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簡(jiǎn)析車載以太網(wǎng)TSN標(biāo)準(zhǔn)

2018-12-03 23:34:39·  來源：佐思汽車研究  
　
對(duì)于特別重要的數(shù)據(jù)，TSN規(guī)定了一個(gè)搶占機(jī)制，它由802.1Qbu/802.3br共同構(gòu)成。對(duì)于IEEE802.1Qbu的搶占而言，正在進(jìn)行的傳輸可以被中斷，報(bào)文按等級(jí)可被分為可被搶占和搶占幀，搶占生成框架，最小以太網(wǎng)幀受到保護(hù)的，127字節(jié)的數(shù)據(jù)幀（或剩余幀）不能被搶占。IEEE802.1br定義了，設(shè)計(jì)了快速幀的MAC數(shù)據(jù)通道，可以搶占Preemptable MAC的數(shù)據(jù)傳輸。IEEE802.3br也同樣可以與IEEE802.1Qbv配合進(jìn)行增強(qiáng)型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。
03
高可靠性
 TSN中保證高可靠性主要依靠802.1CB標(biāo)準(zhǔn)。這也是無人駕駛必須用TSN的主要原因，也只有TSN能讓整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到功能安全的最高等級(jí)ASIL D級(jí)。同樣，與自適應(yīng)AUTOSAR的捆綁程度也比較高。
眾所周知，L4級(jí)無人駕駛需要一個(gè)冗余處理器，但是主處理系統(tǒng)和冗余處理系統(tǒng)之間的通訊機(jī)制如何建立？這就是802.1CB的用武之地了。802.1CB是兩套系統(tǒng)間的冗余，芯片之間的冗余還是多采用PCIE交換機(jī)的多主機(jī)fail-operational機(jī)制，兩者有相似之處。
對(duì)于非常重要的數(shù)據(jù)，802.1CB會(huì)多發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)備份，這個(gè)備份會(huì)沿著最遠(yuǎn)離主數(shù)據(jù)路徑交集的路徑傳輸。如果兩個(gè)數(shù)據(jù)都接收到，在接收端把冗余幀消除，如果只接受到一幀數(shù)據(jù)，那么就進(jìn)入后備模式。在ISO/IEC 62439-3中已經(jīng)定義了PRP和HSR兩種冗余，這種屬于全局冗余，成本較高，802.1CB只針對(duì)關(guān)鍵幀做冗余，降低了成本。802.1CB標(biāo)準(zhǔn)的制定主要依靠思科和博通。
 802.1CB也可以縮寫為FRER。
FRER不僅能提供雙失效冗余，也可以提供多失效冗余。
802.1CB也有簡(jiǎn)單的失效原因分析機(jī)制
04
網(wǎng)絡(luò)資源管理和802.1Qci
TSN的網(wǎng)絡(luò)資源管理主要標(biāo)準(zhǔn)是802.1Qcc。這個(gè)與車載以太網(wǎng)沒有關(guān)聯(lián)，主要用在專業(yè)音視頻網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。802.1Qcc用于實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的動(dòng)態(tài)配置，以滿足設(shè)備節(jié)點(diǎn)和數(shù)據(jù)需求的各種變化；
802.1Qci保證無人車網(wǎng)絡(luò)安全的入口管理
802.1Qci主要為防止網(wǎng)絡(luò)攻擊和流量過載設(shè)計(jì)，又稱之為Ingress Policing，它對(duì)每個(gè)流量都進(jìn)行過濾和管理，簡(jiǎn)稱PSFR，數(shù)據(jù)流濾波器包括數(shù)據(jù)ID、優(yōu)先權(quán)、濾波值、Meter(計(jì)量)ID、計(jì)數(shù)器。流程圖如下
802.1Qci專門對(duì)付DDoS這樣的網(wǎng)絡(luò)攻擊，假如一個(gè)數(shù)據(jù)流流量突然增大，有可能擠壓另一個(gè)數(shù)據(jù)流的帶寬時(shí)，入口管理政策會(huì)將數(shù)據(jù)流整形，強(qiáng)制回到數(shù)據(jù)流爆發(fā)前的狀態(tài)。
此外，802.1Qci還可以對(duì)付ARP欺騙攻擊，ARP（Address Resolution Protocol），是根據(jù)IP地址獲取物理地址的一個(gè)TCP/IP協(xié)議。主機(jī)發(fā)送信息時(shí)將包含目標(biāo)IP地址的ARP請(qǐng)求廣播到網(wǎng)絡(luò)上的所有主機(jī)，并接收返回消息，以此確定目標(biāo)的物理地址；收到返回消息后將該IP地址和物理地址存入本機(jī)ARP緩存中并保留一定時(shí)間，下次請(qǐng)求時(shí)直接查詢ARP緩存以節(jié)約資源。地址解析協(xié)議是建立在網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)主機(jī)互相信任的基礎(chǔ)上的，網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)可以自主發(fā)送ARP應(yīng)答消息，其他主機(jī)收到應(yīng)答報(bào)文時(shí)不會(huì)檢測(cè)該報(bào)文的真實(shí)性就會(huì)將其記入本機(jī)ARP緩存；由此攻擊者就可以向某一主機(jī)發(fā)送偽ARP應(yīng)答報(bào)文，使其發(fā)送的信息無法到達(dá)預(yù)期的主機(jī)或到達(dá)錯(cuò)誤的主機(jī)，這就構(gòu)成了一個(gè)ARP欺騙。802.1Qci可以識(shí)別這種欺騙，并阻止錯(cuò)誤信息的發(fā)送。
05
車載TSN的具體應(yīng)用
TSN并未全部完成，由于芯片的開發(fā)周期通常都要3-4年，目前只要支持TSN標(biāo)準(zhǔn)中最核心的Q802.1AS即可算支持TSN標(biāo)準(zhǔn)。
目前主要有三款車載TSN交換機(jī)芯片，一片是Marvell的88Q5050，用在英偉達(dá)自動(dòng)駕駛旗艦Pegasus上，另一片是NXP的SJA1105TEL。88Q5050支持802.1Qav/Qbv，802.1AS。SJA1105TEL還支持802.1Qci。還有博通的BCM53162，和SJA1105TEL一樣，除了支持持802.1Qav/Qbv，802.1AS，還支持802.1Qci 。支持TSN全部關(guān)鍵協(xié)議的芯片預(yù)計(jì)要等到2022年。
英偉達(dá)旗艦自動(dòng)駕駛平臺(tái)Pegasus
上圖為88Q5050的內(nèi)部框架圖，88Q5050擁有4個(gè)固定端口，4個(gè)可設(shè)置端口，最高支持千兆以太網(wǎng)，尺寸14mm*20mm。
上圖為 SJA1105TEL的內(nèi)部框架圖，只支持5口，價(jià)格最低，功耗最低，尺寸最小，只有12mm*12mm。用在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域可能不夠，需要使用多片SJA1105TEL。NXP針對(duì)無人駕駛推出的開發(fā)平臺(tái)BlueBox就用了3片。
上圖為NXP BlueBox內(nèi)部框架圖
博通的BCM53162支持的帶寬最高，最高可達(dá)萬比特以太網(wǎng)10GbE。
上圖為BCM53162內(nèi)部框架圖，接口最豐富。不過BCM53162的功耗也最高，價(jià)格也最高，尺寸也最大，為19mm*19mm，最高運(yùn)行工作溫度上限為85度，NXP和Marvell的都可以達(dá)105度。
 
 
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