軟件如何推動對動態(tài)網(wǎng)絡(luò)管理的需求

想象一下，在不遠(yuǎn)的將來，您駕駛著新車。新車是電動汽車，具有更高級的駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）功能，可以聯(lián)網(wǎng)，帶有各種軟件。

聯(lián)網(wǎng)汽車允許人們根據(jù)需要下載各種應(yīng)用和服務(wù)。想象一下把車借給孩子們時。您可能想要安裝一個汽車跟蹤應(yīng)用，遠(yuǎn)程設(shè)置速度限制，甚至是距離限制。想要開車上山滑一周雪？可以為ADAS系統(tǒng)安裝安全軟件包，可更好地應(yīng)對冰雪天氣，或許還可以對輪胎進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷，檢查一切是否正常?；蛘甙惭b多區(qū)域音頻應(yīng)用，驅(qū)車行駛在陡峭的山路上，收聽最喜歡的播客，同時孩子們可以看動畫片？

可重新配置的以太網(wǎng)骨干網(wǎng)

當(dāng)然，這些都是舉例說明，但其中一些情景很快就會成為現(xiàn)實。所有這些情景都依賴于這款未來汽車需要支持的具體功能：

?   未來汽車需要連接到云端

?   硬件組件支持所有新功能，能夠升級到車輛設(shè)計時甚至都沒有構(gòu)想到的功能

?   車載網(wǎng)絡(luò)連接汽車上所有的計算機(jī)、傳感器和執(zhí)行器，能夠支持新應(yīng)用生成的數(shù)據(jù)流量和通信模式

這些新要求以基于以太網(wǎng)的車載網(wǎng)絡(luò)主干網(wǎng)為重點，與當(dāng)前的工作方式?jīng)_突，即所有數(shù)據(jù)流量在設(shè)計時靜態(tài)決定，系統(tǒng)針對特定假設(shè)進(jìn)行優(yōu)化，而不了解未來的應(yīng)用需求。

特別是，以太網(wǎng)交換機(jī)使用IEEE音視頻橋接（AVB）和時間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)流量的重要程度對流量進(jìn)行分類和優(yōu)先排序。以太網(wǎng)交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)處理器使用廣義精確時間協(xié)議（gPTP）建立同步時鐘，可同步車輛中音視頻流的播放，或由ADAS ECU將不同傳感器（如攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)）觀察到的對象組合起來。

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更改網(wǎng)絡(luò)或TSN配置中的某些內(nèi)容不再是單個實體的任務(wù)。相反，它需要更改與車輛網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的幾個網(wǎng)絡(luò)控制器、處理器和以太網(wǎng)交換機(jī)的配置。

1.       定義每個聯(lián)網(wǎng)組件上需要更改的內(nèi)容

2.       定義如何將此新配置部署到通常來自不同供應(yīng)商的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備

解決這個問題需要一個抽象模型，能夠以統(tǒng)一的方式總結(jié)每個設(shè)備的功能，以及如何配置和更新它們。

例如，經(jīng)典平臺上的AUTOSAR?軟件提供了所有聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的通用配置視圖，但它僅支持一組有限的網(wǎng)絡(luò)功能，它是靜態(tài)的，并且在部署到車輛后不支持動態(tài)配置更新。

而IEEE定義了幾個標(biāo)準(zhǔn)來建模和配置網(wǎng)絡(luò)。尤其是IEEE 802.1Qcc（參見圖1）提供了一個抽象模型，其中包括：

?   集中式用戶配置（CUC）模塊

-        捕獲所有應(yīng)用要求

-        集中式網(wǎng)絡(luò)配置（CNC）

?   集中式網(wǎng)絡(luò)配置（CNC）模塊

-        了解網(wǎng)絡(luò)實際硬件的所有具體功能

-        能夠為網(wǎng)橋、監(jiān)聽器、通話器等每個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備計算新的網(wǎng)絡(luò)配置

?   一種名為YANG的通用抽象數(shù)據(jù)建模語言（圖2）

-        能夠捕獲和建模網(wǎng)絡(luò)命令，然后每個目標(biāo)設(shè)備都可以解析這些命令

這種軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）模式可利用軟件來引導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)上的流量，以解決以前網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的局限性。SDN基于軟件，而非基于硬件的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。它可以更加靈活地控制網(wǎng)絡(luò)、更改配置、調(diào)配資源和提升網(wǎng)絡(luò)容量。

圖1：符合IEEE 802.1Qcc的SDN架構(gòu)

圖2：描述網(wǎng)絡(luò)配置的YANG模型示例

下載YANG模型

當(dāng)然，IEEE標(biāo)準(zhǔn)就是這樣。它們具體說明了需要發(fā)生什么，但沒有說明如何發(fā)生。有幾種工具可以實現(xiàn)IEEE標(biāo)準(zhǔn)。圖3顯示了可將YANG模型部署到實際網(wǎng)絡(luò)的一些工具。

這些工具支持：

?   聯(lián)網(wǎng)設(shè)備查詢網(wǎng)絡(luò)的功能和狀態(tài)，并生成新服務(wù)請求或更新現(xiàn)有服務(wù)

?   CNC模塊查詢?nèi)魏温?lián)網(wǎng)設(shè)備的狀態(tài)，并生成配置消息并將其傳輸?shù)饺魏温?lián)網(wǎng)設(shè)備

每個工具在以太網(wǎng)幀中的編碼YANG數(shù)據(jù)方式（例如二進(jìn)制或明文）、數(shù)據(jù)傳輸方式（TCP或UDP、安全或非安全等）以及網(wǎng)絡(luò)主機(jī)所需的資源類型（例如POSIX、AUTOSAR或RTOS）等方面各不相同。

圖3：能夠?qū)崿F(xiàn)SDN流程的工具示例

恩智浦的作用

最后一步是將基于抽象模型的這類配置消息轉(zhuǎn)換為與實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的特定硬件匹配的具體配置定義。

這需要與芯片緊密耦合的軟件包，這些軟件包能夠?qū)?/span>YANG模型中所述的抽象配置編譯成具體設(shè)備的寄存器設(shè)置。

恩智浦正為產(chǎn)品組合中的幾個器件開發(fā)此類驅(qū)動程序，這些器件包括SJA1110 10 10 10端口TSN以太網(wǎng)交換機(jī)和S32G車聯(lián)網(wǎng)處理器。

采用哪種序列化方法和協(xié)議取決于將在其上運行的目標(biāo)設(shè)備的功能。在CPU子系統(tǒng)較小（如SJA1110）的資源受限設(shè)備上，首選內(nèi)存占用小、計算能力需求低的工具。通過從圖3中選擇合適的工具，我們的第一個實現(xiàn)證明了這是可行的。

恩智浦堅信，軟件定義網(wǎng)絡(luò)將成為汽車網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)實，相應(yīng)的解決方案需要基于標(biāo)準(zhǔn)。

結(jié)語

軟件在未來汽車中的爆炸式增長和重要性將需要新的硬件，這些硬件可以動態(tài)地重新配置，適應(yīng)未來的汽車功能。這將影響汽車中安裝的數(shù)個電子控制單元（ECU）的計算單元以及車載網(wǎng)絡(luò)。

更新由不同廠商制造的ECU和芯片組成的分布式系統(tǒng)時，需要標(biāo)準(zhǔn)化的抽象和一套能夠滿足這一需求的工具。

恩智浦致力于支持標(biāo)準(zhǔn)化解決方案，目前正在開發(fā)必要的軟件，為關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品（如S32G處理器和SJA1110以太網(wǎng)交換機(jī)）實施所需的SDN步驟。

如需了解更多信息，請訪問nxp.com/SJA1110和nxp.com/vehiclenetworking。

作者：

Nicola Concer

恩智浦半導(dǎo)體汽車RT控制器產(chǎn)品經(jīng)理

Nicola Concer是恩智浦汽車RT控制器產(chǎn)品經(jīng)理，專注于電氣化和區(qū)域EE架構(gòu)市場。在此之前，他擔(dān)任了七年的恩智浦以太網(wǎng)交換機(jī)產(chǎn)品經(jīng)理。Nicola擁有博洛尼亞大學(xué)的計算機(jī)科學(xué)博士學(xué)位，博洛尼亞大學(xué)與意法半導(dǎo)體和紐約哥倫比亞大學(xué)合作。