本次，我們?yōu)榇蠹規(guī)怼镀噮^(qū)域架構(gòu)中的 TSN：?jiǎn)⒂?a target="_blank">以太網(wǎng)環(huán)形架構(gòu)和 AVB 分布式音頻》的白皮書相關(guān)內(nèi)容。

簡(jiǎn)介

汽車制造商正積極推動(dòng)車載高速以太網(wǎng)主干的發(fā)展，采用新興技術(shù)趨勢(shì)，例如以太網(wǎng)環(huán)形架構(gòu)以實(shí)現(xiàn)冗余，以及時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò) (TSN) 和音頻視頻橋接 (AVB)，進(jìn)而可靠地傳輸時(shí)間敏感型數(shù)據(jù)。

該行業(yè)正面臨對(duì)更高帶寬與更快速通信網(wǎng)絡(luò)的迫切需求，以便在整車范圍內(nèi)傳輸安全關(guān)鍵型和時(shí)間敏感型數(shù)據(jù)。在下一代區(qū)域架構(gòu)中，他們正研究以太網(wǎng)環(huán)形架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)冗余設(shè)計(jì)。同時(shí)，他們也在嘗試將更多類型的數(shù)據(jù)（包括音頻）整合至以太網(wǎng)主干中，以減少線束。

區(qū)域架構(gòu)通過區(qū)域控制模塊 (ZCM)，將來自各類傳感器與電子控制單元 (ECU) 的數(shù)據(jù)，傳輸至邊緣節(jié)點(diǎn)通信網(wǎng)絡(luò)。隨后，如圖 1 所示，這些 ZCM 會(huì)通過主干通信，將匯總后的傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送至中央計(jì)算單元 (CCU)。

圖 1 適用于區(qū)域架構(gòu)的車載網(wǎng)絡(luò)

以太網(wǎng)環(huán)形架構(gòu)是在現(xiàn)有的高帶寬以太網(wǎng)主干基礎(chǔ)上構(gòu)建的，通過讓每個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)與兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)相連，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)冗余。由于數(shù)據(jù)可以在順時(shí)針與逆時(shí)針兩個(gè)方向同時(shí)傳輸，即使某一條以太網(wǎng)鏈路發(fā)生中斷，CCU 仍能與 ZCM 保持通信。

隨著車載網(wǎng)絡(luò)帶寬的提升，主干以太網(wǎng)可傳輸更多類型的數(shù)據(jù)，例如音頻、雷達(dá)和攝像頭數(shù)據(jù)。在汽車制造商逐步過渡到區(qū)域架構(gòu)的早期階段，他們主要將車身功能整合進(jìn)各個(gè)區(qū)域模塊中。但理想的區(qū)域架構(gòu)應(yīng)當(dāng)能夠支持跨域應(yīng)用。音頻是主要目標(biāo)，這是因?yàn)?AVB 標(biāo)準(zhǔn)能夠?yàn)橐纛l數(shù)據(jù)提供確定性的延遲。將音頻播放功能移入 ZCM 后，由于音頻數(shù)據(jù)可以通過以太網(wǎng)傳輸，因此可以無需單獨(dú)的通信總線。

內(nèi)容概覽

一、啟用實(shí)時(shí)控制和時(shí)間敏感型數(shù)據(jù)

TSN 通過精密時(shí)序同步保障車載音頻等實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的可靠傳輸，其與以太網(wǎng)環(huán)形架構(gòu)的結(jié)合能進(jìn)一步提升 AVB 等應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)可靠性。

二、以太網(wǎng)拓?fù)洌涵h(huán)形與星形

環(huán)形拓?fù)錇?TSN 網(wǎng)絡(luò)提供了寶貴的冗余可靠性，但節(jié)點(diǎn)增加會(huì)累積延時(shí)，因此在設(shè)計(jì)需低延時(shí)數(shù)據(jù)同步與實(shí)時(shí)控制的車載網(wǎng)絡(luò)時(shí)，必須在可靠性與實(shí)時(shí)性之間做出權(quán)衡。

三、以太網(wǎng)環(huán)形架構(gòu)實(shí)施

實(shí)施以太網(wǎng)環(huán)形架構(gòu)需在每個(gè)節(jié)點(diǎn)集成MCU、交換機(jī)和雙 PHY。采用集成硬件加速的 MCU 是優(yōu)化成本與性能的關(guān)鍵，可顯著降低處理延時(shí)。

四、使用 AVB 將音頻播放添加到以太網(wǎng)主干中

作為 TSN 的音頻子集，AVB 利用以太網(wǎng)環(huán)形架構(gòu)的冗余特性，為車內(nèi)多區(qū)域音頻同步播放提供了更可靠的傳輸保障。

五、區(qū)域架構(gòu)中的音頻

AVB 作為 TSN 的音頻子集，通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)音頻同步播放并簡(jiǎn)化布線，而環(huán)形拓?fù)涞娜哂鄤t進(jìn)一步保障了其傳輸可靠性。

六、在 ZCM 中實(shí)施 AVB

在 ZCM 中實(shí)施 AVB 需 MCU、交換機(jī)與 PHY 協(xié)同，通過時(shí)鐘同步與媒體時(shí)鐘恢復(fù)技術(shù)，最終由PHY生成精確時(shí)鐘以驅(qū)動(dòng)放大器，實(shí)現(xiàn)多區(qū)域音頻同步。

結(jié)語

隨著汽車制造商向集中式架構(gòu)遷移，可靠、高效且可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)變得愈發(fā)重要。通過實(shí)施以太網(wǎng)環(huán)形架構(gòu)，可在 ZCM 與 CCU 之間提供冗余數(shù)據(jù)流，從而提升車載網(wǎng)絡(luò)的可靠性。此外，TSN 支持將各種數(shù)據(jù)流（包括通過 AVB 傳輸?shù)囊纛l）集成到以太網(wǎng)主干上，從而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)布線成本。

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