10BASE－T1S 如何支持区域 E／E 车辆架构
新的 IEEE 汽车以太网标准不断涌现，的标准之一是 10BASE-T1S 以太网。本文讨论了汽车行业的趋势，这些趋势决定了车辆电气/电子 (E/E) 架构的变化，以及新的 10BASE-T1S 标准如何支持和实现这一新架构的推出。
汽车工业目前正在经历其革命性的时期之一。汽车制造商需要针对几个重要的大趋势快速提供解决方案，例如个性化、电气化、自主性和完全连接。原始设备制造商将需要从根本上修改他们的 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，但它也为原始设备制造商提供了一个机会，让他们考虑将 E/E 架构从基于领域的解决方案中转移出来，这些解决方案已经因平台代代相传的不断添加而变得笨拙。通过这一重大的架构变化，原始设备制造商可以专注于实现卓越的技术解决方案，同时还可以通过车辆个性化、服务销售和无线 (OTA) 升级等功能增加新的售后收入流。
区域架构通过物理位置而不是功能来确定连接性，就像基于域的架构一样。这一变化显着减少了车辆中电子控制单元 (ECU) 的数量，并减少了长达 1 km 1的线束布线。其次，它解耦硬件和软件，提供面向服务的架构 (SOA)。许多原始设备制造商都在大力投资以实现内部软件所有权，目的是提供一种端到端的解决方案来简化平台的集成并提供更多的跨功能能力。2个这种可扩展的软件平台方法将限度地减少变体，为新的收入创造机会，从而减少长期的研发投资，并缩短开发时间，同时支持多条汽车生产线。
这些革命性的架构变化带来了许多挑战，并导致许多原始设备制造商重组其整个组织，从拥有所有权的个人团体转向仅提供特定领域的功能，并转向更加集成的跨职能组织。
汽车正迅速成为以太网设备的主要消费者，在车辆中广泛推出以太网被视为成功引入这些新架构的关键支柱之一。以太网带来了所需的可扩展性，支持多种速度等级，是一种经过验证的稳健传输介质，支持基于服务的架构，并具有完全开发的安全和保障构建块。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。（：Analog Devices）
汽车的独特之处
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，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，这直接影响车辆的续航里程。今天使用的线束是车辆中重的三个子系统之一（重达 60 公斤）。3个传统的以太网电缆使用四个差分对进行数据传输，增加了重量和路由复杂性，这对于汽车应用来说并不是选择。为了解决这个问题，开发了新的 IEEE 标准以支持通过单双绞线电缆进行以太网传输，再加上区域架构减少的线束长度，可以显着节省电缆并减轻重量。
是什么推动了对 10BASE-T1S 的需求？
随着基于区域的架构概念的发展，很明显，需要以太网一直连接到边缘传感器和执行器，才能充分利用这种新架构的优势。FlexRay 和 CAN 等现有的传统连接技术需要通常在网关中实施的协议转换，这会增加成本、复杂性和延迟。现有的汽车以太网技术（如 100BASE-T1）无法满足支持将边缘连接应用过渡到以太网的系统成本，因为该技术需要使用点对点交换连接。结果是 IEEE 呼吁对这个问题提供解决方案。一些关键要求包括：
比现有技术更快的通信；例如，CAN(FD)
替代传统的车载网络技术，如 FlexRay
用于 ECU 的 100BASE-T1 替代方案，其中 100BASE-T1 不具有成本效益和能效
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 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一环，实现了真正的以太网到边缘连接并满足了需求带状建筑。
10BASE-T1S 与其他汽车以太网技术不同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。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，不再需要与其他以太网技术相关的交换机或星形拓扑实现。该标准规定至少必须支持八个节点（可以支持更多节点），并且总线长度必须达到 25 m。
图 2. 10BASE-T1S 总线拓扑。（：Analog Devices）
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。这种实现确保了确定性的延迟，主要由网络上的节点数量和要传输的数据量决定。每个节点都被分配了一个传输机会。如果一个节点当时没有数据要传输，它会将传输机会交给下一个节点，从而支持对可用的 10 Mbps 的非常高的利用率。
考虑到它是一个交流耦合系统，也可以通过 10BASE-T1S 网络供电。这进一步节省了电缆，减小了连接器尺寸，并由于降低了电缆和连接器的复杂性而提高了可靠性。数据线供电 (PoDL) 的标准化——已经可用于点对点实施——作为 IEEE 标准增强的一部分正在进行，以支持多点拓扑。
10BASE-T1S 在汽车中的应用广泛且多种多样，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。
结论
汽车 E/E 架构正在发生革命性的变化。向区域 E/E 架构的过渡迫在眉睫。10BASE-T1S 提供了缺失的链路来支持这种具有优化的以太网到边缘连接的过渡。此次推出仍有障碍需要克服，例如人们认为以太网连接会增加组件成本和模块实施的复杂性。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。Analog Devices 通过积极参与标准化活动和密切的 OEM 合作来积极推动 10BASE-T1S 的推出，以确保他们的系统要求得到满足。
