这两天，汽车界有两件大事儿被刷屏，一则是EV100（电动车百人会）大会，另外一则是Nvidia的GTC大会上，多家车企宣布使用NVIDIA最新的DRIVE Thor AI芯片。
在EV100现场，多家企业负责人都对中国汽车智能化下半场进行了畅享和讨论，正如王传福所说，智能化的下半场正在换挡提速。
智能化的趋势下，很明显对于数据和网络的需求正在发生改变。随着汽车智能化程度的提升，尤其是自动驾驶技术的应用，汽车需要处理的数据量呈现爆炸性增长。这些数据包括传感器数据、车辆状态数据、用户行为数据等。为了满足这种数据需求，汽车需要具备更强大的数据处理和存储能力。
另外，这些物理世界和数字世界的数据需要搬运至合适的地方，因此网络连接同样是智能化中不可或缺的部分。
第三，则是数据的安全性要得到重视，需要稳健可靠的网络及有效的加密和安全措施来保护用户数据和车辆数据。
因此，今天就来聊聊车内以太网，尤其是以10Base-T1S为代表的节点网络。
为什么需要新的网络？
想必所有人都已经达成了共识，即汽车正在从单纯的交通工具逐渐转变为一个高度复杂、互联互通的计算平台。现代车辆的网络架构已经初步具备了强大的计算能力和数据吞吐量，能够处理和传输来自各种复杂传感器的数据。域控制器是如今车辆网络架构的基础，通过ECU集中式处理解决了传统复杂的分立网络。然而，随着汽车在电动化、智能化等技术上的进一步发展，在软件定义汽车的大趋势下，汽车电子/电气(E/E)架构需要更灵活，更个性化且可扩展的网络架构，区域控制（Zonal）正在变得越来越流行。
与传统依据功能进行划分的独立域架构不同，区域控制器更多的是依靠物理位置来划分，这可以进一步减少汽车中的ECU，并且简化了线缆布局，最多可减少1kM的线缆长度。
从域控到区域控制，很明显布局更加简洁，线束更少
另外重要的是，区域架构还促进了硬件和软件的解耦，为以服务为导向的架构（SOA）提供了基础。SOA的引入使得OEM能够更灵活地提供端到端解决方案，简化平台集成，并提供更多跨职能的功能。这种可扩展的软件平台方法不仅可以减少设计变更和研发投资，还可以缩短开发周期并支持多个车型系列。
如今，汽车的骨干网已经广泛采用了以太网技术，企业已经认可了以太网在扩展能力、多种速率等级支持以及成熟可靠的传输媒介方面的优势。然而，在边缘端，以太网并没有成为主流。
什么是10Base-T1S
10Base-T1S是IEEE 802.3cg-2019标准的一部分，该标准于2020年发布。从名字来看，10代表10Mbps的传输速率，T1代表使用单对以太网线缆进行传输，而S则代表short，即短距离。
10Base-T1S弥补了以太网车载网络中缺失的环节，在汽车以太网已经广泛应用的当下，缺乏一种速率适中的网络传输协议。尤其是当传统的包括CAN（FD）、Flexray等总线速率无法满足现代汽车架构时，所提出的新的网络协议，它将和CAN XL一起，搭建新的汽车网络架构。实际上，根据统计，90%以上的网络端点的传输速率低于10Mbps，因此10Base-T1S足以应对绝大部分边缘场景。
CANXL和10Base-T1S弥补了CAN FD到百兆以太网中的空缺
10Base-T1S诸多优势
10Base-T1S的推出，正是为了迎合边缘端对于网络增长的带宽需求，相比于CAN，10Base-T1S更快，相比于百兆千兆的骨干网，10Base-T1S路由更简单，也更加便宜，并且适合区域架构。具体而言，有如下优势：
节省电缆和连接器：10Base-T1S采用单对双绞线，因此相比于传统4对8线的以太网更加轻便，对电动汽车更为友好。另外，由于10Base-T1S是基于交流耦合系统的，因此它支持网络供电，可以进一步节省电缆和减小连接器的大小，降低了布线复杂性和成本。如今使用的电缆线束是汽车中最重的三个子系统之一（重达60千克），因此线束节约是汽车设计的一大重要考量。
灵活的拓扑结构：10Base-T1S支持多点拓扑结构。这种总线配置提供一个优化的BOM，只需在每个节点上部署一个以太网PHY，无需采用与其他以太网技术关联的切换或星型拓扑。该标准规定必须支持至少8个节点（可以支持更多节点），总线长度必须达到25米。
物理层冲突规避(PLCA)：顾名思义，就是避免共享网络上发生冲突。这种配置确保确定性最大延时主要由网络的节点数量和要传输的数据数量决定。每个节点都会获得传输机会。如果彼时一个节点没有数据要传输，它会将传输机会移交给下一个节点，以充分利用可用的10 Mbps带宽。本质上，PLCA 建立一个传输周期，用于编排总线上的传输机会 (TO)。就像一群人参加团队建设活动一样，如果所有节点同时混乱地表达自己的想法，那么就无法正确听到任何内容，也无法在分配的时间内完成任何任务。PLCA 传输周期建立了发言的机会以及节点可以听到的顺序，同时留下足够的灵活性，这样就不会浪费时间等待那些无话可说的人。
良好的电磁兼容性：10Base-T1S采用差分曼彻斯特编码(DME)，相比之下，以太网采用的是脉冲幅度修正（PAM）编码，DME在 0 和 1 电平之间的转换频率远高于 PAM，有助于更快地恢复时钟，从而降低产品成本，同时由于其每个数据位都会发生信号变化，因此即便发生了偏移或噪声等问题,接收方仍然能够正确解码。这使其具有良好的电磁兼容性，能够在汽车等嘈杂和高电磁环境中保持稳定的数据传输。
PAM与DME的区别
无缝集成以太网：由于基于以太网和互联网协议 (IP)的普遍性和标准化，10Base-T1S汽车以太网技术能够与其他网络设备和系统进行无缝集成，可以充分利用以太网的安全性、TSN等扩展性和灵活性较高。
10Base-T1S用在哪里
10Base-T1S 旨在取代 CAN、CAN FD、LIN 和 RS-485 等容易形成“通信孤岛”的现有总线。
因此其应用也主要是这些边缘总线所应用的场景，可用于各类传感器（超声波、雷达、麦克风、动力总成）和执行器（音响、电机、照明），涵盖场景包括车身领域、舒适性、信息娱乐以及ADAS系统等等。
10Base-T1S的普及
10Base-T1S的潜在竞争者是CAN XL，不过与CAN不同，10Base-T1S是由OPEN 联盟（单对以太网）特别兴趣小组（SIG）的组织下进行，因此这种形式无需授权费用，而且有着更多的厂商支持和选择。
OPENSIG成员名单中发起者包括了BMW、博通、大陆、通用、现代、Marvell、NXP、瑞昱、雷诺、瑞萨、博世、丰田、沃尔沃和大众，可以说涵盖了主要的OEM、Tier1以及芯片公司，这也让包括10BASE-T1S在内的所有车载以太网技术可以。另外会员单位也包括了众多芯片供应商，包括ADI、Elmos、Diodes、Microchip、安世、安森美、意法半导体、英飞凌、TDK、TI等等，围绕包括MAC、PHY等一系列产品构建了完整的生态。
比如最近，ADI就和宝马联合公布了宝马采用ADI的10BASE-T1S E²B（以太网-边缘总线）技术，应用在智能座舱氛围照明系统中，ADI的产品集成了包括PHY、MAC以及软件协议、接口等全部组件。
另外，Microchip在2023年7月发布了首批车规级10Base-T1S以太网PHY，型号包括了LAN8670、LAN8671和LAN8672。
安森美则表示，随着 10BASE-T1S 以太网对汽车行业的重要性不断增加，会将大部分开发资源集中于此。公司目前已经推出了基于工业的10Base-T1S PHY+MAC产品，未来将开发高性能的车规级产品。
恩智浦则预发布了TJA1410，是 NXP 的 10BASE-T1S OA TC14 规范兼容 PMD 收发器。它通过 OA 3 引脚接口与主机 MCU 或交换机进行通信，主机 MCU 或交换机必须包含 10BASE-T1S 数字 PHY。
另外，包括TI、Marvell、瑞昱、博通等PHY大厂目前主要产品可能都集中在百兆千兆上，对于10BASE-T1S的公开信息较少。
如图所示，不同的10BASE-T1S解决方案
总 结
随着汽车智能化浪潮的不断推进，10Base-T1S作为车内以太网技术的重要一环，正逐渐展现出其巨大的潜力和价值。它不仅解决了传统汽车网络架构中的瓶颈问题，还为未来汽车的发展奠定了坚实的基础。另外，如同CAN可以在工业应用中一样，10Base-T1S以及10Base-T1L等技术，同样还可以应用在广泛的工业环境中。
