1000M汽车以太网技术

蔚落 2022-12-06 01:06 281阅读 0赞

自从BMW汽车在2008年将100Base-TX的以太网技术应用到汽车刷写中，经过五年的技术探索，各汽车主机厂逐渐认识到汽车以太网技术对于汽车电子电气系统实现复杂功能的重要性。从2013年开始，越来越多的汽车企业加入到车用以太网技术的开发应用中，包括宝马、奔驰、大众、奥迪、VOLVO、特斯拉等汽车行业的一众大咖与新秀。随着100Base-T1的以太网技术在行业内普遍应用的同时，有着更高传输速率的1G、2.5G、5G、10G等车用以太网技术也遍地开花。时间来到2019年，今年1000Base-T1以太网技术将会得到全面标准化，它即将迎来快速发展的一年！

1000Base-T1技术起源于IEEE发布于2016年，用于传输1Gbps的单对双绞线标准-IEEE802.3bp，基于该标准，致力于汽车应用的OPEN ALLIANCE联盟开发出了TC9与TC12规范，其中TC9已于2018年1月正式发布，用于规范1000Base-T1（UTP）的通道与元件的开发；TC12标准用于规范PHY、EMC、PMA、IOP等的开发及验证；至于ECU级的测试规范将与100Base-T1参照的TC8测试规范保持一致。

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图片来源于2019 Automotive Ethernet congress

与1000Base-T1相关的一系列规范开发的时间图表如下所示：

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图片来源于2019 Automotive Ethernet congress

目前1000Base-T1已经释放的标准也以物理层为主，它的物理层架构与100Base-T1以太网类似，由以下组件组成：

协调子层（RS）：在GMII使用的并行接口和作为MAC子层一部分的串行标准接口之间进行数据转换的特殊子层。尽管RS位于GMII之上，但它被当作物理层的一部分。RS通常被认为是以太网底层和第二层之间"真正的"接口；

千兆介质无关接口（GMII）：定义了MAC子层（通过协调子层）和以太网物理层其它部分之间通信的一组特殊接口。GMII是物理层的一部分，但在实践中，它代表物理层与MAC子层之间真正的接口。其采用8位接口数据，工作时钟125MHz，因此传输速率可达1000Mbps；

物理编码子层（PCS）：该子层主要负责整体数据编解码。在传输方面，PCS通过GMII从MAC子层接收数据，并按照特定物理层实现的要求转换成特定序列的比特，然后向下发送至PMA。在收到PMA的数据后，PCS反过来把数据向上发送至GMII。数据加扰等功能也通过PCS子层实现；

物理媒介附加（PMA）：在传输方面，该子层用于将PCS创建的编码比特组转换成比特流然后向下发送至PMD子层。收到数据后，PMA执行相反的操作。PMA还履行其他的辅助功能，如冲突检测（使用半双工模式时）和时钟恢复；

物理媒介相关（PMD）：该子层生成和传输电信号和光信号以发送数据，以及接收和解释类似信号以接收数据，从而满足特定物理媒介的需求。在某些情况下不需要PMD子层，该子层的功能由PMA子层提供；

与媒介有关接口（MDI）：该接口为以太网物理层和数据传输媒介间的物理接口，通常是指将以太网主机或控制器连接至电缆的物理连接器。尽管某些MDI接口经常被重用以满足许多物理层媒介的独特需求，特别是双绞线以太网，但各物理媒介有不同的MDI；

物理媒介：传输数据的实际物理导线或电缆。在技术方面来说，物理媒介并不真正属于物理层，因为它既不是一个协议也不是一个子层，但有时候仍被认为是物理层的一部分。

PCS、PMA和PMD共同构成了物理层的核心部分，有时候它们被统称为"PHY"。但PHY这一缩写有时也用来指整个物理层。

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1000Base-T1以太网与100Base-T1以太网在物理层特性上的差异如下：

*  1000Base-T1在物理层上以750MHZ的速率进行传输；
 *  使用PAM3规则进行编码；

针对物理层产业化设计可能存在的差异性，标准化协会制定了物理层一致性测试标准，以保证不同设计和不同硬件厂商之间的互通性。该标准在TC8中进行了详细的定义，这个标准同时覆盖1000BASE-T1（802.3bp）和 100BASE-T1 (802.3bw) 汽车以太网技术。对于电信号的物理介质附加（PMA）规定了许多特定测试，对ECU的测试主要关注的是发送器（Transmitter）。且1000BASE-T1 汽车以太网测试要求示波器的带宽> 2 GHz。

**1000BASE-T1测试：**

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**一些特定的物理层测试参数要求：**

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1000BASE-T1在经济、性能、效率上也有较大的提升，并支持能效管理和自协商机制：

**能效管理**

降低功耗的措施在汽车界比在居家或办公环境中更为重要。1000BASE-T1支持EEE功能。通过EEE机制，PHY能够降低功耗，它使用一项特殊协议，让设备在空闲一定时间后进入"休眠模式"。能效以太网的定义详见IEEE802.3az文件，定义了如何解决以太网能源额外消耗的问题。接下来的开发中仍需要投入大量工作来实现车载以太网的睡眠模式和其它电源管理功能。

**自协商机制**

自动协商就是一种在两台设备间达到最大可能的传输速率的通信方式。它允许设备用一种方式“讨论”可能的传输速率，然后选择双方可接受的最佳速率。它们使用叫做快速链路脉冲的FLP交换各自传输能力的通告。FLP可以让对端知道源端的传输能力是怎样的。当交换FLP时，两个站点根据以下从高到低的优先级侦测双方共有的最佳方式。

千兆光口自协商过程:

1.两端都设置为自协商模式

双方互相发送/C/码流，如果连续接收到3个相同的/C/码且接收到的码流和本端工作方式相匹配，则返回给对方一个带有Ack应答的/C/码，对端接收到Ack信息后，认为两者可以互通，设置端口为UP状态

2.一端设置为自协商，一端设置为强制自协商端发送/C/码流，强制端发送/I/码流，强制端无法给对端提供本端的协商信息，也无法给对端返回Ack应答，故自协商端DOWN。但是强制端本身可以识别/C/码，认为对端是与自己相匹配的端口，所以直接设置本端端口为UP状态

3.两端均设置为强制模式

双方互相发送/I/码流，一端接收到/I/码流后，认为对端是与自己相匹配的端口，直接设置本端端口为UP状态

随着汽车日益智能化和联网化，汽车电子必定会变得更为复杂，其对带宽的需求也将极大提高。车载以太网目前已经是比较成熟的技术，可以很好地满足汽车电子的新需求并为其提供可靠、成熟、低价和标准化的解决方案。而1000M车载以太网技术因其在带宽和扩展性方面的优势在未来将具有广阔的发展空间。让我们拭目以待，共同迎接新技术的挑战与美好未来！

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