概述

        TC10 為OPEN Alliance 中的一個技術(shù)委員會小組，專注于研究基于車載以太網(wǎng)的休眠喚醒機制，旨在為汽車應用場景提供靈活的休眠喚醒解決方案。該小組提出的休眠喚醒規(guī)范（《TC10 Sleep/Wake-up Specification》，以下簡稱TC10規(guī)范）作為對IEEE 802.3系列規(guī)范的補充，詳細定義了以太網(wǎng)PHY的休眠喚醒過程、新增服務原語和接口、時間參數(shù)、指令描述等內(nèi)容。目前，TC10已經(jīng)發(fā)布了適配10Base-T1S、100Base-T1、1000Base-T1和MultiGBase-T1等類型的以太網(wǎng)休眠喚醒規(guī)范，本文將以1000Base-T1為示例，詳細介紹TC10規(guī)范。

服務原語

圖 1 TC10 1000Base-T1 PHY服務原語示意圖

        服務原語是PHY提供的與上層模塊間交互的指令，用于實現(xiàn)上層對PHY的行為控制和狀態(tài)監(jiān)控，TC10規(guī)范在IEEE 802.3bq規(guī)范的基礎(chǔ)上，新增了與休眠喚醒相關(guān)的服務原語接口供上層調(diào)用，如圖 1所示。以下是幾個主要服務接口的介紹。

        · Sleep.request：睡眠請求，控制PHY的開始睡眠行為，PHY收到該請求后，會向鏈路伙伴（Link Partner）發(fā)起睡眠協(xié)商過程。

        · Sleep.indication：睡眠指示，表示PHY接收到了來自鏈路伙伴的睡眠指令。

        · SleepFail.indication：睡眠失敗指示，表示睡眠過程的中止或者睡眠協(xié)商失敗。

        · Wakeup.request：喚醒請求，控制PHY開始喚醒行為，PHY接收到該請求后，會生成喚醒指令。

        · Wakeup.indication：喚醒指示，表示PHY檢測到喚醒事件，該喚醒事件可能來自ECU的本地喚醒，也可能來自鏈路伙伴的遠程喚醒請求。

        · WakeupForward.request(可選)：喚醒轉(zhuǎn)發(fā)請求，表示當前端口的喚醒事件是從其他端口轉(zhuǎn)發(fā)過來的，通常由Switch節(jié)點實現(xiàn)。

        · WakeupForward.indicaion(可選)：喚醒轉(zhuǎn)發(fā)指示，表示IO接口或MDI接口接收到喚醒轉(zhuǎn)發(fā)請求，需要將某個端口接收到的喚醒事件轉(zhuǎn)發(fā)至其他端口，通常由Switch節(jié)點實現(xiàn)。

指令

        TC10定義了三個以太網(wǎng)鏈路指令，用于控制器PHY和PHY之間的休眠喚醒交互，分別是LPS、WUR和WUP。

        · LPS(Low Power Sleep)：該指令表示發(fā)送節(jié)點的休眠意愿，當ECU滿足休眠條件后，會向鏈路伙伴發(fā)送LPS指令。

        · WUR(Wake-Up Request) & WUP(Wake-Up Pulse)：WUR和WUP均表示喚醒請求，當控制器需要喚醒其他節(jié)點時，需要向鏈路伙伴發(fā)送喚醒請求。二者的區(qū)別在于：當檢測到與鏈路伙伴間的以太網(wǎng)Link狀態(tài)為Link Up時，發(fā)送WUR；當檢測到與鏈路伙伴間的以太網(wǎng)Link狀態(tài)為Link Down時，發(fā)送WUP。

休眠

        與CAN超時休眠的過程不一樣，為避免以太網(wǎng)休眠后其鏈路伙伴檢測到PHY 的Link Down錯誤， 以太網(wǎng)鏈路兩端的節(jié)點在進行休眠時需要進行“協(xié)商過程”，具體流程如圖 2所示。

        ① 假設ECU1首先滿足休眠條件，則其作為休眠發(fā)起者，向其鏈路伙伴發(fā)送LPS指令；

        ② ECU2接收到LPS指令后，會根據(jù)自身需求判斷是否滿足休眠條件，若滿足，則ECU2也會向ECU1發(fā)送LPS指令；

        ③ ECU1和ECU2后續(xù)會進入到Silent模式。在Silent模式下，PHY的PMA TxMode會處于Send_Z 模式（即發(fā)送全0信號）；

        ④ 當ECU監(jiān)聽到對端節(jié)點的Send_Z信號后，滿足休眠條件并進入Sleep狀態(tài)。

圖 2 TC10 1000Base-T1 PHY 休眠時序示意圖

喚醒

        · 喚醒時序

        PHY的喚醒流程如圖 3所示。

        ① 假設ECU1有喚醒遠程節(jié)點的需求，ECU的P1端口根據(jù)本地PHY的Link狀態(tài)，發(fā)送WUR或者WUP喚醒請求；

        ② ECU2的P2端口收到來自的P1的喚醒請求后，和P1端口間Link Up；

        ③ ECU2作為Switch節(jié)點，還需要根據(jù)自身配置，判斷是否需要對來自P2端口的喚醒指令進行轉(zhuǎn)發(fā)，如果需要，則ECU2的P3端口也會向下游節(jié)點發(fā)送喚醒指令。

圖 3 TC10 1000Base-T1 PHY喚醒時序示意圖

        · PN 實現(xiàn)部分網(wǎng)絡喚醒

        隨著汽車智能化的不斷發(fā)展，整車控制器的數(shù)量逐漸增多，PN（Partial Network）的實現(xiàn)為整車節(jié)能策略的設計提供了更多靈活性。在某些功能場景下，同一個網(wǎng)段內(nèi)只需要喚醒車輛系統(tǒng)的部分控制器工作，其他控制器則可以維持在休眠狀態(tài)?；谝蕴W(wǎng)鏈路的PN實現(xiàn)與基于CAN網(wǎng)絡協(xié)議的PN實現(xiàn)類似，在網(wǎng)絡系統(tǒng)中，可以根據(jù)不同功能需求，將控制器進行網(wǎng)絡功能域（Domain）劃分，如圖 4所示。

圖 4 系統(tǒng)內(nèi)Domain劃分示意圖

        ECU1、ECU2和ECU3位于Domain1，ECU3~ECU5位于Domain2。需要注意的是，同一個控制器可以位于不同的Domain中，但當該控制器處于多個Domain中，該控制器則不適合作為該域的喚醒源。假設ECU1本地喚醒后，向Switch節(jié)點的P1端口發(fā)送喚醒請求。同時，Switch可根據(jù)P1的配置，將喚醒指令轉(zhuǎn)發(fā)至同一個Domain的其他端口，即P2和P3端口，而不會轉(zhuǎn)發(fā)至P4和P5端口。隨后，P2和P3端口分別與ECU2和ECU3開始喚醒流程，最終Domain1內(nèi)的所有節(jié)點均處于喚醒狀態(tài)，如圖 5所示。

圖 5系統(tǒng)PN喚醒示意圖

總結(jié)

        TC10為車載以太網(wǎng)的休眠喚醒機制提供了統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，特別是在汽車ECU數(shù)量不斷增加、網(wǎng)絡復雜度日益提升的背景下，TC10規(guī)范通過定義PHY的新增服務原語和接口、時間參數(shù)、指令描述和休眠喚醒過程時序等內(nèi)容，為車載網(wǎng)絡的節(jié)能設計和功能實現(xiàn)提供了重要支持。通過引入LPS、WUR和WUP等指令，TC10規(guī)范確保了以太網(wǎng)鏈路的休眠喚醒過程能夠高效、可靠地進行。此外，PN的實現(xiàn)進一步提升了整車節(jié)能策略的靈活性，使得在特定功能場景下，能夠僅喚醒部分網(wǎng)絡節(jié)點，從而降低整車功耗。

        總的來說，隨著汽車電子架構(gòu)的不斷演進，TC10規(guī)范將在車載網(wǎng)絡的節(jié)能優(yōu)化和功能實現(xiàn)中發(fā)揮越來越重要的作用。那么圍繞TC10的實現(xiàn)，我們應開展相關(guān)的哪些測試呢？將在下一期為大家揭曉。

        經(jīng)緯恒潤作為OPEN聯(lián)盟會員和AUTOSAR聯(lián)盟的高級合作伙伴，長期為國內(nèi)外各大OEM和供應商提供涵蓋TCP/IP、SOME/IP、DoIP、AVB、TSN、DDS等技術(shù)領(lǐng)域的設計和測試咨詢服務，積極研發(fā)和探索車載網(wǎng)絡前沿技術(shù)的工程應用。通過多個項目的實踐經(jīng)驗，已建立了高質(zhì)量、本土化的設計與測試一體化解決方案，為整車網(wǎng)絡架構(gòu)提供可靠支持。