车载以太网络拥抱TSN标准 - 全文

　　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-视讯桥接（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讯同步串流等。

　　芯片供货商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营运长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模式馈入实时视讯。

　　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货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）

　　网络测试设备供货商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

　　（参考原文：TSN-MCU integration： who will wait until 2020？，by Julien Happich）