德州仪器：2025汽车区域架构中的 TSN：启用以太网环形架构和 AVB 分布式音频白皮书（14页）.pdf

1、汽车区域架构中的 TSN：启用以太网环形架构和 AVB 分布式音频Madison EcklundMadison EcklundSystems ManagerBody Electronics&LightingKate HawkinsKate HawkinsSystems EngineerBody Electronics&Lighting参考文献内容概览1启用实时控制和时间敏感型数据 了解 TSN 如何提高汽车网络的可靠性。2以太网环形架构实施 了解各种基于 MCU 的以太网环形设计。3使用 AVB AVB 将音频播放添加到以太网主干中 了解 AVB 冗余如何支持更多数据通过区域。4区域架构中的音

2、频 了解车辆如何处理四种类型的音频数据。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

3、 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)。汽车区域架构中的 TSN：启用以太网环形架构和 AVB 分布式音频2October 2025图 1.1.适用于区域架构的车载网络以太网环形架构是在现有的高带宽以太网主干基础上构建的，通过让每个节点同时与两个相邻节点相连，实现了网络冗余。由于数据可以在顺时针与逆时针两个方向同时传输，即使某一条以太网链路发生中断，CCU 仍能与 ZCM 保持通信。随着车载网络带宽的提升，主干以太网可传输更多类型的数据，例如音频、雷达和摄像头数据。在汽车制造商逐步过渡到区域架构的早期阶段，他们主要将车身功能整合进各个区域模块中。但理想的区域架构应当

4、能够支持跨域应用。音频是主要目标，这是因为 AVB 标准能够为音频数据提供确定性的延迟。将音频播放功能移入 ZCM 后，由于音频数据可以通过以太网传输，因此可以无需单独的通信总线。启用实时控制和时间敏感型数据TSN 可确保通过以太网网络中时间敏感型数据的同步。在车载网络中增加时间敏感型数据并启用实时控制，会提升系统对 CCU 与各区域间高速通信链路可靠性的要求。因此，以太网环形架构提供的冗余支持对 TSN 应用（包括以太网 AVB）非常有利；但需要注意的是，环形架构并非 TSN 的必需条件，反之亦然。定义 TSN 的几项协议包括：电气电子工程师学会(IEEE)802.1AS 通用精确时间协议(

5、gPTP)，提供具有确定性延时、低数据包延迟差异和低数据包丢失的数据同步功能。IEEE 802.1Qbv 流量调度增强。IEEE 802.1Qav 支持 AVB。虽然以太网环形架构并非必须使用 TSN，但 TSN 有助于保证低确定性延时。IEEE 802.1AS 定义了一种数据同步方法，精度可达毫秒到纳秒级。这种精度水平对以太网环形架构有益，可在数据包处理与传输过程中，通过应用调整和时序补偿来抵消偏移延时。此外，IEEE 802.1Qbv 还支持调度流量增强，这有助于对以太网主干数据进行优先级管理与调度。汽车区域架构中的 TSN：启用以太网环形架构和 AVB 分布式音频3October 202

6、5TSN 对于音频数据是必需的，因为它能够确保即使路径延迟不同，车内各位置的音频播放依然保持同步。IEEE 802.1Qav 定义了 AVB 支持，用于通过以太网传输音频和视频数据。以太网拓扑：环形与星形许多第一代区域架构采用星形拓扑，其中 CCU 与每个 ZCM 通过点对点以太网直接连接。因此，每个 ZCM 之间的通信要么通过 CCU 转发，要么通过额外的点对点以太网连接，实现从右侧 ZCM 到左侧 ZCM 的直接区域间通信。另一种方式是环形拓扑，即将所有节点连接成闭环，使数据可以在环路中以顺时针和逆时针进行双向传输。图 2 2 中比较了环形拓扑与星形拓扑的差异。CENTRAL COMPUT