本次，我們為大家帶來《汽車區域架構中的 TSN：啟用以太網環形架構和 AVB 分布式音頻》的白皮書相關內容。

簡介

汽車制造商正積極推動車載高速以太網主干的發展，采用新興技術趨勢，例如以太網環形架構以實現冗余，以及時間敏感網絡 (TSN) 和音頻視頻橋接 (AVB)，進而可靠地傳輸時間敏感型數據。

該行業正面臨對更高帶寬與更快速通信網絡的迫切需求，以便在整車范圍內傳輸安全關鍵型和時間敏感型數據。在下一代區域架構中，他們正研究以太網環形架構，以實現冗余設計。同時，他們也在嘗試將更多類型的數據（包括音頻）整合至以太網主干中，以減少線束。

區域架構通過區域控制模塊 (ZCM)，將來自各類傳感器與電子控制單元 (ECU) 的數據，傳輸至邊緣節點通信網絡。隨后，如圖 1 所示，這些 ZCM 會通過主干通信，將匯總后的傳感器數據發送至中央計算單元 (CCU)。

圖 1 適用于區域架構的車載網絡

以太網環形架構是在現有的高帶寬以太網主干基礎上構建的，通過讓每個節點同時與兩個相鄰節點相連，實現了網絡冗余。由于數據可以在順時針與逆時針兩個方向同時傳輸，即使某一條以太網鏈路發生中斷，CCU 仍能與 ZCM 保持通信。

隨著車載網絡帶寬的提升，主干以太網可傳輸更多類型的數據，例如音頻、雷達和攝像頭數據。在汽車制造商逐步過渡到區域架構的早期階段，他們主要將車身功能整合進各個區域模塊中。但理想的區域架構應當能夠支持跨域應用。音頻是主要目標，這是因為 AVB 標準能夠為音頻數據提供確定性的延遲。將音頻播放功能移入 ZCM 后，由于音頻數據可以通過以太網傳輸，因此可以無需單獨的通信總線。

內容概覽

一、啟用實時控制和時間敏感型數據

TSN 通過精密時序同步保障車載音頻等實時數據的可靠傳輸，其與以太網環形架構的結合能進一步提升 AVB 等應用的網絡可靠性。

二、以太網拓撲：環形與星形

環形拓撲為 TSN 網絡提供了寶貴的冗余可靠性，但節點增加會累積延時，因此在設計需低延時數據同步與實時控制的車載網絡時，必須在可靠性與實時性之間做出權衡。

三、以太網環形架構實施

實施以太網環形架構需在每個節點集成MCU、交換機和雙 PHY。采用集成硬件加速的 MCU 是優化成本與性能的關鍵，可顯著降低處理延時。

四、使用 AVB 將音頻播放添加到以太網主干中

作為 TSN 的音頻子集，AVB 利用以太網環形架構的冗余特性，為車內多區域音頻同步播放提供了更可靠的傳輸保障。

五、區域架構中的音頻

AVB 作為 TSN 的音頻子集，通過以太網實現音頻同步播放并簡化布線，而環形拓撲的冗余則進一步保障了其傳輸可靠性。

六、在 ZCM 中實施 AVB

在 ZCM 中實施 AVB 需 MCU、交換機與 PHY 協同，通過時鐘同步與媒體時鐘恢復技術，最終由PHY生成精確時鐘以驅動放大器，實現多區域音頻同步。

結語

隨著汽車制造商向集中式架構遷移，可靠、高效且可擴展的網絡架構變得愈發重要。通過實施以太網環形架構，可在 ZCM 與 CCU 之間提供冗余數據流，從而提升車載網絡的可靠性。此外，TSN 支持將各種數據流（包括通過 AVB 傳輸的音頻）集成到以太網主干上，從而優化網絡布線成本。

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