在IEEE标准协会(IEEE Standards Association)日前举办的车载以太网络/IP技术大会(Ethernet & IP @ Automotive Technology Day)上,时效性网络(TSN)标准锋头正劲。多家车用芯片大厂纷纷展示最新TSN解决方案,并预期未来的车用网络将整合具TSN控制的以太网络背板,甚至进一步融合微控制器(MCU)、安全模块与各种协议。
事实上,TSN并不是一个新的议题,但却是近来获得重大关注的热门领域,尤其是在车用市场。
TSN是IEEE标准协会目前的工作项目之一,目的在于为现有的802.1与802.3以太网络(Ethernet)标准增加一系列的扩展功能,进一步确保其确定性效能。所有汽车OEM长久以来期盼的所谓“车用以太网络”,事实上将会是一种经由TSN实现的802.3 Ethernet建置,不仅拥有新的物理层(PHY)标准100BASE-T1与Gb级PHY,并可为车用以太网络骨干使用较轻的非屏蔽双绞线(UTP)铜缆。
透过以太网络实现的TSN架构由于能够增加产品的差异化、改善驾驶人的行车体验,已经吸引业界多家厂商与组织的兴趣。为了广泛布署这项重要的技术架构,业界标准组织正为此车用网络技术进行标准化。
目前正在进行标准化过程的TSN,其特性包括时间与同步、讯框优先适用(Frame Pre-emption)、流量调度(Scheduled Traffic)、增强串流保留协议(SRP)、逐一串流过滤与管理(Per-Stream Filtering and Policing)以及讯框复制与消除等功能。
根据IEEE,时间与同步(IEEE P802.1AS-REV)是对现有音频-视频桥接(AVB)标准的修订,从而增加支持多个时域。而讯框优先适用(IEEE P802.3br)机制则藉由将干扰讯框分成较小的“区段”,让传输中的关键数据封包拥有较非关键数据封包更优先处理的顺序。这意味着关键数据不必等待所有的非关键数据完成传送后才开始,从而确保更快速的传输路径。
流量调度(IEEE 802.1Qbv)选项则将以太网络数据流量划分为不同的类型,每一种类型均保留至特定的时间存取网络,从而创造类型特定(class-specific)的保护“通道”。以IEEE 802.1Qcc为基础的增强SRP与性能改善,则增加了用户网络接口(UNI),从而实现远程集中式的网络配置。
逐一串流过滤与管理(IEEE 802.1Qci)机制也称为流量控制,用于避免流量过载的情况(可能由于端点或交换机上的软件错误)影响接收节点或埠。流量管制也可能用于阻挡恶意的装置或攻击。
此外,有了“为可靠性进行讯框复制和消除”的TSN选项IEEE P802.1CB,无论发生链路故障、电缆断裂以及其他错误,均能强制实现可靠的通讯。此选项确保关键流量的复本在网络中能以不相交集的路径进行传送,只保留首先到达目的地的任何封包,从而实现无缝冗余。
最终,一旦这些新的确定性功能尘埃落定后,将使以太网络成为更具可行性的选择,从而取代目前汽车中所使用的传统网络,如CAN、LIN、MOST和FlexRay,最终成为汽车的核心网络骨干。
而在此次展会现场,业界多家公司纷纷展示TSN就绪(TSN-ready)的车用以太网络方案,瞄准执行以太网络的实时控制任务、竞争带宽的非关键数据,如乘客娱乐音频与视频同步串流等。
芯片供应商Innovasic展示两款以太网络解决方案,分别支持TSN以及非关键型数据。所展示的TSN网关解决方案采用其fido5000实时以太网络多协议(REM)交换器——这是该公司在大约三年前发布的可配置组件。
此外,Innovasic还推出一款预安装的TSN评估套件,搭载成熟的TSN功能——802.1AS与802.1Qbv,同时也承诺在逐渐稳定后,将进一步透过软件更新支持其他选项。
Innovasic展示TSN交换机芯片
Innovasic首席营运官Jordon Woods乐观看好车用以太网络的进展。“我们已经开发确定性网络逾十年了,拥有所有必备的专业知识与技术,能够整合我们的交换机与其他IP并提供完整的TSN SoC”。据Woods表示,藉由在汽车领域建立良好的合作伙伴关系,可望进一步推动Innovasic的汽车业务成长(汽车客户目前仅占该公司业务的10-15%)。
而在博世(Bosch)的展位上,你可以看到透过实时视觉处理,如何让一个球平衡地保持在致动板的中心位置。你还可以动手微调这个球,看看致动板如何立即补偿偏差,并让球回到中心保持平衡。以这种方式设置的TSN网络中,摄影机馈入链接到实时图像处理单元,将与来自网络流量产生器的数据竞争带宽。不同的交换器将启动部份TSN功能,同时在网络上增加流量;因此,如果少了讯框优先适用功能,在发生干扰时,就无法立即使这个球在致动器中心保持平衡了。
博世的TSN网关方案
博世的TSN网关方案采用了Marvell的7埠车用级88EA6321 AVB交换器(内建2个整合型PHY)。根据博世的现场展示人员透露,Marvell将在今年年底前针对车用市场推出TSN芯片的工程样片。
瑞萨电子(Renesas Electronics)同样展示以太网络TSN方案,并以大型海报比较目前与未来(约2020年)的车用网络架构。瑞萨认为,未来的车用网络将以以太网络背板连接不同域,每一个都具有TSN控制,甚至将逐渐为本地传统序列网络发展成主微控制器(MCU)整合以太网络PHY、TSN交换器以及安全模块与各种协议转换器的趋势。
瑞萨展示TSN优先适用机制
基于FPGA的TSN网关方案展示所有可想到的TSN功能。除了实时控制回路连接闪光灯与位置传感器,经编码的旋转轮更确保完美的静态闪频效果。而即使当电路板故障导致流量不受控制并馈入网络后,这种闪频效应也只在经过TSN网关执行流量限制后才得以持续,同时,还可以在需要时以AVB模式馈入实时视频。
那么,瑞萨首款TSN就绪的车用MCU何时上市呢?
瑞萨车用网络通讯协议总工程师Tobias Belitz并未透露太多细节,仅表示瑞萨将视客户需求而“生产智慧TSN交换机”的可能性。不过,既然在进行比较时提到了2020年,可确定的是在打造此架构之前将会需要这款组件。
而在AVnu联盟的展位上,Ixia、瑞萨和美国新罕布什尔大学互通测试实验室 (UNH-IOL)共同展示AVnu针对优先级TSN功能的首次插拔测试结果,让不同的解决方案供应商能够检验其解决方案的AVB/TSN互操作性,同时也展示了执行IEEE 802.3br的优先级互操作性及其性能。
Ethernet TSN优先机制(IEEE 802.3br)的互操作性与功能 (来源:AVnu联盟)
网络测试设备供应商Ixia车用以太网络产品专家Bogdan Tenea表示,车用AVB装置的认证计划目前已在进行最后测试,不久即将发布。AVnu Alliance在今年九月即发布了车用以太网络AVB功能与互通规格的可用性,该规格档案在以太网络AVB标准组合的多种标准选项中定义了共同的基础,以及车用装置所需要的其他功能性。AVnu Alliance的车用认证计划将会是下一步。
编译:Susan Hong
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