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TSN标准锋头正劲,靠啥获得多家车用芯片厂垂涎

发布时间:2020-05-19 发布时间:
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在IEEE标准协会(IEEE Standards Association)日前举办的车载乙太网路/IP技术大会(Ethernet & IP @ Automotive Technology Day)上,时效性网路(TSN)标准锋头正劲。多家车用晶片大厂纷纷展示最新TSN解决方案,并预期未来的车用网路将整合具TSN控制的乙太网路背板,甚至进一步融合微控制器(MCU)、安全模组与各种协议。

 

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乙太网路(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「车用乙太网路」,事实上将会是一种经由TSN实现的802.3 Ethernet建置,不仅拥有新的实体层(PHY)标准100BASE-T1与Gb级PHY ,并可为车用乙太网路骨干使用较轻的非屏蔽双绞线(UTP)铜缆。

 

透过乙太网路实现的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路技术进行标准化。

 

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)是对现有音讯-视讯桥接(AVB)标准的修订,从而增加支援多个时域。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」,让传输中的关键资料封包拥有较非关键资料封包更优先处理的顺序。这意味着关键资料不必等待所有的非关键资料完成传送后才开始,从而确保更快速的传输路径。

 

流量调度(IEEE 802.1Qbv)选项则将乙太网路资料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路,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,则增加了使用者网路介面(UNI),从而实现远端集中式的网路配置。

 

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体错误)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路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,将使乙太网路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路,如CAN、LIN、MOST和FlexRay,最终成为汽车的核心网路骨干。

 

而在此次展会现场,业界多家公司纷纷展示TSN就绪(TSN-ready)的车用乙太网路方案,瞄准执行乙太网路的即时控制任务、竞争频宽的非关键资料,如乘客娱乐音讯与视讯同步串流等。

 

晶片供应商Innovasic展示两款乙太网路解决方案,分别支援TSN以及非关键型数据。所展示的TSN闸道解决方案采用其fido5000即时乙太网路多协议(REM)交换器——这是该公司在大约三年前发布的可配置元件。

 

此外,Innovasic还推出一款预先安装的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,将进一步透过软体更新支援其他选项。

 

Innovasic展示TSN交换机晶片

 

Innovasic营运长Jordon Woods乐观看好车用乙太网路的进展。「我们已经开发确定性网路逾十年了,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,你可以看到透过即时视觉处理,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网路中,摄影机馈入连结到即时影像处理单元,将与来自网路流量产生器的数据竞争频宽。不同的交换器将启动部份TSN功能,同时在网路上增加流量;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闸道方案

博世的TSN闸道方案采用了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晶片的工程样片。

 

瑞萨电子(Renesas Electronics)同样展示乙太网路TSN方案,并以大型海报比较目前与未来(约2020年)的车用网路架构。瑞萨认为,未来的车用网路将以乙太网路背板连接不同域,每一个都具有TSN控制,甚至将逐渐为本地传统序列网路发展成主微控制器(MCU)整合乙太网路PHY、TSN交换器以及安全模组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闸道器方案展示所有可想到的TSN功能。除了即时控制回路连接闪光灯与位置感测器,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路后,这种闪频效应也只在经过TSN闸道器执行流量限制后才得以持续,同时,还可以在需要时以AVB模式馈入即时视讯。

 

那么,瑞萨首款TSN就绪的车用MCU何时上市呢?

 


瑞萨车用网路通讯协议总工程师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元件。

 

而在AVnu联盟的展位上,Ixia、瑞萨和美国新罕布夏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互通性,同时也展示了执行IEEE 802.3br的优先级互通性及其性能。

 

Ethernet TSN优先机制(IEEE 802.3br)的互通性与功能

 

网路测试设备供应商Ixia车用乙太网路产品专家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乙太网路AVB功能与互通规格的可用性,该规格档案在乙太网路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。

 

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