以太網(wǎng)休眠喚醒利器—OPEN Alliance TC10

概述

        TC10 為OPEN Alliance 中的一個(gè)技術(shù)委員會(huì )小組，專(zhuān)注于研究基于車(chē)載以太網(wǎng)的休眠喚醒機制，旨在為汽車(chē)應用場(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范（《TC10 Sleep/Wake-up Specification》，以下簡(jiǎn)稱(chēng)TC10規范）作為對IEEE 802.3系列規范的補充，詳細定義了以太網(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、指令描述等內容。目前，TC10已經(jīng)發(fā)布了適配10Base-T1S、100Base-T1、1000Base-T1和MultiGBase-T1等類(lèi)型的以太網(wǎng)休眠喚醒規范，本文將以1000Base-T1為示例，詳細介紹TC10規范。

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)現上層對PHY的行為控制和狀態(tài)監控，TC10規范在IEEE 802.3bq規范的基礎上，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：睡眠請求，控制PHY的開(kāi)始睡眠行為，PHY收到該請求后，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)拘颜埱?，控制PHY開(kāi)始喚醒行為，PHY接收到該請求后，會(huì )生成喚醒指令。

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

        · WakeupForward.request(可選)：?jiǎn)拘艳D發(fā)請求，表示當前端口的喚醒事件是從其他端口轉發(fā)過(guò)來(lái)的，通常由Switch節點(diǎn)實(shí)現。

        · WakeupForward.indicaion(可選)：?jiǎn)拘艳D發(fā)指示，表示IO接口或MDI接口接收到喚醒轉發(fā)請求，需要將某個(gè)端口接收到的喚醒事件轉發(fā)至其他端口，通常由Switch節點(diǎn)實(shí)現。

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)送節點(diǎn)的休眠意愿，當ECU滿(mǎn)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均表示喚醒請求，當控制器需要喚醒其他節點(diǎn)時(shí)，需要向鏈路伙伴發(fā)送喚醒請求。二者的區別在于：當檢測到與鏈路伙伴間的以太網(wǎng)Link狀態(tài)為L(cháng)ink Up時(shí)，發(fā)送WUR；當檢測到與鏈路伙伴間的以太網(wǎng)Link狀態(tài)為L(cháng)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到PHY 的Link Down錯誤， 以太網(wǎng)鏈路兩端的節點(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ECU1首先滿(mǎn)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 )根據自身需求判斷是否滿(mǎn)足休眠條件，若滿(mǎn)足，則ECU2也會(huì )向ECU1發(fā)送LPS指令；

       3）ECU1和ECU2后續會(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）；

       4）當ECU監聽(tīng)到對端節點(diǎn)的Send_Z信號后，滿(mǎn)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ECU1有喚醒遠程節點(diǎn)的需求，ECU的P1端口根據本地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(lái)自的P1的喚醒請求后，和P1端口間Link Up；

       3）ECU2作為Switch節點(diǎn)，還需要根據自身配置，判斷是否需要對來(lái)自P2端口的喚醒指令進(jìn)行轉發(fā)，如果需要，則ECU2的P3端口也會(huì )向下游節點(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)現部分網(wǎng)絡(luò )喚醒

        隨著(zhù)汽車(chē)智能化的不斷發(fā)展，整車(chē)控制器的數量逐漸增多，PN（Partial Network）的實(shí)現為整車(chē)節能策略的設計提供了更多靈活性。在某些功能場(chǎng)景下，同一個(gè)網(wǎng)段內只需要喚醒車(chē)輛系統的部分控制器工作，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)現與基于CAN網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的PN實(shí)現類(lèi)似，在網(wǎng)絡(luò )系統中，可以根據不同功能需求，將控制器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )功能域（Domain）劃分，如圖 4所示。

圖 4 系統內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ECU1本地喚醒后，向Switch節點(diǎn)的P1端口發(fā)送喚醒請求。同時(shí)，Switch可根據P1的配置，將喚醒指令轉發(fā)至同一個(gè)Domain的其他端口，即P2和P3端口，而不會(huì )轉發(fā)至P4和P5端口。隨后，P2和P3端口分別與ECU2和ECU3開(kāi)始喚醒流程，最終Domain1內的所有節點(diǎn)均處于喚醒狀態(tài)，如圖 5所示。

圖 5系統PN喚醒示意圖

總結

        TC10為車(chē)載以太網(wǎng)的休眠喚醒機制提供了統一的技術(shù)規范，特別是在汽車(chē)ECU數量不斷增加、網(wǎng)絡(luò )復雜度日益提升的背景下，TC10規范通過(guò)定義PHY的新增服務(wù)原語(yǔ)和接口、時(shí)間參數、指令描述和休眠喚醒過(guò)程時(shí)序等內容，為車(chē)載網(wǎng)絡(luò )的節能設計和功能實(shí)現提供了重要支持。通過(guò)引入LPS、WUR和WUP等指令，TC10規范確保了以太網(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)現進(jìn)一步提升了整車(chē)節能策略的靈活性，使得在特定功能場(chǎng)景下，能夠僅喚醒部分網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，從而降低整車(chē)功耗。

        總的來(lái)說(shuō)，隨著(zhù)汽車(chē)電子架構的不斷演進(jìn)，TC10規范將在車(chē)載網(wǎng)絡(luò )的節能優(yōu)化和功能實(shí)現中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。那么圍繞TC10的實(shí)現，我們應開(kāi)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(huì )員和AUTOSAR聯(lián)盟的高級合作伙伴，長(cháng)期為國內外各大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(xún)服務(wù)，積極研發(fā)和探索車(chē)載網(wǎng)絡(luò )前沿技術(shù)的工程應用。通過(guò)多個(gè)項目的實(shí)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(chē)網(wǎng)絡(luò )架構提供可靠支持。

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