10BASE－T1S标准走向前台，它都有哪些特性？
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。本文将讨论汽车行业一些大趋势，这些趋势决定了汽车电子/电气(E/E) 架构的变化，以及新的 10BASE-T1S 标准如何支持和实现新架构。
汽车行业目前正在经历其最具革命性的时期。汽车制造商需要快速满足几个大趋势，例如个性化、电气化、自动驾驶和完全连接。OEM 将需要从根本上修改其电子/电气架构以支持新功能。虽然这场革命提出了重大的技术挑战，但它也为 OEM 提供了一个机会，让他们可以考虑将电子/电气架构从基于域（Zone）的解决方案中升级，目前基于域的解决方案已因平台持续增加的组件而变得笨重。通过这一重大的架构变化，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、销售服务和无线升级 (OTA) 等功能增加新的售后收入。该行业正在趋向于一种通用的新架构，通常被称为区域架构（Zonal）。并希望利用其他行业的技术和演进方向，尤其是 IT 行业——因为汽车本质上是一台带轮子的计算机。
区域架构通过物理位置而不是功能确定连接性，就像基于域的架构中的情况一样。这一变化显着减少了车辆中电子控制单元 (ECU) 的数量，并移除了多达 1km的线束布线。其次，它解耦了硬件和软件，提供了面向服务架构（SOA）。许多 OEM 正在大力投资以将软件所有权纳入内部，旨在提供一种简化平台集成并提供更多跨功能的端到端解决方案。这种可扩展的软件平台方法将最大限度地减少不确定性，并增加新收入来源的机会，从长远来看可以减少研发投资，并可支持同平台的多条产线，从而缩短开发时间。
这些革命性的架构变化带来了许多挑战，并导致许多OEM重组他们的整个组织，从拥有所有权的单个团体转向仅提供特定领域功能的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，而汽车中广泛部署的以太网被视为新架构的关键技术之一。以太网带来了所需的可扩展性，支持多个速度等级，是一种经过验证的强大传输介质，支持基于服务的架构，并具有完全开发的安全块。以太网具有明确定义且易于理解的 OSI 模型，可以更轻松地管理整个汽车网络的复杂性。
图 1. 汽车区域架构。 （来源：ADI）
汽车的独特之处
虽然可以从其他行业利用许多基本以太网概念，但汽车电子/电气架构有一些独特的要求，这些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，这对车辆的续航里程有直接影响。目前使用的电缆线束是车辆中三个最重的子系统之一（重达 60 千克）。 传统以太网电缆使用四个差分信号对进行数据传输，增加了重量和布线复杂性，这对于汽车应用来说并不是最佳选择。为了解决这个问题，制定了新的 IEEE 标准，以支持通过单对双绞线电缆进行以太网传输，再加上区域架构特有的缩短电缆线束长度的特点，可以显着节省电缆并减轻重量。
什么推动了对 10BASE-T1S 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一直到边缘传感器和执行器，才能充分利用这种新架构的优势。现有的传统连接技术（例如 FlexRay 和 CAN）需要通常在网关中实现的协议转换，这会增加成本、复杂性和延迟。现有的汽车以太网技术（例如 100BASE-T1）无法满足支持将边缘连接过渡到以太网，因为该技术需要使用点对点交换连接。因此IEEE 呼吁对此问题提供解决方案。一些关键要求包括：
比现有技术更快的通信；例如，CAN(FD)
替代 FlexRay 等传统车载网络技术
用于 ECU 的 100BASE-T1 的替代方案，因为100BASE-T1 既不经济也不节能
支持简单和冗余传感器网络连接的能力
什么是 10BASE-T1S？
10BASE-T1S 规范是作为 2020 年 2 月发布的 IEEE 802.3cg 标准的一部分开发的。10BASE-T1S 提供了汽车以太网生态系统中缺失的链路，实现真正的以太网到边缘连接的架构。
10BASE-T1S 与其他汽车以太网技术不同之处是支持多点拓扑，所有节点都通过相同的非屏蔽双绞线电缆连接。这种总线实现提供了一个优化的 BOM，每个节点只需要一个以太网 PHY，无需与其他以太网技术相关的开关或星型拓扑实现。该标准规定必须支持至少 8 个节点（可以支持更多节点），并且总线长度必须支持到 25 m。
图 2. 10BASE-T1S 总线拓扑。 （来源：ADI）
该标准的另一个新特点是物理层冲突避免 (PLCA)，顾名思义，它避免了共享网络上的冲突。最大延迟将主要由网络上的节点数量和要传输的数据量决定。每个节点都分配了一个传输机会。如果一个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，从而对10 Mbps实现高利用率。
由于 10BASE-T1S 网络是交流耦合系统，因此也可以通过 10BASE-T1S 网络供电。这将进一步节省电缆、减少连接器尺寸以及提高系统可靠性。目前数据线供电 (PoDL) 的标准化（已可用于点对点实施）正在进行中。
10BASE-T1S 在汽车中的应用范围广泛且种类繁多，涉及车身领域、舒适性、信息娱乐和 ADAS 等多种功能的许多传感器和执行器正在讨论中。
总结
汽车电子/电气架构正在发生革命性的变化。向区域电子/电气架构的过渡迫在眉睫。 10BASE-T1S 通过优化的以太网到边缘连接可实现这种过渡。不过在此推出中仍有一些障碍需要克服，例如以太网连接会增加组件成本和模块实现的复杂性。10BASE-T1S 通过降低系统成本和支持不同类型信号链分区的多种产品选项直接解决了这些问题。ADI正在通过积极参与标准化活动和密切 OEM 合作，推动 10BASE-T1S 的推出，以确保满足其系统要求。
