通信原理，以及10BASE-T1S通信解決方案，幫助用戶更好地理解和應用這一新興的車載以太網技術。

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10BASE-T1S 通信特點

10BASE-T1S技術在單對雙絞線上提供10Mbit/s的通信帶寬，與當前廣泛應用的車載以太網技術（100/1000BASE-T1）不同之處在于支持多點拓撲（Multidrop）的總線結構。

在總線結構的通信中，為了協調多個節點的數據傳輸，“沖突避免”是不可或缺的。10BASE-T1S采用物理層沖突避免（Physical Layer Collision Avoidance，PLCA）技術。該技術通過配置傳輸周期，并在周期內為每個節點分配傳輸數據的機會（Transmit Opportunity，TO）來避免節點之間的沖突，從而充分利用帶寬，減少通信延遲，提供高質量的服務（QoS）。

在PLCA中，每個節點都具有唯一的Node ID，其中Node ID = 0的節點被稱為協調器（Coordinator）。協調器通過發送信標（BEACON）來啟動一個傳輸周期。在每個傳輸周期內，節點從Node ID = 0開始按照Node ID遞增順序依次獲得傳輸機會。每個節點只能在其Node ID匹配的傳輸機會期間發送一幀報文到總線上。如果在規定的時間（TO_TIMER）內沒有發送任何內容，傳輸機會將會順延到下一個節點，當所有節點完成傳輸后，協調器再次發送一個信標指令，啟動新的周期。

圖1:10BASE-T1S 總線通信

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10BASE-T1S 通信硬件介紹

VN5240/VN5650可以通過選配VNmodule60 1AE10M LAN8670模塊實現10BASE-T1S通信，VNmodule60 1AE10M LAN8670模塊提供一個10BASE-T1S端口和兩個100/1000BASE-T1端口。10BASE-T1S端口允許用戶設置所有相關的10BASE-T1S參數。每個VN設備最多可配置3個VNmodule60 1AE10M LAN8670模塊，即可配置3個支持10BASE-T1S通信的物理端口。

圖2:VNmodule60 1AE10M LAN8670

需要注意的是，模塊實現10BASE-T1S通信的部分沒有內置終端電阻。實際連接時，需要在多點拓撲總線的最遠兩端配置終端電阻。可以通過在端口連接線束的P和N引腳之間連接一個100歐姆的終端電阻，如使用AEcable ix/DSUB9 10BASE-TIS線束時可在其末端DSUB9接插口處直接連接Vector定制的10BASEterm電阻（或者直接連接已經配置終端電阻的ECU）。

圖3:終端電阻配置

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10BASE-T1S 通信硬件配置

在Vector Hardware Manager（VHM）中，通過配置關聯的10BASE-T1S物理端口參數，可以輕松仿真參與10BASE-T1S通信的節點。需要配置的參數包括：

① Node Count：總線上通信節點的總數，數值應設置為網絡中節點的最大Node ID+1。

② Node Id：通過該物理端口參與通信的仿真節點所使用的Node ID。

③ Transmit Opportunity：節點傳輸機會的長度（TO_TIMER），單位0.1微秒。同一網絡中所有節點的TO參數需保持一致。

圖4:10BASE-T1S 物理端口屬性配置

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10BASE-T1S通信多節點仿真

如需仿真多個10BASE-T1S通信節點，可為每個仿真節點配置一個獨立的物理端口，并通過線束連接到同一總線拓撲網絡中。每個節點可配置獨立的Node ID，在通信周期內基于PLCA機制獲得對應的傳輸機會。

圖5:獨立物理端口通信

然而，這種方法在需要仿真大量的10BASE-T1S通信節點時，會因需要配置對應數目的物理端口而顯得不夠靈活且難以擴展。10BASE-T1S能否像CAN總線一樣，只需使用一個物理端口就可實現多個節點的仿真呢？

要使用一個10BASE-T1S端口仿真同一總線上的多個10BASE-T1S通信節點，需要解決10BASE-T1S通信中PLCA機制對每個節點在一個通信周期內只能發送一幀以太網報文的限制。如果僅在上位機中仿真多個節點，而只通過一個物理端口連接到總線網絡，它們會被視為對應一個Node ID的一個節點，從而導致發送行為受到影響（如圖6所示）。

圖6:共用物理端口導致通信時序錯誤

為了更好地應對這一挑戰，帶有VNmodule60 1AE10M LAN8670模塊的VN5650支持新的配置選項，即“Multidrop Segment”。“Multidrop Segment”可配置一個10BASE-T1S物理端口，該端口的Node ID供所有仿真節點共享。

圖7:Multidrop Segment

這個選項修改了10BASE-T1S物理端口的行為，使用PLCA的突發（Burst）模式，允許每個連接到“Multidrop Segment”上的仿真節點在同一個周期的同一個傳輸機會中分別發送一個以太網報文，多個節點發送的以太網報文會連續出現在總線上，之后傳輸機會再順延至下一Node ID的節點。這意味著在一個傳輸機會期間，該端口對應的所有仿真節點的數據都可以發送出去，從而更好地仿真多個節點共享同一總線的情況。

圖8:Multidrop模式通信

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以太網模塊擴展

為滿足以太網不同物理層和功能需求，Vector提供新的以太網模塊（VNmodule60）支持多種擴展供用戶選配。每個以太網模塊可提供4個物理連接端口，而VN5650/VN5240具備3個模塊插槽，因此最多可同時使用12個端口。用戶能夠根據其網絡需求更換和擴展這些插件模塊，使VN5650/VN5240可以支持不同的物理層技術。

Vector最新發布支持MultiGBASE-T1通信的VNmodule60 2AE10G BCM89890模塊，用戶可以根據需要自由配置2.5GBASE-T1、5GBASE-T1和10GBASE-T1的鏈路參數（速率、主從等）。這一模塊采用了Yamaichi推免式兩針連接器（Yamaichi Y-Circ）。同時，Vector還提供相應的線束（AEcable MultiGig系列），以確保用戶能夠輕松實現物理連接。

圖9:VNmodule60 2AE10G BCM89890 模塊

目前VN5650/VN5240支持如下VNmodule60模塊：

圖10:VNmodule60系列模塊及功能

此外，還有不同的插件模塊正在開發中，以支持更多的物理層和功能（如MACsec），使VN5650/VN5240能夠不斷適應未來的以太網技術和功能更新。