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简析车载以太网TSN标准

2018-12-03 23:34:39·  来源：佐思汽车研究  
　
对于特别重要的数据，TSN规定了一个抢占机制，它由802.1Qbu/802.3br共同构成。对于IEEE802.1Qbu的抢占而言，正在进行的传输可以被中断，报文按等级可被分为可被抢占和抢占帧，抢占生成框架，最小以太网帧受到保护的，127字节的数据帧（或剩余帧）不能被抢占。IEEE802.1br定义了，设计了快速帧的MAC数据通道，可以抢占Preemptable MAC的数据传输。IEEE802.3br也同样可以与IEEE802.1Qbv配合进行增强型的数据转发。
03
高可靠性
 TSN中保证高可靠性主要依靠802.1CB标准。这也是无人驾驶必须用TSN的主要原因，也只有TSN能让整个系统达到功能安全的最高等级ASIL D级。同样，与自适应AUTOSAR的捆绑程度也比较高。
众所周知，L4级无人驾驶需要一个冗余处理器，但是主处理系统和冗余处理系统之间的通讯机制如何建立？这就是802.1CB的用武之地了。802.1CB是两套系统间的冗余，芯片之间的冗余还是多采用PCIE交换机的多主机fail-operational机制，两者有相似之处。
对于非常重要的数据，802.1CB会多发送一个数据备份，这个备份会沿着最远离主数据路径交集的路径传输。如果两个数据都接收到，在接收端把冗余帧消除，如果只接受到一帧数据，那么就进入后备模式。在ISO/IEC 62439-3中已经定义了PRP和HSR两种冗余，这种属于全局冗余，成本较高，802.1CB只针对关键帧做冗余，降低了成本。802.1CB标准的制定主要依靠思科和博通。
 802.1CB也可以缩写为FRER。
FRER不仅能提供双失效冗余，也可以提供多失效冗余。
802.1CB也有简单的失效原因分析机制
04
网络资源管理和802.1Qci
TSN的网络资源管理主要标准是802.1Qcc。这个与车载以太网没有关联，主要用在专业音视频网络领域。802.1Qcc用于实现对网络参数的动态配置，以满足设备节点和数据需求的各种变化；
802.1Qci保证无人车网络安全的入口管理
802.1Qci主要为防止网络攻击和流量过载设计，又称之为Ingress Policing，它对每个流量都进行过滤和管理，简称PSFR，数据流滤波器包括数据ID、优先权、滤波值、Meter(计量)ID、计数器。流程图如下
802.1Qci专门对付DDoS这样的网络攻击，假如一个数据流流量突然增大，有可能挤压另一个数据流的带宽时，入口管理政策会将数据流整形，强制回到数据流爆发前的状态。
此外，802.1Qci还可以对付ARP欺骗攻击，ARP（Address Resolution Protocol），是根据IP地址获取物理地址的一个TCP/IP协议。主机发送信息时将包含目标IP地址的ARP请求广播到网络上的所有主机，并接收返回消息，以此确定目标的物理地址；收到返回消息后将该IP地址和物理地址存入本机ARP缓存中并保留一定时间，下次请求时直接查询ARP缓存以节约资源。地址解析协议是建立在网络中各个主机互相信任的基础上的，网络上的主机可以自主发送ARP应答消息，其他主机收到应答报文时不会检测该报文的真实性就会将其记入本机ARP缓存；由此攻击者就可以向某一主机发送伪ARP应答报文，使其发送的信息无法到达预期的主机或到达错误的主机，这就构成了一个ARP欺骗。802.1Qci可以识别这种欺骗，并阻止错误信息的发送。
05
车载TSN的具体应用
TSN并未全部完成，由于芯片的开发周期通常都要3-4年，目前只要支持TSN标准中最核心的Q802.1AS即可算支持TSN标准。
目前主要有三款车载TSN交换机芯片，一片是Marvell的88Q5050，用在英伟达自动驾驶旗舰Pegasus上，另一片是NXP的SJA1105TEL。88Q5050支持802.1Qav/Qbv，802.1AS。SJA1105TEL还支持802.1Qci。还有博通的BCM53162，和SJA1105TEL一样，除了支持持802.1Qav/Qbv，802.1AS，还支持802.1Qci 。支持TSN全部关键协议的芯片预计要等到2022年。
英伟达旗舰自动驾驶平台Pegasus
上图为88Q5050的内部框架图，88Q5050拥有4个固定端口，4个可设置端口，最高支持千兆以太网，尺寸14mm*20mm。
上图为 SJA1105TEL的内部框架图，只支持5口，价格最低，功耗最低，尺寸最小，只有12mm*12mm。用在自动驾驶领域可能不够，需要使用多片SJA1105TEL。NXP针对无人驾驶推出的开发平台BlueBox就用了3片。
上图为NXP BlueBox内部框架图
博通的BCM53162支持的带宽最高，最高可达万比特以太网10GbE。
上图为BCM53162内部框架图，接口最丰富。不过BCM53162的功耗也最高，价格也最高，尺寸也最大，为19mm*19mm，最高运行工作温度上限为85度，NXP和Marvell的都可以达105度。
 
 
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