虹科案例 | 用RTaW-Pegase构建一个可预测QoS的TSN网络架构

如今，汽车上有数百辆ECU(电子控制单元)，MCU(微控制处理器单元)及其大量的嵌入式软件代码，以及复杂的CAN、LIN、FlexRay等待车辆通信网络决定了车辆不同于其他车辆IOT设备或智能手机。汽车上的电子电气架构一直在向服务智能和体验的方向演变和迭代，但这个过程比消费电子行业需要更长的时间。主流汽车电子电气架构发展的三个阶段：以控制器为中心、域控制器和中央计算机。

1.1 OEM视角的SOA和中央计算平台 SOA中央计算平台的优势：

• 解耦硬件和软件 (针对不同的客户和具体的服务需求)
• 重用服务和模块化(构建块)
• 简化基于软件的创新方法
• 借助软件更新定制化、新业务模式

SOA中央计算也可以改变传统的通信模型：借助多平台中间件（例）SOME/IP）、网络配置更加灵活和自动化、保障网络数据传输的QoS。

1.2 层次结构的服务和应用程序 服务执行方式如下：

配置通信服务如下图所示：

智能传感器：将模拟数据转换为服务通信（如摄像头和雷达） 使用（硬件或软件中的）CBS整形手术解决方案整形脉冲信号

2.1 E/E以太网模拟模型架构 下图是RTaW-Pegase建立的以太网模拟模型包括：

• 一台中央计算机(物理计算单元:Physical Computing Unit）→ PCU服务器组合服务及应用程序；
• 17个以太网ECU，车外模块包括3个前置/后置摄像头、2个雷达、3个显示屏 专用ECU，例如用于PIU后的5个拆分CAN上的I/O和底座；
• 5个区域控制器(物理接口单元:Physical Interface Units）→PIU服务器基本服务。

2.2 用于流量分段和整形手术的协议栈

• TCP：可靠且分段的传输，但不是实时的；
• SOME/IP TP：可预测时序和分段传输，但无整形功能；不使用SOME/IP TP服务器将服务器报文分为多个部分Events可能是解决方案；
• CBS：流出端口存储有限，发送端通信堆栈中的软件可能需要其他整形手术，但没有标准的解决方案。

2.3 通过服务配置TSN QoS机制 配置时，应确保所有流量（不仅是服务）都满足时间限制 服务配置挑战：

• 请求-响应处理的截止日期不仅仅是单独传输

• 一些报文和typ. resp.可能需要分段整形

• 当大量数据流传输时，需要自动处理模型

2.5 服务的特性 单独的服务可以产生大量的流量，例如，100个单播流和5个多播流可以为10个客户提供10种方法和5个事件。

3.1 过载分析 网络过载意味着一个或多个连接的负载高于100%TSN我们可以从过载分析图中了解到，协议可以满足时序约束：

• 超过75个服务(3920个流)10%的网络超载
• 无论采用哪种方法，建议使用TSN该架构最多支持60-80个服务
• 连接：从CGW到PCU2.将其切换到1Gb/s增加网络容量

3.2 手动配置 流量优先级为手动配置：

• TSN机制：优先级、无整形手术、无整形手术：
• 根据截止日期手动调整流量分类：紧急服务的截止日期应小于10ms

整形对于ADAS由于服务数据流传输几乎没有效果：ADAS服务是低优先级数据流，整形不分段的报纸包用处不大；此外，抢占处理机制无效，因为超过截止日期的数据流不会是高优先级。从上图可以看出，数据流越多，在最坏情况下传输的截止日期就越短。

3.3 基于算法的配置 流量优先级算法简单

• TSN机制：优先机制，无整形手术
• 自动流量分类：不同类型的数据流将混合在所有优先级中

在此过程中，所有8个优先数据流都被传输，发现高优先数据流在截止日期后到达；与手动配置一样，抢占处理仍然无效，因为它被延迟有限的低优先数据包堵塞，整形手术只对内存有一点影响。整形手术减少内存使用的效果如下： 从上图可以看出，使用CBS减少每个设备的内存使用量最大值：97％，平均：12.3%。