作者：Microchip Technology Inc 
K2L GmbH & Co. KG
市場(chǎng)銷(xiāo)售經(jīng)理
Carmelo De Mola

多年來(lái)，汽車(chē)行業(yè)一直在努力提高聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在車(chē)輛中的普及程度。愿景是建立一個(gè)“單一技術(shù)網(wǎng)絡(luò )”，而目前的解決方案是采用在滿(mǎn)足汽車(chē)需求的其他領(lǐng)域擁有可靠業(yè)績(jì)記錄的以太網(wǎng)技術(shù)。這種方案雖然解決了許多汽車(chē)聯(lián)網(wǎng)難題，但是在某些信息娛樂(lè )、音頻和聲學(xué)用例中也帶來(lái)了其他挑戰。特別是音頻信號傳輸方面，需要配備大量昂貴的硬件和軟件組件，這是當前面臨的主要挑戰。而克服每一項挑戰都將是一個(gè)復雜且耗資巨大的過(guò)程，并且可能會(huì )增加設計的風(fēng)險與成本，影響新車(chē)上市時(shí)間。 

相比之下，全新的INICnet技術(shù)不但可提供所有必需的音頻功能（例如以高質(zhì)量服務(wù)和低延時(shí)并行傳輸多個(gè)音頻和視頻通道），而且無(wú)需配備其他硬件或軟件。此外，這項技術(shù)還提供以太網(wǎng)/IP通道，支持軟件下載（包括無(wú)線(xiàn)OTA）和診斷等用例，以及與汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )的其他部分無(wú)縫連接。 

但是，汽車(chē)領(lǐng)域目前已經(jīng)擁有眾多協(xié)議，為什么還需要另一種開(kāi)放標準呢？

通過(guò)分析當今汽車(chē)行業(yè)面臨的挑戰，我們可以找到答案。為了應對消費類(lèi)產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代，業(yè)界往往一邊致力于提高創(chuàng )新性，一邊努力嘗試節省成本。而這項挑戰的核心是汽車(chē)電子。從圖1中可以看出，典型車(chē)輛中的電子元件數量正在逐年迅速增加，再加上車(chē)輛電氣化的三大趨勢（即更復雜的駕駛員輔助、自動(dòng)駕駛和不斷增強的車(chē)內連接），完全不會(huì )有減緩的跡象。

圖1：電子元件成本占車(chē)輛總成本的百分比趨勢

這導致車(chē)輛內部的不同組件與其基礎結構之間存在大量數據交換，而且未來(lái)只會(huì )不斷增加。這給車(chē)載網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)了新的負擔，傳統的車(chē)載網(wǎng)絡(luò )通常是基于域的網(wǎng)絡(luò )（例如CAN、Flexray、LIN和MOST），可根據通信的帶寬和實(shí)時(shí)要求涵蓋不同類(lèi)型數據的專(zhuān)用任務(wù)。因此，將基于域的架構替換為主干方案變得越來(lái)越普遍，在主干方案中，基于非屏蔽雙絞線(xiàn)（UTP）的高速以太網(wǎng)主干網(wǎng)絡(luò )可以滿(mǎn)足聯(lián)網(wǎng)要求。

當前，以太網(wǎng)已成為一種成熟且價(jià)格合理的技術(shù)，它在市場(chǎng)上表現出明顯的優(yōu)勢。UTP可以幫助降低開(kāi)發(fā)成本、減少項目風(fēng)險和縮短新車(chē)上市時(shí)間。但是，并非在車(chē)載網(wǎng)絡(luò )內交換的所有數據本身都可以作為數據包數據使用。

以信息娛樂(lè )系統、聲學(xué)應用（例如，主動(dòng)降噪（ANC））和乘客間交流中的音頻數據為例，通過(guò)以太網(wǎng)實(shí)現此類(lèi)應用意味著(zhù)需要使用音頻視頻橋接（AVB）等特殊標準，這些標準可滿(mǎn)足音頻應用的所有要求（例如同步、低延時(shí)和可靠性），但在軟件中實(shí)現起來(lái)非常復雜并且要求具備專(zhuān)門(mén)用于處理網(wǎng)絡(luò )的高性能計算能力。高性能單片機上復雜軟件協(xié)議棧的實(shí)現成本可能會(huì )抵消網(wǎng)絡(luò )標準的所有優(yōu)勢。

那么，業(yè)界如何在不增加實(shí)現成本的情況下為音頻、聲學(xué)和信息娛樂(lè )系統部署網(wǎng)絡(luò )標準呢？

答案就是INICnet技術(shù)。INICnet技術(shù)將在2021年成為開(kāi)放的ISO標準，它支持高質(zhì)量服務(wù)的音頻和視頻通道，這些通道可以通過(guò)INICnet IC或配套的精簡(jiǎn)軟件進(jìn)行全面管理，因此工程師無(wú)需額外的開(kāi)發(fā)工作即可處理網(wǎng)絡(luò )上的通信。INICnet技術(shù)提供UTP或同軸電纜作為物理層，并且由于每個(gè)節點(diǎn)都有自己的MAC地址，因此可與以太網(wǎng)完全兼容。此外，它還支持與以太網(wǎng)相關(guān)的所有機制、尋址模式和數據包大小。

圖2：  INICnet技術(shù)與以太網(wǎng)共存

INICnet技術(shù)有以下兩種不同的速度等級（帶寬效率高達95%以上）：50 Mbps或150 Mbps。兩種選項均支持環(huán)型或菊花鏈，50 Mbps通過(guò)UTP實(shí)現，而150 Mbps通過(guò)同軸電纜實(shí)現。 

INICnet技術(shù)支持幻象電源并提供全面的診斷，無(wú)需額外的觸發(fā)電纜。圖2說(shuō)明了INICnet技術(shù)和以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )如何共存。這種網(wǎng)絡(luò )架構的優(yōu)勢在于，音視頻應用可以基于INICnet技術(shù)運行，因為這種技術(shù)以本機格式處理音頻或視頻數據，從而幫助開(kāi)發(fā)人員將更多精力集中在他們的應用上，減少在復雜的數據轉換或網(wǎng)絡(luò )任務(wù)方面的投入。另一大優(yōu)勢是，由于INICnet技術(shù)支持本地以太網(wǎng)數據包，并通過(guò)其設備之一（例如中央處理單元）連接到車(chē)輛主干網(wǎng)的其余部分，因此可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式快速更新每個(gè)INICnet設備中的固件。中央處理單元中不需要網(wǎng)關(guān)應用，因為每個(gè)INICnet設備都可以通過(guò)其自己的惟一MAC地址直接尋址。

對于INICnet技術(shù)的以太網(wǎng)通道，其ISO/OSI模型僅涵蓋模型的前兩層，如圖3所示；因此，它可以從更高層中完全抽象出來(lái)，以便在驅動(dòng)程序更新后能夠重復使用針對其他技術(shù)編寫(xiě)的軟件。目前，Linux和QNX的驅動(dòng)程序可與INICnet IC結合使用，并允許INICnet技術(shù)的以太網(wǎng)通道以完全透明的方式集成到基于IP的現有系統中，這樣開(kāi)發(fā)工程師就不必擔心底層聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

圖3：  ISO/OSI模型中的INICnet技術(shù)

Microchip提供面向低延時(shí)應用（例如ANC、馬達聲音生成、道路噪聲消除、緊急呼叫以及其他要求低延時(shí)的應用）的全系列應用特定產(chǎn)品，如圖4所示。每個(gè)INICnet IC都可以配置為網(wǎng)絡(luò )主器件或網(wǎng)絡(luò )從器件，并且可以根據情況自動(dòng)更改其模式（例如，在發(fā)生車(chē)禍后網(wǎng)絡(luò )損壞并且駕駛員希望進(jìn)行緊急呼叫時(shí)）。

圖4：Microchip的INICnet系列，可擴展接口選項由應用中心驅動(dòng)

Microchip的UNICENS統一集中式網(wǎng)絡(luò )協(xié)議�？梢灾С諭NICnet技術(shù)的網(wǎng)絡(luò )資源管理和網(wǎng)絡(luò )配置�？捎玫腎P協(xié)議棧（例如SOME/IP協(xié)議棧）或任何其他遠程過(guò)程調用（RPC）技術(shù)都可以支持所有其他系統管理功能（例如設備控制）。UNICENS是一個(gè)開(kāi)源應用程序，可免費使用。憑借此應用程序，用戶(hù)可以在單個(gè)設備中配置整個(gè)網(wǎng)絡(luò )；這樣便可實(shí)現不需要單片機的設備，例如麥克風(fēng)節點(diǎn)。如果網(wǎng)絡(luò )中存在僅處理以太網(wǎng)通信的節點(diǎn)（例如智能天線(xiàn)），則此類(lèi)節點(diǎn)不需要包含任何類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò )軟件。更妙的是，如果數據是在以太網(wǎng)內部生成，還可以在不使用單片機的情況下設計節點(diǎn)。

市場(chǎng)已經(jīng)漸漸認識到INICnet技術(shù)的優(yōu)勢。早在2018年，就已經(jīng)有汽車(chē)OEM率先采用了這項技術(shù)，并且預計將在2020年開(kāi)始生產(chǎn)。此外，許多來(lái)自全球不同地區的OEM和1級供應商也已紛紛開(kāi)始對這項技術(shù)進(jìn)行評估，并且正在與Microchip專(zhuān)家合作，希望能夠借鑒我們以往的技術(shù)成果。