概述

TC10 為OPEN Alliance中的一個(gè)技術(shù)委員會(huì)小組，專注于研究基于車載以太網(wǎng)的休眠喚醒機(jī)制，旨在為汽車應(yīng)用場(chǎng)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(jiǎn)稱TC10規(guī)范）作為對(duì)IEEE 802.3系列規(guī)范的補(bǔ)充，詳細(xì)定義了以太網(wǎng)PHY的休眠喚醒過(guò)程、新增服務(wù)原語(yǔ)和接口、時(shí)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(xì)介紹TC10規(guī)范。

服務(wù)原語(yǔ)

圖 1 TC10 1000Base-T1 PHY服務(wù)原語(yǔ)示意圖

服務(wù)原語(yǔ)是PHY提供的與上層模塊間交互的指令，用于實(shí)現(xiàn)上層對(duì)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(wù)原語(yǔ)接口供上層調(diào)用，如圖 1所示。以下是幾個(gè)主要服務(wù)接口的介紹。

• Sleep.request：睡眠請(qǐng)求，控制PHY的開始睡眠行為，PHY收到該請(qǐng)求后，會(huì)向鏈路伙伴（Link Partner）發(fā)起睡眠協(xié)商過(guò)程。

• Sleep.indication：睡眠指示，表示PHY接收到了來(lái)自鏈路伙伴的睡眠指令。

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

• Wakeup.request：?jiǎn)拘颜?qǐng)求，控制PHY開始喚醒行為，PHY接收到該請(qǐng)求后，會(huì)生成喚醒指令。

• Wakeup.indication：?jiǎn)拘阎甘?，表示PHY檢測(cè)到喚醒事件，該喚醒事件可能來(lái)自ECU的本地喚醒，也可能來(lái)自鏈路伙伴的遠(yuǎn)程喚醒請(qǐng)求。

• WakeupForward.request(可選)：?jiǎn)拘艳D(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求，表示當(dāng)前端口的喚醒事件是從其他端口轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)來(lái)的，通常由Switch節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。

• WakeupForward.indicaion(可選)：?jiǎn)拘艳D(zhuǎn)發(fā)指示，表示IO接口或MDI接口接收到喚醒轉(zhuǎn)發(fā)請(qǐng)求，需要將某個(gè)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(diǎn)實(shí)現(xiàn)。

指令

TC10定義了三個(gè)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(diǎn)的休眠意愿，當(dāng)ECU滿足休眠條件后，會(huì)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(qǐng)求，當(dāng)控制器需要喚醒其他節(jié)點(diǎn)時(shí)，需要向鏈路伙伴發(fā)送喚醒請(qǐng)求。二者的區(qū)別在于：當(dāng)檢測(cè)到與鏈路伙伴間的以太網(wǎng)Link狀態(tài)為L(zhǎng)ink Up時(shí)，發(fā)送WUR；當(dāng)檢測(cè)到與鏈路伙伴間的以太網(wǎng)Link狀態(tài)為L(zhǎng)ink Down時(shí)，發(fā)送WUP。

休眠

與CAN超時(shí)休眠的過(guò)程不一樣，為避免以太網(wǎng)休眠后其鏈路伙伴檢測(cè)到PHY 的Link Down錯(cuò)誤， 以太網(wǎng)鏈路兩端的節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行休眠時(shí)需要進(jìn)行“協(xié)商過(guò)程”，具體流程如圖 2所示。

1. 假設(shè)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(huì)根據(jù)自身需求判斷是否滿足休眠條件，若滿足，則ECU2也會(huì)向ECU1發(fā)送LPS指令；

3. ECU1和ECU2后續(xù)會(huì)進(jìn)入到Silent模式。在Silent模式下，PHY的PMA TxMode會(huì)處于Send_Z 模式（即發(fā)送全0信號(hào)）；

4. 當(dāng)ECU監(jiān)聽(tīng)到對(duì)端節(jié)點(diǎn)的Send_Z信號(hào)后，滿足休眠條件并進(jìn)入Sleep狀態(tài)。

圖 2 TC10 1000Base-T1 PHY 休眠時(shí)序示意圖

喚醒

• 喚醒時(shí)序

PHY的喚醒流程如圖 3所示。

1. 假設(shè)ECU1有喚醒遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)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(qǐng)求；

2. ECU2的P2端口收到來(lái)自的P1的喚醒請(qǐng)求后，和P1端口間Link Up；

3. ECU2作為Switch節(jié)點(diǎn)，還需要根據(jù)自身配置，判斷是否需要對(duì)來(lái)自P2端口的喚醒指令進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，如果需要，則ECU2的P3端口也會(huì)向下游節(jié)點(diǎn)發(fā)送喚醒指令。

圖 3 TC10 1000Base-T1 PHY喚醒時(shí)序示意圖

• PN 實(shí)現(xiàn)部分網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)為整車節(jié)能策略的設(shè)計(jì)提供了更多靈活性。在某些功能場(chǎng)景下，同一個(gè)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(shí)現(xiàn)與基于CAN網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的PN實(shí)現(xiàn)類似，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，可以根據(jù)不同功能需求，將控制器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)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(gè)控制器可以位于不同的Domain中，但當(dāng)該控制器處于多個(gè)Domain中，該控制器則不適合作為該域的喚醒源。假設(shè)ECU1本地喚醒后，向Switch節(jié)點(diǎn)的P1端口發(fā)送喚醒請(qǐng)求。同時(shí)，Switch可根據(jù)P1的配置，將喚醒指令轉(zhuǎn)發(fā)至同一個(gè)Domain的其他端口，即P2和P3端口，而不會(huì)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(diǎn)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(jī)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(luò)復(fù)雜度日益提升的背景下，TC10規(guī)范通過(guò)定義PHY的新增服務(wù)原語(yǔ)和接口、時(shí)間參數(shù)、指令描述和休眠喚醒過(guò)程時(shí)序等內(nèi)容，為車載網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能設(shè)計(jì)和功能實(shí)現(xiàn)提供了重要支持。通過(guò)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(guò)程能夠高效、可靠地進(jìn)行。此外，PN的實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步提升了整車節(jié)能策略的靈活性，使得在特定功能場(chǎng)景下，能夠僅喚醒部分網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，從而降低整車功耗。

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

經(jīng)緯恒潤(rùn)作為OPEN聯(lián)盟會(huì)員和AUTOSAR聯(lián)盟的高級(jí)合作伙伴，長(zhǎng)期為國(guó)內(nèi)外各大OEM和供應(yīng)商提供涵蓋TCP/IP、SOME/IP、DoIP、AVB、TSN、DDS等技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)計(jì)和測(cè)試咨詢服務(wù)，積極研發(fā)和探索車載網(wǎng)絡(luò)前沿技術(shù)的工程應(yīng)用。通過(guò)多個(gè)項(xiàng)目的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，已建立了高質(zhì)量、本土化的設(shè)計(jì)與測(cè)試一體化解決方案，為整車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提供可靠支持。