車載以太網(wǎng)絡(luò)擁抱TSN標準

　　在IEEE標準協(xié)會（IEEE Standards Association）日前舉辦的車載以太網(wǎng)絡(luò)/IP技術(shù)大會（Ethernet & IP @ Automotive Technology Day）上，時效性網(wǎng)絡(luò)（TSN）標準鋒頭正勁。多家車用芯片大廠紛紛展示最新TSN解決方案，并預(yù)期未來的車用網(wǎng)絡(luò)將整合具TSN控制的以太網(wǎng)絡(luò)背板，甚至進一步融合微控制器（MCU）、安全模塊與各種協(xié)議。

　　事實上，TSN并不是一個新的議題，但卻是近來獲得重大關(guān)注的熱門領(lǐng)域，尤其是在車用市場。

　　TSN是IEEE標準協(xié)會目前的工作項目之一，目的在于為現(xiàn)有的802.1與802.3以太網(wǎng)絡(luò)（Ethernet）標準增加一系列的擴展功能，進一步確保其確定性效能。所有汽車OEM長久以來期盼的所謂「車用以太網(wǎng)絡(luò)」，事實上將會是一種經(jīng)由TSN實現(xiàn)的802.3 Ethernet建置，不僅擁有新的物理層（PHY）標準100BASE-T1與Gb級PHY，并可為車用以太網(wǎng)絡(luò)骨干使用較輕的非屏蔽雙絞線（UTP）銅纜。

　　透過以太網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的TSN架構(gòu)由于能夠增加產(chǎn)品的差異化、改善駕駛?cè)说男熊圀w驗，已經(jīng)吸引業(yè)界多家廠商與組織的興趣。為了廣泛布署這項重要的技術(shù)架構(gòu)，業(yè)界標準組織正為此車用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行標準化。

　　目前正在進行標準化過程的TSN，其特性包括時間與同步、訊框優(yōu)先適用（Frame Pre-emption）、流量調(diào)度（Scheduled Traffic）、增強串流保留協(xié)議（SRP）、逐一串流過濾與管理（Per-Stream Filtering and Policing）以及訊框復制與消除等功能。

　　根據(jù)IEEE，時間與同步（IEEE P802.1AS-REV）是對現(xiàn)有音頻-視訊橋接（AVB）標準的修訂，從而增加支持多個時域。而訊框優(yōu)先適用（IEEE P802.3br）機制則藉由將干擾訊框分成較小的「區(qū)段」，讓傳輸中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)封包擁有較非關(guān)鍵數(shù)據(jù)封包更優(yōu)先處理的順序。這意味著關(guān)鍵數(shù)據(jù)不必等待所有的非關(guān)鍵數(shù)據(jù)完成傳送后才開始，從而確保更快速的傳輸路徑。

　　流量調(diào)度（IEEE 802.1Qbv）選項則將以太網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量劃分為不同的類型，每一種類型均保留至特定的時間存取網(wǎng)絡(luò)，從而創(chuàng)造類型特定（class-specific）的保護「通道」。以IEEE 802.1Qcc為基礎(chǔ)的增強SRP與性能改善，則增加了用戶網(wǎng)絡(luò)接口（UNI），從而實現(xiàn)遠程集中式的網(wǎng)絡(luò)配置。

　　逐一串流過濾與管理（IEEE 802.1Qci）機制也稱為流量控制，用于避免流量過載的情況（可能由于端點或交換機上的軟件錯誤）影響接收節(jié)點或埠。流量管制也可能用于阻擋惡意的裝置或攻擊。

　　此外，有了「為可靠性進行訊框復制和消除」的TSN選項IEEE P802.1CB，無論發(fā)生鏈路故障、電纜斷裂以及其他錯誤，均能強制實現(xiàn)可靠的通訊。此選項確保關(guān)鍵流量的復本在網(wǎng)絡(luò)中能以不相交集的路徑進行傳送，只保留首先到達目的地的任何封包，從而實現(xiàn)無縫冗余。

　　最終，一旦這些新的確定性功能塵埃落定后，將使以太網(wǎng)絡(luò)成為更具可行性的選擇，從而取代目前汽車中所使用的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，如CAN、LIN、MOST和FlexRay，最終成為汽車的核心網(wǎng)絡(luò)骨干。

　　而在此次展會現(xiàn)場，業(yè)界多家公司紛紛展示TSN就緒（TSN-ready）的車用以太網(wǎng)絡(luò)方案，瞄準執(zhí)行以太網(wǎng)絡(luò)的實時控制任務(wù)、競爭帶寬的非關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如乘客娛樂音頻與視訊同步串流等。

　　芯片供貨商Innovasic展示兩款以太網(wǎng)絡(luò)解決方案，分別支持TSN以及非關(guān)鍵型數(shù)據(jù)。所展示的TSN網(wǎng)關(guān)解決方案采用其fido5000實時以太網(wǎng)絡(luò)多協(xié)議（REM）交換器——這是該公司在大約三年前發(fā)布的可配置組件。

　　此外，Innovasic還推出一款預(yù)安裝的TSN評估套件，搭載成熟的TSN功能——802.1AS與802.1Qbv，同時也承諾在逐漸穩(wěn)定后，將進一步透過軟件更新支持其他選項。

　　Innovasic展示TSN交換機芯片

　　Innovasic營運長Jordon Woods樂觀看好車用以太網(wǎng)絡(luò)的進展。「我們已經(jīng)開發(fā)確定性網(wǎng)絡(luò)逾十年了，擁有所有必備的專業(yè)知識與技術(shù)，能夠整合我們的交換機與其他IP并提供完整的TSN SoC」。據(jù)Woods表示，藉由在汽車領(lǐng)域建立良好的合作伙伴關(guān)系，可望進一步推動Innovasic的汽車業(yè)務(wù)成長（汽車客戶目前僅占該公司業(yè)務(wù)的10-15%）。

　　而在博世（Bosch）的展位上，你可以看到透過實時視覺處理，如何讓一個球平衡地保持在致動板的中心位置。你還可以動手微調(diào)這個球，看看致動板如何立即補償偏差，并讓球回到中心保持平衡。以這種方式設(shè)置的TSN網(wǎng)絡(luò)中，攝影機饋入鏈接到實時圖像處理單元，將與來自網(wǎng)絡(luò)流量產(chǎn)生器的數(shù)據(jù)競爭帶寬。不同的交換器將啟動部份TSN功能，同時在網(wǎng)絡(luò)上增加流量；因此，如果少了訊框優(yōu)先適用功能，在發(fā)生干擾時，就無法立即使這個球在致動器中心保持平衡了。

　　博世的TSN網(wǎng)關(guān)方案