10BASE-T1S車載以太網(wǎng)挑戰(zhàn)CAN總線

2020年2月IEEE-802.3cg標(biāo)準(zhǔn)正式公布，這就是10BASE-T1S，其目標(biāo)就是針對10Mbps以下的車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)，挑戰(zhàn)CAN FD和CAN XL的地位，甚至是傳統(tǒng)CAN的地位。

10BASE-T1S簡介

圖片來源：ADI

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10BASE-T1S主要針對傳感器和致動(dòng)器Actuator，傳感器領(lǐng)域主要是超聲波傳感器、毫米波雷達(dá)，還有MEMS麥克風(fēng)，包括免提、E-CALL和前后排語音識別輸入。動(dòng)力傳遞領(lǐng)域包括位置、速度、壓力、溫度、加速度、霍爾傳感器。Actuator部分包括燈光照明，前大燈、后尾燈、剎車燈、轉(zhuǎn)向燈、車內(nèi)照明、后視鏡LED顯示。還有各種揚(yáng)聲器包括門內(nèi)揚(yáng)聲器、超重低音、電動(dòng)車低速提示音。還有各種電機(jī)，包括車窗、后視鏡、雨刷、水泵。

大大簡化區(qū)域架構(gòu)，如門區(qū)架構(gòu)，座椅區(qū)，車頂篷區(qū)，電池區(qū)，多種應(yīng)用都通過一對線纜部署。

目前先進(jìn)車輛架構(gòu)都是基于域控制器的，80%的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)都是10Mbit/s以下速率，而傳統(tǒng)車載以太網(wǎng)是100Mbit/s以上的。超過100Mbit/s的車載以太網(wǎng)需要使用點(diǎn)對點(diǎn)交換連接，無法滿足支持終端連接應(yīng)用向以太網(wǎng)過渡的系統(tǒng)成本要求。10BASE-T1S就是彌補(bǔ)這個(gè)缺點(diǎn)，支持以太網(wǎng)進(jìn)入邊緣節(jié)點(diǎn)。

Zonal時(shí)代，可以全部統(tǒng)一在車載以太網(wǎng)格式下，能夠減少網(wǎng)關(guān)使用，減少通訊協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，軟件簡化，線束簡化，成本降低，且容易升級。

典型10BASE-T1S網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

圖片來源：ADI

三種典型的10BASE-T1S 物理層配置

圖片來源：ADI

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車載以太網(wǎng)益處包括單對雙絞線，可以降低線束成本與重量，降低連接器成本與重量，可以通過以太網(wǎng)線纜供電，無需如CAN網(wǎng)絡(luò)那樣另外單獨(dú)供電，可以整車時(shí)鐘一致，保證高可靠性和安全性，無需外接ESD保護(hù)。如今使用的電纜線束是汽車中最重的三個(gè)子系統(tǒng)之一（重達(dá)60千克）。傳統(tǒng)的以太網(wǎng)電纜使用四個(gè)差分對進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這會(huì)增大汽車的重量和布線復(fù)雜性，對汽車應(yīng)用而言并非最佳選擇。

Zonal架構(gòu)下的10BASE-T1S，有眾多優(yōu)點(diǎn)，包括全硬件邊緣節(jié)點(diǎn)，無需軟件介入，某些情況下可以不用MCU，可以使用車載以太網(wǎng)的TSN協(xié)議，具備可確定性、低延遲和高可靠性，基于時(shí)間戳的應(yīng)用特別合適。

ADI的10BASE-T1S收發(fā)器

圖片來源：ADI

10BASE-T1S 使用差分曼徹斯特編碼 (DME)。DME 對數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，利用一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)是否有轉(zhuǎn)換來表示信號的邏輯狀態(tài)。如果在一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)沒有轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)狀態(tài)就是邏輯 0。如果在時(shí)鐘周期的中間有一個(gè)轉(zhuǎn)換（無論是正還是負(fù)），那么數(shù)據(jù)狀態(tài)就是邏輯 1。邏輯 1 數(shù)據(jù)僅在時(shí)鐘間隔期間可能變成高電平或低電平；相對于之前的狀態(tài)，所以不需要復(fù)位轉(zhuǎn)換。每個(gè)時(shí)鐘間隔均會(huì)出現(xiàn)一個(gè)數(shù)據(jù)位，這樣在嘈雜的汽車環(huán)境中就更容易進(jìn)行時(shí)鐘恢復(fù)。

10BASE-T1S與其他汽車以太網(wǎng)技術(shù)不同，因?yàn)樗С侄帱c(diǎn)拓?fù)?，其中所有?jié)點(diǎn)都使用相同的非屏蔽雙絞線電纜連接。這種總線配置提供一個(gè)優(yōu)化的BOM，只需在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上部署一個(gè)以太網(wǎng)PHY，無需采用與其他以太網(wǎng)技術(shù)關(guān)聯(lián)的切換或星型拓?fù)?/a>。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須支持至少8個(gè)節(jié)點(diǎn)（可以支持更多節(jié)點(diǎn)），總線長度必須達(dá)到25米。

微芯科技（Microchip）已經(jīng)提供了三款 10BASE-T1S 收發(fā)器：LAN8670B1-E/LMX、LAB8671B1-U38以及 LAN8672B1-E/LNX。這些收發(fā)器包括了所有的 10BASE-T1S 功能，只在物理封裝和電子控制單元 (ECU) 接口方面有所不同。LAN8670 采用 32-VQFN 封裝，支持獨(dú)立媒體接口 (MII) 和縮小的獨(dú)立媒體接口 (RMII) ECU 接口；LAN8671 采用 24VQFN 封裝，支持 RMII 接口；LAN8672 則采用 36VQFN 封裝，支持 MII 接口。所有三個(gè)收發(fā)器都在 -40°C 至 +125°C 的汽車擴(kuò)展溫度范圍內(nèi)工作，并采用 3.3 伏電源。

ADI緊隨其后，預(yù)計(jì)在2024年量產(chǎn)10BASE-T1S 收發(fā)器。安森美目前也有量產(chǎn)10Base-T1S收發(fā)器，型號為NCN26010，不過主要針對非車載的工業(yè)領(lǐng)域。

Marvell在2022年初推出了第三代車載以太網(wǎng)交換機(jī)，內(nèi)部集成了10BASE-T1S物理層，理論上Marvell也可以輕松完成獨(dú)立型10Base-T1S物理層芯片。博通的BCM8957X和BCM8958X系列車載以太網(wǎng)交換機(jī)也支持外接10BASE-T1S物理層芯片。

德州儀器目前有工業(yè)用10BASE-T1L型產(chǎn)品，主要針對樓宇自動(dòng)化，預(yù)計(jì)2024年量產(chǎn)針對汽車的10BASE-T1S產(chǎn)品。

2023年2月，OPEN ALLIANCE推出TC14標(biāo)準(zhǔn)，全面支持10BASE-T1S，OPEN ALLIANCE高級會(huì)員包括寶馬、通用、NXP、瑞薩、沃爾沃、大眾、博世、豐田、雷諾、大陸汽車，瑞昱、現(xiàn)代汽車、博通、Marvell。

筆者看好10Base-T1S，CAN XL的動(dòng)作太慢了。

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