简介
汽车制造商正积极推动车载高速以太网主干的发展，采用新兴技术趋势，例如以太网环形架构以实现冗余，以及时间敏感网络 (TSN) 和音频视频桥接 (AVB)，进而可靠地传输时间敏感型数据。
 
该行业正面临对更高带宽与更快速通信网络的迫切需求，以便在整车范围内传输安全关键型和时间敏感型数据。在下一代区域架构中，他们正研究以太网环形架构，以实现冗余设计。同时，他们也在尝试将更多类型的数据（包括音频）整合至以太网主干中，以减少线束。
 
区域架构通过区域控制模块 (ZCM)，将来自各类传感器与电子控制单元 (ECU) 的数据，传输至边缘节点通信网络。随后，如图 1 所示，这些 ZCM 会通过主干通信，将汇总后的传感器数据发送至中央计算单元 (CCU)。

 
表 1 计算了额外延时。


表 1 假设条件：每秒 2,000 个数据包 (PPS)，1Gbps 以太网，CPU 以 400MHz 运行（单核，负载小于 60%）。
 
公式 1 将以太网环形架构的端到端延时表示为：

方程式 1.


其中 A 是交换机中的数据包残留延迟，B 是数据包复制的软件延时。
图 8 中的第一个示例展示了独立于车辆架构的传统音频总线网络。所有的声音采集数据都通过数字音频总线传输；CCU 或数字座舱 ECU 负责处理娱乐系统音频数据，而外部放大器模块则负责数字信号处理及扬声器输出。该架构的主要缺点是从外部放大器模块到扬声器的布线较长。
 
图 8 中的第二个图演示了在区域架构下使用独立音频总线的音频实施。声音采集数据仍通过数字音频总线传输至 CCU 进行数字信号处理。随后，音频播放数据从 CCU 通过数字音频总线传输到 ZCM，再由 ZCM 放大并输出到扬声器。这种方法由于音频放大器位置靠近扬声器，缩短了扬声器布线长度；但同时，音频总线变得更加复杂。
 
图 8 中的第三个图和第四个图展示了 AVB 音频播放实施。数字信号处理仍在 CCU 中进行，但音频播放数据通过以太网传输。这种方法既适用于星形拓扑，也适用于环形拓扑；其中，环形拓扑为音频数据提供了额外的冗余保障。此方法同时简化了音频总线设计，并保持扬声器布线较短。
 
在 ZCM 中实施 AVB
通常情况下，以太网网络包括 MCU、以太网交换机和以太网 PHY，且这些元件之间通常需要一定程度的集成。这些元件通过以下方式实现媒体时钟同步 (图 9)：
• 以太网 MAC。
• 以太网 PHY。
• IEEE802.1AS (gPTP)。
• IEEE1722 媒体时钟恢复。
• 媒体时钟生成。

 
以太网 PHY 负责传输和接收以太网数据包。以太网 MAC 通过封装和解封数据包来管理数据传输。gPTP 协议可在所有网络器件间同步本地时钟，以保持一致的时间基值。IEEE 1722 媒体时钟恢复使用以太网数据包中的嵌入式时序信息来调整音频媒体时钟：一种是称为帧同步 (FSYNC) 的音频采样时钟，而另一种是音频数据串行器比特时钟 (SCLK)。
 
图 10 展示了 AVB 实施的可能元件图。

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