摘要

　　新的IEEE汽車以太網(wǎng)標準不斷涌現(xiàn),，10BASE-T1S是最新的以太網(wǎng)標準之一,。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,，以及新10BASE-T1S標準如何支持和推動這種新架構(gòu)的部署。

　　大趨勢提供新機遇

　　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)對個性化、電氣化,、自動化和全面互連等幾個重要的大趨勢,。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提供了機會，讓他們開始考慮在E/E架構(gòu)中不再使用基于獨立域的解決方案,，因為隨著一代代平臺發(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,，同時通過汽車個性化、銷售服務(wù)和無線（OTA）升級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,，使汽車成為車輪上的計算機,。

　　區(qū)域架構(gòu)是按實際的物理位置，而不是功能來決定連接,，基于獨立域的架構(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，并且讓線纜總長減少達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，以簡化平臺集成并提供更多跨職能的功能,。2這種可擴展的軟件平臺方法可以充分減少設(shè)計變更,，增加新的收入來源，幫助減少長期研發(fā)投資,，縮短開發(fā)周期,，同時支持多個車型系列,。

　　這些革命性的架構(gòu)變革帶來了很多挑戰(zhàn)，促使許多OEM對整個組織進行重組,，從各個部門各自負責特定獨立域功能控制器,，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)帶來了所需的擴展能力，支持多種速率等級,，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)有一些獨特的需求，這決定了需要進行新技術(shù)的開發(fā),。對于汽車而言,，一個關(guān)鍵焦點是減輕汽車的重量，這會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子系統(tǒng)之一（重達60千克）,。3傳統(tǒng)的以太網(wǎng)電纜使用四個差分對進行數(shù)據(jù)傳輸，增加了重量和布線復(fù)雜性,，這對于汽車應(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標準,，以支持通過一對雙絞線進行以太網(wǎng)傳輸,，此外，還通過區(qū)域架構(gòu)縮短線纜線束的長度,，以顯著節(jié)省線纜成本和減輕重量,。

　　哪些因素驅(qū)動對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,，顯然需要將以太網(wǎng)連接擴展到終端傳感器和驅(qū)動器。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)中實現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換,，這可能會增加成本,、復(fù)雜性和延時。現(xiàn)有的汽車以太網(wǎng)技術(shù)（例如100BASE-T1）需要使用點對點交換連接，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標準的一部分,，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：它支持多點拓撲結(jié)構(gòu)，所有節(jié)點都通過同一對非屏蔽雙絞線連接,。這種總線配置提供優(yōu)化的BOM,，只需在每個節(jié)點上部署一個以太網(wǎng)PHY，無需采用與其他以太網(wǎng)技術(shù)關(guān)聯(lián)的交換機或星型拓撲,。該標準規(guī)定必須支持至少8個節(jié)點（可以支持更多節(jié)點）,，總線長度必須達到25米。

　　圖2.10BASE-T1S總線拓撲

　　該標準的另一個新特點是物理層沖突規(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主要由網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點數(shù)量和要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)量決定,。每個節(jié)點都會獲得傳輸機會,。如果彼時一個節(jié)點沒有數(shù)據(jù)要傳輸，它會將傳輸機會移交給下一個節(jié)點,，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)雜性降低而實現(xiàn)更高的可靠性,。數(shù)據(jù)線供電標準化（PoDL）可用于點對點配置,，目前作為IEEE標準改進的一部分，也支持多點拓撲,。

　　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,。在這個部署過程中，仍然需要克服一些問題,，例如以太網(wǎng)連接會增加模塊實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公司積極參與標準化活動,，并與OEM密切合作，以積極推動10BASE-T1S的推廣和部署,，確保滿足他們的系統(tǒng)要求,。

　　參考文獻

　　1Cariad。2021年5月,。

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

　　3Dan Scott,。“當今汽車領(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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