为什么10BASE-T1S是汽车通信中缺失的以太网链路

　　新的IEEE汽车以太网标准不断涌现，最新的标准之一是10BASE-T1S以太网。本文讨论汽车行业的趋势 行业决定了车辆电气/电子 （E/E） 架构的变化，以及新的 10BASE-T1S 标准如何支持和启用这种新架构的推出。

　　大趋势带来新机遇

　　汽车行业目前正在经历其最具革命性的时期之一。汽车制造商需要快速为个性化、电气化、自动驾驶和完全连接等几个重大大趋势提供解决方案。OEM 将需要从根本上修改其 E/E 架构以支持新功能。虽然这场革命带来了重大的技术挑战，但它也为 OEM 提供了一个机会，让他们考虑将 E/E 架构从基于域的解决方案中移开，这些解决方案在平台世代的连续附加组件中变得笨拙。通过这一重大架构变更，OEM 可以专注于实现卓越的技术解决方案，同时通过车辆个性化、服务销售和无线 （OTA） 升级等功能增加新的售后收入来源。该行业正在被一种常见的新架构所吸引，通常被称为区域架构，并希望利用其他行业的技术和经验教训，尤其是IT部门 - 使汽车本质上是车轮上的计算机。

　　区域体系结构通过物理位置而不是功能来确定连接，就像在基于域的体系结构中一样。此更改显著 减少车辆中电子控制单元 （ECU） 的数量，并可行驶多达 1 公里1线束布线。其次，它将硬件和软件分离，提供面向服务的体系结构（SOA）。许多原始设备制造商正在大力投资，将软件的所有权引入内部，旨在提供端到端的解决方案。 简化了平台的集成，并提供了更多的跨职能功能2.这种可扩展的软件平台方法将最大限度地减少变体，开放 新的收入来源的机会，导致长期减少研发投资，并缩短开发时间，同时支持多个汽车生产线。

　　这些革命性的架构变化带来了许多挑战，并导致许多 OEM 重组其整个组织，使其远离个人 拥有所有权的组，仅提供特定的领域职能，并面向更集成的跨职能组织。

　　汽车正迅速成为以太网设备的主要消费者，在车辆中广泛部署以太网被视为以太网设备的关键支柱之一。 成功引入这些新架构。以太网带来所需的可扩展性，支持多种速度等级，是一种经过验证的强大传输介质， 支持基于服务的体系结构，并具有完全开发的安全和安保构建块。以太网具有明确定义且易于理解的 OSI 模型， 使管理整个汽车网络的复杂性变得更加容易。

　　汽车的独特方面

　　虽然其他行业可以利用许多基本的以太网概念，但汽车 E/E 架构有一些独特的要求： 决定了对新技术开发的需求。汽车的一个重点是减轻车辆的重量，这对车辆有直接影响 范围。目前使用的线束是车辆中最重的三个子系统之一（重达 60 kg）3.传统的以太网电缆使用四个差分对进行数据传输，增加了重量和布线复杂性，这对于汽车应用来说不是最佳选择。为了解决这个问题，新的IEEE标准 开发用于支持通过单根双绞线电缆进行以太网传输，再加上通过区域 架构，可以显著节省电缆并减轻重量。

　　是什么推动了对 10BASE-T1 的需求？

　　随着基于区域的架构概念的发展，很明显，需要以太网连接到边缘传感器和执行器。 以充分利用此新体系结构的优势。现有的传统连接技术（如FlexRay和CAN）通常需要协议转换 在网关中实施，这可能会增加成本、复杂性和延迟。现有的汽车以太网技术（如100BASE-T1）不符合系统要求 支持将边缘连接应用过渡到以太网的成本，因为该技术需要使用点对点交换连接。结果 是IEEE对此问题提供解决方案的兴趣呼吁。一些关键要求包括：4

　　比现有技术更快的通信;例如，CAN（FD）

　　取代传统的车载网络技术，如FlexRay

　　100BASE-T1 的替代方案适用于 ECU，其中 100BASE-T1 既不具有成本和能源效率

　　能够支持简单和冗余传感器网络的连接

　　什么是 10BASE-T1S？

　　10BASE-T1S 规范是作为 IEEE 802.3cg 标准的一部分制定的，该标准于 2020 年 2 月发布。10BASE-T1S提供了汽车以太网生态系统中缺失的环节，实现了真正的以太网到边缘连接，并满足了区域架构的需求。

　　与其他汽车以太网技术不同的是，10BASE-T1S的一个令人兴奋的独特方面是支持多点拓扑，所有节点都通过同一根非屏蔽双绞线电缆连接。此总线实现提供了优化的 BOM，只需要在每个节点中有一个以太网 PHY，无需与其他以太网技术相关的交换机或星形拓扑实现。该标准规定必须至少支持八个节点（可以支持更多节点），并且总线长度必须长达 25 m。

　　该标准的另一个新方面是物理层冲突避免（PLCA），顾名思义，它避免了共享网络上的冲突。此实现可确保确定性的最大延迟，主要由网络上的节点数和要传输的数据量决定。每个节点都被分配了一个传输机会。如果节点当时没有要传输的数据，它会将传输机会移交给下一个节点，从而支持可用的 10 Mbps 的非常高利用率。

　　通过10BASE-T1S网络供电也是可能的，因为它是一个交流耦合系统。这进一步节省了电缆，减小了连接器尺寸，并改进了 通过降低电缆和连接器的复杂性实现可靠性。数据线路供电 （PoDL） 标准化 — 现已可用于点对点 实施 — 作为 IEEE 标准增强功能的一部分，正在进行中，以支持多点拓扑。

　　10BASE-T1S在汽车中的应用广泛而多样，有许多传感器和执行器，涉及车身领域的多种功能，舒适性， 信息娱乐和正在讨论中的ADAS。

　　结论

　　汽车 E/E 架构正在经历革命性的变化。向区域 E/E 架构的过渡迫在眉睫。10BASE-T1S 提供缺失的链路 通过优化的以太网到边缘连接来支持这种过渡。在这次推出中仍有一些障碍需要克服，例如认为以太网 连接性增加了模块实现的组件成本和复杂性。10BASE-T1S通过提供更低的系统成本和支持不同类型信号链分区的各种产品选项，直接解决了这些问题。ADI公司通过积极参与标准化活动和密切的OEM合作，积极参与推动10BASE-T1S的推出，以确保满足其系统要求。

　　审核编辑：郭婷