INICnet?技術(shù)簡化車載音頻和聲學(xué)功能的實現(xiàn)

多年來,汽車行業(yè)一直在努力提高聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在車輛中的普及程度。愿景是建立一個“單一技術(shù)網(wǎng)絡(luò)”,而目前的解決方案是采用在滿足汽車需求的其他領(lǐng)域擁有可靠業(yè)績記錄的以太網(wǎng)技術(shù)。這種方案雖然解決了許多汽車聯(lián)網(wǎng)難題,但是在某些信息娛樂、音頻和聲學(xué)用例中也帶來了其他挑戰(zhàn)。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(dāng)前面臨的主要挑戰(zhàn)。而克服每一項挑戰(zhàn)都將是一個復(fù)雜且耗資巨大的過程,并且可能會增加設(shè)計的風(fēng)險與成本,影響新車上市時間。

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)和低延時并行傳輸多個音頻和視頻通道),而且無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(包括無線OTA)和診斷等用例,以及與汽車網(wǎng)絡(luò)的其他部分無縫連接。

但是,汽車領(lǐng)域目前已經(jīng)擁有眾多協(xié)議,為什么還需要另一種開放標(biāo)準(zhǔn)呢?

通過分析當(dāng)今汽車行業(yè)面臨的挑戰(zhàn),我們可以找到答案。為了應(yīng)對消費類產(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(jié)省成本。而這項挑戰(zhàn)的核心是汽車電子。從圖1中可以看出,典型車輛中的電子元件數(shù)量正在逐年迅速增加,再加上車輛電氣化的三大趨勢(即更復(fù)雜的駕駛員輔助、自動駕駛和不斷增強的車內(nèi)連接),完全不會有減緩的跡象。

圖1:電子元件成本占車輛總成本的百分比趨勢

這導(dǎo)致車輛內(nèi)部的不同組件與其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間存在大量數(shù)據(jù)交換,而且未來只會不斷增加。這給車載網(wǎng)絡(luò)帶來了新的負(fù)擔(dān),傳統(tǒng)的車載網(wǎng)絡(luò)通常是基于域的網(wǎng)絡(luò)(例如CAN、Flexray、LIN和MOST),可根據(jù)通信的帶寬和實時要求涵蓋不同類型數(shù)據(jù)的專用任務(wù)。因此,將基于域的架構(gòu)替換為主干方案變得越來越普遍,在主干方案中,基于非屏蔽雙絞線(UTP)的高速以太網(wǎng)主干網(wǎng)絡(luò)可以滿足聯(lián)網(wǎng)要求。

當(dāng)前,以太網(wǎng)已成為一種成熟且價格合理的技術(shù),它在市場上表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。UTP可以幫助降低開發(fā)成本、減少項目風(fēng)險和縮短新車上市時間。但是,并非在車載網(wǎng)絡(luò)內(nèi)交換的所有數(shù)據(jù)本身都可以作為數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)使用。

以信息娛樂系統(tǒng)、聲學(xué)應(yīng)用(例如,主動降噪(ANC))和乘客間交流中的音頻數(shù)據(jù)為例,通過以太網(wǎng)實現(xiàn)此類應(yīng)用意味著需要使用音頻視頻橋接(AVB)等特殊標(biāo)準(zhǔn),這些標(biāo)準(zhǔn)可滿足音頻應(yīng)用的所有要求(例如同步、低延時和可靠性),但在軟件中實現(xiàn)起來非常復(fù)雜并且要求具備專門用于處理網(wǎng)絡(luò)的高性能計算能力。高性能單片機上復(fù)雜軟件協(xié)議棧的實現(xiàn)成本可能會抵消網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的所有優(yōu)勢。

那么,業(yè)界如何在不增加實現(xiàn)成本的情況下為音頻、聲學(xué)和信息娛樂系統(tǒng)部署網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)呢?

答案就是INICnet技術(shù)。INICnet技術(shù)將在2021年成為開放的ISO標(biāo)準(zhǔn),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INICnet IC或配套的精簡軟件進行全面管理,因此工程師無需額外的開發(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,并且由于每個節(jié)點都有自己的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(shù)據(jù)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UTP實現(xiàn),而150 Mbps通過同軸電纜實現(xiàn)。

INICnet技術(shù)支持幻象電源并提供全面的診斷,無需額外的觸發(fā)電纜。圖2說明了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(gòu)的優(yōu)勢在于,音視頻應(yīng)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(shù)據(jù),從而幫助開發(fā)人員將更多精力集中在他們的應(yīng)用上,減少在復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)包,并通過其設(shè)備之一(例如中央處理單元)連接到車輛主干網(wǎng)的其余部分,因此可以通過無線方式快速更新每個INICnet設(shè)備中的固件。中央處理單元中不需要網(wǎng)關(guān)應(yīng)用,因為每個INICnet設(shè)備都可以通過其自己的惟一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,以便在驅(qū)動程序更新后能夠重復(fù)使用針對其他技術(shù)編寫的軟件。目前,Linux和QNX的驅(qū)動程序可與INICnet IC結(jié)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(xiàn)有系統(tǒng)中,這樣開發(fā)工程師就不必?fù)?dān)心底層聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

圖3:  ISO/OSI模型中的INICnet技術(shù)

 Microchip 提供面向低延時應(yīng)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的應(yīng)用)的全系列應(yīng)用特定產(chǎn)品,如圖4所示。每個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(jù)情況自動更改其模式(例如,在發(fā)生車禍后網(wǎng)絡(luò)損壞并且駕駛員希望進行緊急呼叫時)。

Microchip的UNICENS統(tǒng)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)或任何其他遠程過程調(diào)用(RPC)技術(shù)都可以支持所有其他系統(tǒng)管理功能(例如設(shè)備控制)。UNICENS是一個開源應(yīng)用程序,可免費使用。憑借此應(yīng)用程序,用戶可以在單個設(shè)備中配置整個網(wǎng)絡(luò);這樣便可實現(xiàn)不需要單片機的設(shè)備,例如麥克風(fēng)節(jié)點。如果網(wǎng)絡(luò)中存在僅處理以太網(wǎng)通信的節(jié)點(例如智能天線),則此類節(jié)點不需要包含任何類型的網(wǎng)絡(luò)軟件。更妙的是,如果數(shù)據(jù)是在以太網(wǎng)內(nèi)部生成,還可以在不使用單片機的情況下設(shè)計節(jié)點。

市場已經(jīng)漸漸認(rèn)識到INICnet技術(shù)的優(yōu)勢。早在2018年,就已經(jīng)有汽車OEM率先采用了這項技術(shù),并且預(yù)計將在2020年開始生產(chǎn)。此外,許多來自全球不同地區(qū)的OEM和1級供應(yīng)商也已紛紛開始對這項技術(shù)進行評估,并且正在與Microchip專家合作,希望能夠借鑒我們以往的技術(shù)成果。 

圖4:Microchip的INICnet系列,可擴展接口選項由應(yīng)用中心驅(qū)動