事實上,TSN並不是一個新的議題,但卻是近來獲得重大關注的熱門領域,尤其是在車用市場。

TSN是IEEE標準協會目前的工作項目之一,目的在於為現有的802.1與802.3乙太網路(Ethernet)標準增加一系列的擴展功能,進一步確保其確定性效能。所有汽車OEM長久以來期盼的所謂「車用乙太網路」,事實上將會是一種經由TSN實現的802.3 Ethernet建置,不僅擁有新的實體層(PHY)標準100BASE-T1與Gb級PHY,並可為車用乙太網路骨幹使用較輕的非屏蔽雙絞線(UTP)銅纜。

透過乙太網路實現的TSN架構由於能夠增加產品的差異化、改善駕駛人的行車體驗,已經吸引業界多家廠商與組織的興趣。為了廣泛佈署這項重要的技術架構,業界標準組織正為此車用網路技術進行標準化。

目前正在進行標準化過程的TSN,其特性包括時間與同步、訊框優先適用(Frame Pre-emption)、流量調度(Scheduled Traffic)、增強串流保留協議(SRP)、逐一串流過濾與管理(Per-Stream Filtering and Policing)以及訊框複製與消除等功能。

根據IEEE,時間與同步(IEEE P802.1AS-REV)是對現有音訊-視訊橋接(AVB)標準的修訂,從而增加支援多個時域。而訊框優先適用(IEEE P802.3br)機制則藉由將干擾訊框分成較小的「區段」,讓傳輸中的關鍵資料封包擁有較非關鍵資料封包更優先處理的順序。這意味著關鍵資料不必等待所有的非關鍵資料完成傳送後才開始,從而確保更快速的傳輸路徑。

流量調度(IEEE 802.1Qbv)選項則將乙太網路資料流量劃分為不同的類型,每一種類型均保留至特定的時間存取網路,從而創造類型特定(class-specific)的保護「通道」。以IEEE 802.1Qcc為基礎的增強SRP與性能改善,則增加了使用者網路介面(UNI),從而實現遠端集中式的網路配置。

逐一串流過濾與管理(IEEE 802.1Qci)機制也稱為流量控制,用於避免流量過載的情況(可能由於端點或交換機上的軟體錯誤)影響接收節點或埠。流量管制也可能用於阻擋惡意的裝置或攻擊。

此外,有了「為可靠性進行訊框複製和消除」的TSN選項IEEE P802.1CB,無論發生鏈路故障、電纜斷裂以及其他錯誤,均能強制實現可靠的通訊。此選項確保關鍵流量的複本在網路中能以不相交集的路徑進行傳送,只保留首先到達目的地的任何封包,從而實現無縫冗餘。

最終,一旦這些新的確定性功能塵埃落定後,將使乙太網路成為更具可行性的選擇,從而取代目前汽車中所使用的傳統網路,如CAN、LIN、MOST和FlexRay,最終成為汽車的核心網路骨幹。

而在此次展會現場,業界多家公司紛紛展示TSN就緒(TSN-ready)的車用乙太網路方案,瞄準執行乙太網路的即時控制任務、競爭頻寬的非關鍵資料,如乘客娛樂音訊與視訊同步串流等。

晶片供應商Innovasic展示兩款乙太網路解決方案,分別支援TSN以及非關鍵型數據。所展示的TSN閘道解決方案採用其fido5000即時乙太網路多協議(REM)交換器——這是該公司在大約三年前發佈的可配置元件。

此外,Innovasic還推出一款預先安裝的TSN評估套件,搭載成熟的TSN功能——802.1AS與802.1Qbv,同時也承諾在逐漸穩定後,將進一步透過軟體更新支援其他選項。

20161102 TSN NT31P1 Innovasic展示TSN交換機晶片

Innovasic營運長Jordon Woods樂觀看好車用乙太網路的進展。「我們已經開發確定性網路逾十年了,擁有所有必備的專業知識與技術,能夠整合我們的交換機與其他IP並提供完整的TSN SoC」。據Woods表示,藉由在汽車領域建立良好的合作夥伴關係,可望進一步推動Innovasic的汽車業務成長(汽車客戶目前僅佔該公司業務的10-15%)。

而在博世(Bosch)的展位上,你可以看到透過即時視覺處理,如何讓一個球平衡地保持在致動板的中心位置。你還可以動手微調這個球,看看致動板如何立即補償偏差,並讓球回到中心保持平衡。以這種方式設置的TSN網路中,攝影機饋入連結到即時影像處理單元,將與來自網路流量產生器的數據競爭頻寬。不同的交換器將啟動部份TSN功能,同時在網路上增加流量;因此,如果少了訊框優先適用功能,在發生干擾時,就無法立即使這個球在致動器中心保持平衡了。

20161102 TSN NT31P2 博世的TSN閘道方案

博世的TSN閘道方案採用了Marvell的7埠車用級88EA6321 AVB交換器(內建2個整合型PHY)。根據博世的現場展示人員透露,Marvell將在今年年底前針對車用市場推出TSN晶片的工程樣片。

瑞薩電子(Renesas Electronics)同樣展示乙太網路TSN方案,並以大型海報比較目前與未來(約2020年)的車用網路架構。瑞薩認為,未來的車用網路將以乙太網路背板連接不同域,每一個都具有TSN控制,甚至將逐漸為本地傳統序列網路發展成主微控制器(MCU)整合乙太網路PHY、TSN交換器以及安全模組與各種協議轉換器的趨勢。

20161102 TSN NT31P3 瑞薩展示TSN優先適用機制

基於FPGA的TSN閘道器方案展示所有可想到的TSN功能。除了即時控制迴路連接閃光燈與位置感測器,經編碼的旋轉輪更確保完美的靜態閃頻效果。而即使當電路板故障導致流量不受控制並饋入網路後,這種閃頻效應也只在經過TSN閘道器執行流量限制後才得以持續,同時,還可以在需要時以AVB模式饋入即時視訊。

那麼,瑞薩首款TSN就緒的車用MCU何時上市呢?

20161102 TSN NT31P4

瑞薩車用網路通訊協議總工程師Tobias Belitz並未透露太多細節,僅表示瑞薩將視客戶需求而“生產智慧TSN交換機”的可能性。不過,既然在進行比較時提到了2020年,可確定的是在打造此架構之前將會需要這款元件。

而在AVnu聯盟的展位上,Ixia、瑞薩和美國新罕布夏大學互通測試實驗室 (UNH-IOL)共同展示AVnu針對優先級TSN功能的首次插拔測試結果,讓不同的解決方案供應商能夠檢驗其解決方案的AVB/TSN互通性,同時也展示了執行IEEE 802.3br的優先級互通性及其性能。

20161102 TSN NT31P5 Ethernet TSN優先機制(IEEE 802.3br)的互通性與功能 (來源:AVnu聯盟)

網路測試設備供應商Ixia車用乙太網路產品專家Bogdan Tenea表示,車用AVB裝置的認證計劃目前已在進行最後測試,不久即將發佈。AVnu Alliance在今年九月即發佈了車用乙太網路AVB功能與互通規格的可用性,該規格檔案在乙太網路AVB標準組合的多種標準選項中定義了共同的基礎,以及車用裝置所需要的其他功能性。AVnu Alliance的車用認證計劃將會是下一步。

編譯:Susan Hong

(參考原文:TSN-MCU integration: who will wait until 2020?,by Julien Happich)