2020年2月IEEE-802.3cg標準正式公布，這就是10BASE-T1S，其目標就是針對10Mbps以下的車內網絡，挑戰CAN FD和CAN XL的地位，甚至是傳統CAN的地位。

10BASE-T1S簡介

圖片來源：ADI

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10BASE-T1S主要針對傳感器和致動器Actuator，傳感器領域主要是超聲波傳感器、毫米波雷達，還有MEMS麥克風，包括免提、E-CALL和前后排語音識別輸入。動力傳遞領域包括位置、速度、壓力、溫度、加速度、霍爾傳感器。Actuator部分包括燈光照明，前大燈、后尾燈、剎車燈、轉向燈、車內照明、后視鏡LED顯示。還有各種揚聲器包括門內揚聲器、超重低音、電動車低速提示音。還有各種電機，包括車窗、后視鏡、雨刷、水泵。

大大簡化區域架構，如門區架構，座椅區，車頂篷區，電池區，多種應用都通過一對線纜部署。

目前先進車輛架構都是基于域控制器的，80%的網絡節點都是10Mbit/s以下速率，而傳統車載以太網是100Mbit/s以上的。超過100Mbit/s的車載以太網需要使用點對點交換連接，無法滿足支持終端連接應用向以太網過渡的系統成本要求。10BASE-T1S就是彌補這個缺點，支持以太網進入邊緣節點。

Zonal時代，可以全部統一在車載以太網格式下，能夠減少網關使用，減少通訊協議之間的轉換，軟件簡化，線束簡化，成本降低，且容易升級。

典型10BASE-T1S網絡架構

圖片來源：ADI

三種典型的10BASE-T1S 物理層配置

圖片來源：ADI

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車載以太網益處包括單對雙絞線，可以降低線束成本與重量，降低連接器成本與重量，可以通過以太網線纜供電，無需如CAN網絡那樣另外單獨供電，可以整車時鐘一致，保證高可靠性和安全性，無需外接ESD保護。如今使用的電纜線束是汽車中最重的三個子系統之一（重達60千克）。傳統的以太網電纜使用四個差分對進行數據傳輸，這會增大汽車的重量和布線復雜性，對汽車應用而言并非最佳選擇。

Zonal架構下的10BASE-T1S，有眾多優點，包括全硬件邊緣節點，無需軟件介入，某些情況下可以不用MCU，可以使用車載以太網的TSN協議，具備可確定性、低延遲和高可靠性，基于時間戳的應用特別合適。

ADI的10BASE-T1S收發器

圖片來源：ADI

10BASE-T1S 使用差分曼徹斯特編碼 (DME)。DME 對數據進行編碼，利用一個時鐘周期內是否有轉換來表示信號的邏輯狀態。如果在一個時鐘周期內沒有轉換，數據狀態就是邏輯 0。如果在時鐘周期的中間有一個轉換（無論是正還是負），那么數據狀態就是邏輯 1。邏輯 1 數據僅在時鐘間隔期間可能變成高電平或低電平；相對于之前的狀態，所以不需要復位轉換。每個時鐘間隔均會出現一個數據位，這樣在嘈雜的汽車環境中就更容易進行時鐘恢復。

10BASE-T1S與其他汽車以太網技術不同，因為它支持多點拓撲，其中所有節點都使用相同的非屏蔽雙絞線電纜連接。這種總線配置提供一個優化的BOM，只需在每個節點上部署一個以太網PHY，無需采用與其他以太網技術關聯的切換或星型拓撲。該標準規定必須支持至少8個節點（可以支持更多節點），總線長度必須達到25米。

10BASE-T1S的新功能是PLCA（物理層防沖突），可防止共享網絡介質上的沖突。該功能可確保確定性的延遲，這具體取決于網絡節點的數量和傳輸的數據量。每個節點都可以進行數據發送。如果沒有要發送的數據，它會將傳送機會傳遞給下一個節點，從而更有效地利用可用帶寬。這種配置確保確定性最大延時主要由網絡的節點數量和要傳輸的數據數量決定。每個節點都會獲得傳輸機會。如果彼時一個節點沒有數據要傳輸，它會將傳輸機會移交給下一個節點，以充分利用可用的10 Mbps帶寬。

PLCA機制

圖片來源：Microchip

在多播環境中，有多個設備連接到總線上。10BASE-T1S 使用物理層 (PHY) 沖突避免 (PLCA) 機制減少空載時間，并在多個設備試圖同時通話時避免數據沖突。PLCA 建立了一個傳輸周期，用于協調總線上的傳輸機會。通過 PCLA，每個節點的 PHY 被分配一個唯一的 PHY ID。只有持有該傳輸機會的 PHY 才被允許進行傳輸。

傳輸機會以循環算法分配，從分配給主節點的 PHY ID=0 開始。當主節點發送一個稱為 BEACON 的同步模式以指示 PLCA 周期開始時，一個新的周期就開始了。節點只有在傳輸機會與自己的節點 ID 相匹配時才能開始傳輸。

圖以信標同步模式 (B) 開始的 PLCA 周期示例。最左邊的周期是最小的總線周期時間。下一個周期有一些可允許的傳輸變型。（圖片來源：Art Pini）

任何節點都可以通過留下未使用的時隙來跳過一個傳輸機會，如圖中 "N" 所示。在分配的時隙中，節點可以傳輸其數據。節點可以擴大其時隙，如圖中時隙 2（藍色）所示。發送節點可以在其時隙中插入一個“提交”，以延長時隙，補償媒體訪問控制 (MAC) 延遲，如圖中時隙 3（黃色）所示。節點可以用高優先級給某個消息賦予“猝發模式”，如圖中 0 PHY ID（綠色）所示。

PLCA 的結構很好，可以防止數據包沖突，最大限度提高數據速率。

10BASE-T1S網絡是交流耦合的，這意味著其也支持供電。這樣就可以進一步簡化布線并減小連接器尺寸，提高整體網絡可靠性。PoDL（數據線供電）功能已經可用于點對點應用，IEEE目前正努力將此功能擴展至多點拓撲并實現標準化。

微芯科技（Microchip）已經提供了三款 10BASE-T1S 收發器：LAN8670B1-E/LMX、LAB8671B1-U38以及 LAN8672B1-E/LNX。這些收發器包括了所有的 10BASE-T1S 功能，只在物理封裝和電子控制單元 (ECU) 接口方面有所不同。LAN8670 采用 32-VQFN 封裝，支持獨立媒體接口 (MII) 和縮小的獨立媒體接口 (RMII) ECU 接口；LAN8671 采用 24VQFN 封裝，支持 RMII 接口；LAN8672 則采用 36VQFN 封裝，支持 MII 接口。所有三個收發器都在 -40°C 至 +125°C 的汽車擴展溫度范圍內工作，并采用 3.3 伏電源。

ADI緊隨其后，預計在2024年量產10BASE-T1S 收發器。安森美目前也有量產10Base-T1S收發器，型號為NCN26010，不過主要針對非車載的工業領域。

Marvell在2022年初推出了第三代車載以太網交換機，內部集成了10BASE-T1S物理層，理論上Marvell也可以輕松完成獨立型10Base-T1S物理層芯片。博通的BCM8957X和BCM8958X系列車載以太網交換機也支持外接10BASE-T1S物理層芯片。

德州儀器目前有工業用10BASE-T1L型產品，主要針對樓宇自動化，預計2024年量產針對汽車的10BASE-T1S產品。

2023年2月，OPENALLIANCE推出TC14標準，全面支持10BASE-T1S，OPENALLIANCE高級會員包括寶馬、通用、NXP、瑞薩、沃爾沃、大眾、博世、豐田、雷諾、大陸汽車，瑞昱、現代汽車、博通、Marvell。

筆者看好10Base-T1S，CAN XL的動作太慢了。

審核編輯：湯梓紅