軟件如何推動(dòng)對動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò )管理的需求

想象一下，在不遠的將來(lái)，您駕駛著(zhù)新車(chē)。新車(chē)是電動(dòng)汽車(chē)，具有更高級的駕駛員輔助系統（ADAS）功能，可以聯(lián)網(wǎng)，帶有各種軟件。

聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)允許人們根據需要下載各種應用和服務(wù)。想象一下把車(chē)借給孩子們時(shí)。您可能想要安裝一個(gè)汽車(chē)跟蹤應用，遠程設置速度限制，甚至是距離限制。想要開(kāi)車(chē)上山滑一周雪？可以為ADAS系統安裝安全軟件包，可更好地應對冰雪天氣，或許還可以對輪胎進(jìn)行遠程診斷，檢查一切是否正常?；蛘甙惭b多區域音頻應用，驅車(chē)行駛在陡峭的山路上，收聽(tīng)最喜歡的播客，同時(shí)孩子們可以看動(dòng)畫(huà)片？

可重新配置的以太網(wǎng)骨干網(wǎng)

當然，這些都是舉例說(shuō)明，但其中一些情景很快就會(huì )成為現實(shí)。所有這些情景都依賴(lài)于這款未來(lái)汽車(chē)需要支持的具體功能：

?   未來(lái)汽車(chē)需要連接到云端

?   硬件組件支持所有新功能，能夠升級到車(chē)輛設計時(shí)甚至都沒(méi)有構想到的功能

?   車(chē)載網(wǎng)絡(luò )連接汽車(chē)上所有的計算機、傳感器和執行器，能夠支持新應用生成的數據流量和通信模式

這些新要求以基于以太網(wǎng)的車(chē)載網(wǎng)絡(luò )主干網(wǎng)為重點(diǎn)，與當前的工作方式?jīng)_突，即所有數據流量在設計時(shí)靜態(tài)決定，系統針對特定假設進(jìn)行優(yōu)化，而不了解未來(lái)的應用需求。

特別是，以太網(wǎng)交換機使用IEEE音視頻橋接（AVB）和時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò )（TSN）標準，根據流量的重要程度對流量進(jìn)行分類(lèi)和優(yōu)先排序。以太網(wǎng)交換機和網(wǎng)絡(luò )處理器使用廣義精確時(shí)間協(xié)議（gPTP）建立同步時(shí)鐘，可同步車(chē)輛中音視頻流的播放，或由ADAS ECU將不同傳感器（如攝像頭、雷達和激光雷達）觀(guān)察到的對象組合起來(lái)。

想了解有關(guān)汽車(chē)架構的更多知識嗎？歡迎訪(fǎng)問(wèn)恩智浦汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )頁(yè)面。

更改網(wǎng)絡(luò )或TSN配置中的某些內容不再是單個(gè)實(shí)體的任務(wù)。相反，它需要更改與車(chē)輛網(wǎng)絡(luò )相關(guān)的幾個(gè)網(wǎng)絡(luò )控制器、處理器和以太網(wǎng)交換機的配置。

1.       定義每個(gè)聯(lián)網(wǎng)組件上需要更改的內容

2.       定義如何將此新配置部署到通常來(lái)自不同供應商的網(wǎng)絡(luò )設備

解決這個(gè)問(wèn)題需要一個(gè)抽象模型，能夠以統一的方式總結每個(gè)設備的功能，以及如何配置和更新它們。

例如，經(jīng)典平臺上的AUTOSAR?軟件提供了所有聯(lián)網(wǎng)設備的通用配置視圖，但它僅支持一組有限的網(wǎng)絡(luò )功能，它是靜態(tài)的，并且在部署到車(chē)輛后不支持動(dòng)態(tài)配置更新。

而IEEE定義了幾個(gè)標準來(lái)建模和配置網(wǎng)絡(luò )。尤其是IEEE 802.1Qcc（參見(jiàn)圖1）提供了一個(gè)抽象模型，其中包括：

?   集中式用戶(hù)配置（CUC）模塊

-        捕獲所有應用要求

-        集中式網(wǎng)絡(luò )配置（CNC）

?   集中式網(wǎng)絡(luò )配置（CNC）模塊

-        了解網(wǎng)絡(luò )實(shí)際硬件的所有具體功能

-        能夠為網(wǎng)橋、監聽(tīng)器、通話(huà)器等每個(gè)網(wǎng)絡(luò )設備計算新的網(wǎng)絡(luò )配置

?   一種名為YANG的通用抽象數據建模語(yǔ)言（圖2）

-        能夠捕獲和建模網(wǎng)絡(luò )命令，然后每個(gè)目標設備都可以解析這些命令

這種軟件定義網(wǎng)絡(luò )（SDN）模式可利用軟件來(lái)引導網(wǎng)絡(luò )上的流量，以解決以前網(wǎng)絡(luò )架構的局限性。SDN基于軟件，而非基于硬件的傳統網(wǎng)絡(luò )。它可以更加靈活地控制網(wǎng)絡(luò )、更改配置、調配資源和提升網(wǎng)絡(luò )容量。

圖1：符合IEEE 802.1Qcc的SDN架構

圖2：描述網(wǎng)絡(luò )配置的YANG模型示例

下載YANG模型

當然，IEEE標準就是這樣。它們具體說(shuō)明了需要發(fā)生什么，但沒(méi)有說(shuō)明如何發(fā)生。有幾種工具可以實(shí)現IEEE標準。圖3顯示了可將YANG模型部署到實(shí)際網(wǎng)絡(luò )的一些工具。

這些工具支持：

?   聯(lián)網(wǎng)設備查詢(xún)網(wǎng)絡(luò )的功能和狀態(tài)，并生成新服務(wù)請求或更新現有服務(wù)

?   CNC模塊查詢(xún)任何聯(lián)網(wǎng)設備的狀態(tài)，并生成配置消息并將其傳輸到任何聯(lián)網(wǎng)設備

每個(gè)工具在以太網(wǎng)幀中的編碼YANG數據方式（例如二進(jìn)制或明文）、數據傳輸方式（TCP或UDP、安全或非安全等）以及網(wǎng)絡(luò )主機所需的資源類(lèi)型（例如POSIX、AUTOSAR或RTOS）等方面各不相同。

圖3：能夠實(shí)現SDN流程的工具示例

恩智浦的作用

最后一步是將基于抽象模型的這類(lèi)配置消息轉換為與實(shí)現聯(lián)網(wǎng)設備的特定硬件匹配的具體配置定義。

這需要與芯片緊密耦合的軟件包，這些軟件包能夠將YANG模型中所述的抽象配置編譯成具體設備的寄存器設置。

恩智浦正為產(chǎn)品組合中的幾個(gè)器件開(kāi)發(fā)此類(lèi)驅動(dòng)程序，這些器件包括SJA1110 10 10 10端口TSN以太網(wǎng)交換機和S32G車(chē)聯(lián)網(wǎng)處理器。

采用哪種序列化方法和協(xié)議取決于將在其上運行的目標設備的功能。在CPU子系統較?。ㄈ?/span>SJA1110）的資源受限設備上，首選內存占用小、計算能力需求低的工具。通過(guò)從圖3中選擇合適的工具，我們的第一個(gè)實(shí)現證明了這是可行的。

恩智浦堅信，軟件定義網(wǎng)絡(luò )將成為汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )的現實(shí)，相應的解決方案需要基于標準。

結語(yǔ)

軟件在未來(lái)汽車(chē)中的爆炸式增長(cháng)和重要性將需要新的硬件，這些硬件可以動(dòng)態(tài)地重新配置，適應未來(lái)的汽車(chē)功能。這將影響汽車(chē)中安裝的數個(gè)電子控制單元（ECU）的計算單元以及車(chē)載網(wǎng)絡(luò )。

更新由不同廠(chǎng)商制造的ECU和芯片組成的分布式系統時(shí)，需要標準化的抽象和一套能夠滿(mǎn)足這一需求的工具。

恩智浦致力于支持標準化解決方案，目前正在開(kāi)發(fā)必要的軟件，為關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)品（如S32G處理器和SJA1110以太網(wǎng)交換機）實(shí)施所需的SDN步驟。

如需了解更多信息，請訪(fǎng)問(wèn)nxp.com/SJA1110和nxp.com/vehiclenetworking。

作者：

Nicola Concer

恩智浦半導體汽車(chē)RT控制器產(chǎn)品經(jīng)理

Nicola Concer是恩智浦汽車(chē)RT控制器產(chǎn)品經(jīng)理，專(zhuān)注于電氣化和區域EE架構市場(chǎng)。在此之前，他擔任了七年的恩智浦以太網(wǎng)交換機產(chǎn)品經(jīng)理。Nicola擁有博洛尼亞大學(xué)的計算機科學(xué)博士學(xué)位，博洛尼亞大學(xué)與意法半導體和紐約哥倫比亞大學(xué)合作。