恩智浦應(yīng)用RTaW-Pegase軟件設(shè)計(jì)汽車以太網(wǎng)架構(gòu)冗余的應(yīng)用案例

今天給大家介紹的是恩智浦應(yīng)用RTaW-Pegase軟件設(shè)計(jì)汽車以太網(wǎng)架構(gòu)冗余的一個(gè)應(yīng)用案例，下圖所示的Zonal網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)很方便可以做到冗余，尤其是在以太網(wǎng)主干結(jié)構(gòu)（高亮部分），IEEE 802.1 CB是無(wú)縫冗余TSN標(biāo)準(zhǔn)，支持丟幀的零恢復(fù)時(shí)間。該演示為網(wǎng)絡(luò)不同位置具備CB功能的各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的模型，能夠量化這些差異，RTaW-Pegase呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)有助于網(wǎng)絡(luò)和安全團(tuán)隊(duì)開發(fā)高性價(jià)比的冗余方案。

1.冗余網(wǎng)絡(luò)配置

1.1 4個(gè)具有CB交換機(jī)，不具有CB功能的Talker和Listener

優(yōu)點(diǎn)：

① 可以使用現(xiàn)有的終端節(jié)點(diǎn)

② 主干網(wǎng)絡(luò)的硬錯(cuò)誤或軟錯(cuò)誤受到保護(hù)

硬錯(cuò)誤指持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的錯(cuò)誤，如棕色線所示

軟錯(cuò)誤指間歇性錯(cuò)誤，如CRC錯(cuò)誤幀

棕色線和藍(lán)色線是數(shù)據(jù)包的冗余路徑

③ S-B或S-Y的故障受到保護(hù)

缺點(diǎn)：

① 主干帶寬是冗余流的兩倍+：“+”是由于添加的6字節(jié)R-Tag和可能的4字節(jié)S-Tag

② 從Talker到Listener的連接不受保護(hù)

③ S-A，T-1，S-Z和L-1的故障不受保護(hù)

1.2 6個(gè)CB交換機(jī)，非CB Talker和Listener

優(yōu)缺點(diǎn)與上一種方式相似，唯一的不同是主干增加了S-C和S-D，通過(guò)建模觀察在受保護(hù)的主干結(jié)構(gòu)上增加連接數(shù)的軟錯(cuò)誤影響。

1.3 非CB交換機(jī)，CB雙宿主Talker和Listener

優(yōu)點(diǎn)：

① 可用現(xiàn)有的交換機(jī)

② 整條路徑上的硬錯(cuò)誤和軟錯(cuò)誤受到保護(hù)：棕色線和藍(lán)色線（虛線不表示數(shù)據(jù)流）

③ 任何單個(gè)交換機(jī)的故障受到保護(hù)

④ 藍(lán)色（線或交換機(jī)）路徑上所有故障都受到保護(hù)

⑤ 棕色路徑上所有故障都受到保護(hù)

⑥ 主干帶寬是冗余流的網(wǎng)絡(luò)#1的一半，虛線不表示也不可用

缺點(diǎn)：

① 需要（具備雙以太網(wǎng)端口的）雙宿主終端節(jié)點(diǎn)

② 終端節(jié)點(diǎn)復(fù)制幀&消除復(fù)制

③ T-1和L-1的故障不受保護(hù)

1.4 非CB交換機(jī)，CB單宿主Talker和Listener

優(yōu)點(diǎn)：

① 可以使用現(xiàn)有的交換機(jī)&終端節(jié)點(diǎn)新軟件

② 主干線上的硬錯(cuò)誤和軟錯(cuò)誤受到保護(hù)：交換機(jī)間的棕色線和藍(lán)色線

③ 從Talker到Listener連接上的軟錯(cuò)誤受到保護(hù)：由于雙傳輸，短期內(nèi)受到保護(hù)

缺點(diǎn)：

端到端帶寬是冗余流的兩倍+：“+”是由于添加的6字節(jié)R-Tag和可能的4字節(jié)S-Tag

終端節(jié)點(diǎn)復(fù)制幀&消除復(fù)制

S-A，T-1，S-Z和L-1的故障不受保護(hù)

1.5 混合類型交換機(jī)，混合類型的Talker和Listener

與上一種方式的優(yōu)缺點(diǎn)非常相似，唯一的不同在于S-Z移除復(fù)制幀，這意味著S-Z到L-1的連接不再受保護(hù)，但可以使用現(xiàn)有的無(wú)任何軟件變更的ECU。通過(guò)建模觀察到Listener未受保護(hù)的連接上的軟錯(cuò)誤影響，只要T-1根據(jù)802.1CB創(chuàng)建棕色和藍(lán)色幀，就能支持該混合交換機(jī)。

2.Soft Error Rate建模

2.1 用于軟錯(cuò)誤的錯(cuò)誤率模型

軟錯(cuò)誤只限于因?yàn)镃RC錯(cuò)誤導(dǎo)致的丟幀

假設(shè)所有連接上的誤碼率（BER）相同且隨著時(shí)間改變保持恒定

CRC錯(cuò)誤彼此獨(dú)立，即沒有錯(cuò)誤“脈沖”

100BASE-T1指定誤碼率BER≤10-10，PHY在實(shí)際中更出色，因此測(cè)試采用10-12的誤碼率率

可以看到，100BASE-T1誤碼率=10-12，同一連接上2個(gè)CRC錯(cuò)誤之間的平均間隔約為18h13m（負(fù)載20%）和3h38m（負(fù)載100%，最小幀的大小）

2.2 幀復(fù)制解決方案：需求&單點(diǎn)故障

連接上不受保護(hù)的傳輸 → 軟錯(cuò)誤的單點(diǎn)故障

2.3 執(zhí)行幀復(fù)制—數(shù)據(jù)包損失率

Listener沒有接收到任何副本時(shí)，數(shù)據(jù)包丟失

該數(shù)據(jù)在不考慮連接速度的情況下假定誤碼率同樣為10-12

2.44E-8表示2.44x10-8

2.4 執(zhí)行幀復(fù)制—2個(gè)數(shù)據(jù)包損失的平均時(shí)長(zhǎng)

假設(shè)傳輸時(shí)間為1ms，幀大小為最小值（例如執(zhí)行器信息）

該數(shù)據(jù)在不考慮連接速度的情況下假定誤碼率相同

標(biāo)明的時(shí)間用來(lái)表示具備上述低連接利用率的一個(gè)流

3.Hard error&成本

3.1 成本因素—組件

創(chuàng)建冗余主干結(jié)構(gòu)：

①?gòu)木真準(zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)中創(chuàng)建環(huán)形網(wǎng)：成本等于在網(wǎng)絡(luò)中的1個(gè)額外連接；

②添加無(wú)縫冗余：關(guān)鍵數(shù)據(jù)路徑橋中的802.1CB支持，關(guān)鍵流的主干帶寬加倍，成本等于根據(jù)CB要求所需（如關(guān)鍵流的帶寬以及數(shù)量）而變化。

第一個(gè)和最后一個(gè)鏈路的冗余：

①使用雙宿主終端節(jié)點(diǎn)，可保持主干帶寬和負(fù)載和之前相同成本=每個(gè)關(guān)鍵終端節(jié)點(diǎn)的1個(gè)額外連接，有更多CPU周期僅為關(guān)鍵流運(yùn)行802.1CB

②使用短期冗余單宿主終端節(jié)點(diǎn)節(jié)省額外連接成本，主干帶寬仍然加倍，成本=有更多CPU周期僅為關(guān)鍵流運(yùn)行802.1CB和冗余幀傳輸

3.2 成本因素—針對(duì)執(zhí)行器及其數(shù)據(jù)流

轉(zhuǎn)向、剎車、加速等都是執(zhí)行器，它們需要在傳感器融合后做出決定：躲避障礙物或者減速。執(zhí)行器一般來(lái)說(shuō)是非常低帶寬的設(shè)備，過(guò)去通過(guò)CAN和LIN網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行，因此對(duì)以太網(wǎng)主干上這些流的帶寬加倍是完全可行的，甚至在單個(gè)鏈路上短暫給帶寬加倍也是可行的。

4.總結(jié)

如示例中所述，持續(xù)的硬錯(cuò)誤更容易被看到和計(jì)劃這些錯(cuò)誤的可能性和影響（線路、軟件和芯片）取決于應(yīng)用程序；

間歇性軟錯(cuò)誤更難評(píng)估，但已顯示誤碼率的影響。1000BASE-T1支持FEC，導(dǎo)致誤碼率分析變得更加困難，100BASE-T1展示的數(shù)字被認(rèn)為是1000BASE-T1一個(gè)很好的經(jīng)驗(yàn)法則；

冗余不是零成本的，現(xiàn)在最大的成本可能是額外的主干帶寬。因此，只對(duì)那些絕對(duì)需要冗余的數(shù)據(jù)流應(yīng)用冗余，與傳感器流相比，在執(zhí)行器上應(yīng)用冗余似乎更實(shí)用；

從Talker到Listener的端到端保護(hù)結(jié)果是最高完整性的通信；

雙宿主和短期冗余針對(duì)軟錯(cuò)誤提供了非常高的魯棒性，其中多宿主還可以防止單個(gè)硬錯(cuò)誤進(jìn)出ECU；

使用IEEE 802.1CB允許開發(fā)從“無(wú)冗余”遷移到“最佳冗余”，中間有漸進(jìn)步驟（固件更新）；

這允許冗余使用現(xiàn)有的ECU，而無(wú)需一次性重寫/重新設(shè)計(jì)所有內(nèi)容。

編輯：jq