驅動下一代E/E架構的神經脈絡進化—10BASE-T1S

? ? ? ?汽車電子電氣架構的演進正經歷一場深刻的變革,“中央計算單元+區域控制器”的架構模式已成為當前主流車型平臺發展的明確方向。這種從傳統的“功能域”(Domain)架構向“區域”(Zonal)架構的轉型升級,旨在實現更高的集成度、更靈活的部署以及更優的成本控制,代表了智能汽車發展的前沿趨勢。

? ? ? ?然而,任何重大的技術范式轉移都伴隨著挑戰。經過近一兩年的工程實踐落地,行業逐漸發現,在享受新架構優勢的同時,也普遍面臨著一些亟待解決的共性問題,其中網絡延時增大和系統穩定性不足尤為突出。

? ? ? ?為什么新架構下延時和穩定性成為痛點?背后的原因是多方面的,但以下兩點較為明顯。

信號傳輸路徑的“長途跋涉”

? ? ? ?這是導致延時增加的核心因素之一。在傳統的Domain架構中,功能模塊相對集中,相關信號的輸入、處理和輸出往往在同一個域控制器內或鄰近域之間完成,路徑相對直接。而切換到Zonal架構后,物理布局按車輛區域劃分,功能邏輯卻可能跨越多個區域。一個簡單的信號(如某個開關輸入),可能需要先被所在區域的區域控制器采集,然后跨區域傳輸到中央計算單元進行處理或決策,處理結果再可能傳回原區域或另一個區域的控制器執行輸出。 這種“物理分散、邏輯集中”的特性,使得信號需要經過更多的網絡節點(控制器)和更長的物理鏈路進行“接力”,如果邊緣節點基于CANFD通信,端到端(End-to-End)通信鏈條需要CAN->Ethernet->Ethernet->CAN,傳輸路徑顯著拉長,再加上CAN-Ethernet的轉發/轉換處理,不可避免地引入了更高的通信延遲。復雜的網絡拓撲也增加了聯調的難度和不確定性。

通信范式轉變

? ? ? ?這是影響系統穩定性的因素之一。Zonal架構通常伴隨著通信方式的升級,從傳統的基于信號(Signal-Oriented)的CAN/LIN總線,向基于服務(Service-Oriented)的以太網通信(如SOME/IP)演進。除了新的技術從引入到成熟需要時間沉淀之外,服務處理的過程以及從信號到服務(Signal to Service)轉換的過程中,當網絡負載較高或服務調用頻繁時,算力開銷會顯著增加,可能導致控制器處理能力飽和,進而引發消息處理延遲、丟包,甚至系統級的不穩定現象(如響應遲緩、功能偶發失效等)。

? ? ? ?為解決該問題,行業內采取了多種做法,例如優化功能分配策略、提升中間件效率、利用通信硬件模塊加速數據傳輸,以及優化通信協議。

? ? ? ?除了以上方式,行業內也有OEM將CANFD換為車載10Mbps以太網來盡量減少這樣的問題發生。基于10BASE-T1S的邊緣節點與車內的主干網100BASE-T1/1000BASE-T1節點基于2層交換機進行數據轉發,降低端到端的整體延時,不需要由中間節點進行signal to service的轉換,降低算力消耗并減少不穩定性。

10BASE-T1S具備以下特點:
  • 基于一對雙絞線傳輸,半雙工方式

  • 總線型拓撲,無交換機

  • 以太網協議族,上層協議統一

  • 可使用物理層沖突避免機制PLCA(Physical Layer Collision Avoidance)提高系統確定性、可靠性及帶寬利用率

  • 可使用OA 3-PIN PMD收發器,進一步降低使用成本、降低PCB面積

? ? ? ?隨著“中央+區域”架構的演進,10BASE-T1S憑借其獨特優勢,將成為驅動下一代汽車電子電氣(E/E)架構“神經系統”進化的關鍵技術。作為車載網絡技術的探索者,經緯恒潤已攜手多家OEM廠商,深入開展了10BASE-T1S協議的研究與應用實踐。我們構建了一套涵蓋網絡設計、DEMO系統開發、測試及驗證等環節的完整10BASE-T1S系統架構設計與驗證方法論,并依托豐富的實踐經驗,致力于為客戶提供從設計到驗證的全鏈路解決方案。?

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