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汽车以太网标准的重要性

时间:2018-10-17 作者:Jim Catt,德州仪器 阅读:
在车载通信系统中采用交换网络的方法,将带来许多以前共享总线拓扑所具有的相同的局限,例如可靠性、EMI/EMC、电气接口规范的合规性与功能符合性。上述最后两个项目会影响与其他接入网络的设备的互操作性……

由原始设备制造商(OEM)及一流车企采用和改造以太网的工作在若干年前就已经开始了。电气电子工程师协会(IEEE)802.3标准针对汽车应用作出的修订包括IEEE 802.3bw(100BASE-T1,100Mbps,铜缆)及IEEE 802.3bp(1000BASE-T1,1Gbps,铜缆)。

由于这些修订将针对汽车的更多要求和功能纳入其中,包括呈现爆炸式增长的车载信息娱乐系统、高级驾驶员辅助系统、车载诊断系统以及汽车-外界互联技术(5G,V2X),因此具有非常重要的意义。

修订主要解决了物理层(PHY)的需要。涉及到的PHY接口包括电气接口和网络,它们也称为媒体依赖型接口(MDI)。汽车独有PHY规范的一个关键因素是MDI信令,它既可以解决电磁干扰(EMI)/电磁兼容性(EMC)问题,也支持在网络中使用非屏蔽的单双绞线电缆。这减少了接线的重量和成本,这对于汽车是重要的因素。

减轻重量和降低成本并非联网汽车的唯一优势。以太网有助于形成交换网络,从而实现其他共享总线拓扑结构(控制器局域网,本地互联网络,FlexRay和面向媒体的系统传输)所不具备的更高带宽和更高数据速率。

在车载通信系统中采用交换网络的方法,将带来许多以前共享总线拓扑所具有的相同的局限,例如可靠性、EMI/EMC、电气接口规范的合规性与功能符合性。上述最后两个项目会影响与其他接入网络的设备的互操作性。网络连接车载传感器的数量越来越多,这些传感器可能来自不同的供应商,每个传感器可能使用不同的PHY(见图1)。
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图 1:分布式车载传感器网络

在早期,几位汽车业人士意识到需要建立正式合作才能解决EMC/EMI和互操作性问题。单对以太网(OPEN)联盟(OA)特别兴趣小组(SIG)成立于2011年,现已有300多位成员,包括OEM、供应商和技术提供商。OA不仅指导了开发面向汽车的以太网标准的修订,而且还制定了面向PHY的合规性测试规范,用于确保来自各供应商的不同元件的阈值功能和性能,从而实现汽车业所需的必要系统集成可靠性和简便性。

OA制定的PHY合规性测试规范包含三个主要方面:EMC/EMI性能、功能和IEEE标准电气合规性及不同厂商的PHY之间的互操作性。具体的测试规范有:

● 100BASE-T1 EMC Test Specification for Transceivers.
● BroadR-Reach Physical Media Attachment Test Suite
● BroadR-Reach PHY Control Test Suite
● BroadR-Reach Physical Coding Sublayer Test Suite.
● 100BASE-T1 Interoperability Test Suite.

上述统称为100BASE-T1 PHY互操作性与合规性测试,这些测试规范由OA技术委员会1(TC1)制定。它们共同构成了技术供应商必须通过的主要合规性测试,展示了标准要求的阈值功能和性能。它们还给予OEM和供应商比较PHY的工具。

TC1委任三家独立实验室为行业提供测试服务,每一家负责PHY合规性测试规范的一个主要方面。作为OA的成员,TI参与了测试。例如,TI的DP83TC811R-Q1和DP83TC811S-Q1均成功通过三家实验室执行的各个合规性测试,其中包括互操作性。互操作性测试评估在各种操作情境下,被测设备(DUT)与其他链接合作伙伴(LP)设备的兼容性,其中DUT可能在系统中充当主设备或从设备。

被测试的功能包括:

● 在各种条件下以最短所需时间链接多个LP的能力,例如:
● 在硬或软重置DUT或LP后。
● 在进入睡眠后和唤醒后。
● 温度。
● 电缆长度。
● 注入噪声。
● 极化。
● 一旦建立链接后保持链接。
● 由帧损失指标确定链接完好性(循环冗余校验[CRC]误差,无效数据包大小)。
● 可靠指示有效链接配置的链接状态,从而确保不会触发无效配置的错误链接指示。
● 如信号质量指示和线缆诊断等功能集(近端/远端,短/开放)。

成功通过独立的互操作性测试以及EMI/EMC与PHY功能测试,证明DP83TC811R-Q1和DP83TC811S-Q1是用于100BASE-T1(IEEE 802.3bw,BroadR-Reach)网络的完全合格的美国汽车电子委员会(AEC)Q-100 PHY。这些设备完全受评估模块、输入/输出缓冲器信息规范(IBIS)模型及软件驱动程序的支持。

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