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)?。該?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。

10BASE-T1S的新功能是PLCA（物理層防沖突），可防止共享網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)上的沖突。該功能可確保確定性的延遲，這具體取決于網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送。如果沒有要發(fā)送的數(shù)據(jù)，它會將傳送機(jī)會傳遞給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，從而更有效地利用可用帶寬。這種配置確保確定性最大延時(shí)主要由網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量和要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)數(shù)量決定。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會獲得傳輸機(jī)會。如果彼時(shí)一個(gè)節(jié)點(diǎn)沒有數(shù)據(jù)要傳輸，它會將傳輸機(jī)會移交給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，以充分利用可用的10 Mbps帶寬。

PLCA機(jī)制

圖片來源：Microchip

在多播環(huán)境中，有多個(gè)設(shè)備連接到總線上。10BASE-T1S 使用物理層 (PHY) 沖突避免 (PLCA) 機(jī)制減少空載時(shí)間，并在多個(gè)設(shè)備試圖同時(shí)通話時(shí)避免數(shù)據(jù)沖突。PLCA 建立了一個(gè)傳輸周期，用于協(xié)調(diào)總線上的傳輸機(jī)會。通過 PCLA，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的 PHY 被分配一個(gè)唯一的 PHY ID。只有持有該傳輸機(jī)會的 PHY 才被允許進(jìn)行傳輸。

傳輸機(jī)會以循環(huán)算法分配，從分配給主節(jié)點(diǎn)的 PHY ID=0 開始。當(dāng)主節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)稱為 BEACON 的同步模式以指示 PLCA 周期開始時(shí)，一個(gè)新的周期就開始了。節(jié)點(diǎn)只有在傳輸機(jī)會與自己的節(jié)點(diǎn) ID 相匹配時(shí)才能開始傳輸。

圖以信標(biāo)同步模式 (B) 開始的 PLCA 周期示例。最左邊的周期是最小的總線周期時(shí)間。下一個(gè)周期有一些可允許的傳輸變型。（圖片來源：Art Pini）

任何節(jié)點(diǎn)都可以通過留下未使用的時(shí)隙來跳過一個(gè)傳輸機(jī)會，如圖中 "N" 所示。在分配的時(shí)隙中，節(jié)點(diǎn)可以傳輸其數(shù)據(jù)。節(jié)點(diǎn)可以擴(kuò)大其時(shí)隙，如圖中時(shí)隙 2（藍(lán)色）所示。發(fā)送節(jié)點(diǎn)可以在其時(shí)隙中插入一個(gè)“提交”，以延長時(shí)隙，補(bǔ)償媒體訪問控制 (MAC) 延遲，如圖中時(shí)隙 3（黃色）所示。節(jié)點(diǎn)可以用高優(yōu)先級給某個(gè)消息賦予“猝發(fā)模式”，如圖中 0 PHY ID（綠色）所示。

PLCA 的結(jié)構(gòu)很好，可以防止數(shù)據(jù)包沖突，最大限度提高數(shù)據(jù)速率。

10BASE-T1S網(wǎng)絡(luò)是交流耦合的，這意味著其也支持供電。這樣就可以進(jìn)一步簡化布線并減小連接器尺寸，提高整體網(wǎng)絡(luò)可靠性。PoDL（數(shù)據(jù)線供電）功能已經(jīng)可用于點(diǎn)對點(diǎn)應(yīng)用，IEEE目前正努力將此功能擴(kuò)展至多點(diǎn)拓?fù)洳?shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。

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，主要針對樓宇自動化，預(yù)計(jì)2024年量產(chǎn)針對汽車的10BASE-T1S產(chǎn)品。

2023年2月，OPENALLIANCE推出TC14標(biāo)準(zhǔn)，全面支持10BASE-T1S，OPENALLIANCE高級會員包括寶馬、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的動作太慢了。

審核編輯：湯梓紅