INICnet技術簡化車載音頻和聲學功能的實現
發布時間:2020-06-18 來源:Carmelo De Mola,MicrochipTechnology Inc 責任編輯:wenwei
【導讀】多年來,汽車行業一直在努力提高聯網技術在車輛中的普及程度。願景是建立一個“單一技術網絡”,而(er)目(mu)前(qian)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)是(shi)采(cai)用(yong)在(zai)滿(man)足(zu)汽(qi)車(che)需(xu)求(qiu)的(de)其(qi)他(ta)領(ling)域(yu)擁(yong)有(you)可(ke)靠(kao)業(ye)績(ji)記(ji)錄(lu)的(de)以(yi)太(tai)網(wang)技(ji)術(shu)。這(zhe)種(zhong)方(fang)案(an)雖(sui)然(ran)解(jie)決(jue)了(le)許(xu)多(duo)汽(qi)車(che)聯(lian)網(wang)難(nan)題(ti),但(dan)是(shi)在(zai)某(mou)些(xie)信(xin)息(xi)娛(yu)樂(le)、音(yin)頻(pin)和(he)聲(sheng)學(xue)用(yong)例(li)中(zhong)也(ye)帶(dai)來(lai)了(le)其(qi)他(ta)挑(tiao)戰(zhan)。特(te)別(bie)是(shi)音(yin)頻(pin)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)方(fang)麵(mian),需(xu)要(yao)配(pei)備(bei)大(da)量(liang)昂(ang)貴(gui)的(de)硬(ying)件(jian)和(he)軟(ruan)件(jian)組(zu)件(jian),這(zhe)是(shi)當(dang)前(qian)麵(mian)臨(lin)的(de)主(zhu)要(yao)挑(tiao)戰(zhan)。而(er)克(ke)服(fu)每(mei)一(yi)項(xiang)挑(tiao)戰(zhan)都(dou)將(jiang)是(shi)一(yi)個(ge)複(fu)雜(za)且(qie)耗(hao)資(zi)巨(ju)大(da)的(de)過(guo)程(cheng),並(bing)且(qie)可(ke)能(neng)會(hui)增(zeng)加(jia)設(she)計(ji)的(de)風(feng)險(xian)與(yu)成(cheng)本(ben),影(ying)響(xiang)新(xin)車(che)上(shang)市(shi)時(shi)間(jian)。
相比之下,全新的INICnet技術不但可提供所有必需的音頻功能(例如以高質量服務和低延時並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,這項技術還提供以太網/IP通道,支持軟件下載(包括無線OTA)和診斷等用例,以及與汽車網絡的其他部分無縫連接。
但是,汽車領域目前已經擁有眾多協議,為什麼還需要另一種開放標準呢?
通(tong)過(guo)分(fen)析(xi)當(dang)今(jin)汽(qi)車(che)行(xing)業(ye)麵(mian)臨(lin)的(de)挑(tiao)戰(zhan),我(wo)們(men)可(ke)以(yi)找(zhao)到(dao)答(da)案(an)。為(wei)了(le)應(ying)對(dui)消(xiao)費(fei)類(lei)產(chan)品(pin)的(de)快(kuai)速(su)更(geng)新(xin)換(huan)代(dai),業(ye)界(jie)往(wang)往(wang)一(yi)邊(bian)致(zhi)力(li)於(yu)提(ti)高(gao)創(chuang)新(xin)性(xing),一(yi)邊(bian)努(nu)力(li)嚐(chang)試(shi)節(jie)省(sheng)成(cheng)本(ben)。而(er)這(zhe)項(xiang)挑(tiao)戰(zhan)的(de)核(he)心(xin)是(shi)汽(qi)車(che)電(dian)子(zi)。從(cong)圖(tu)1中可以看出,典型車輛中的電子元件數量正在逐年迅速增加,再加上車輛電氣化的三大趨勢(即更複雜的駕駛員輔助、自動駕駛和不斷增強的車內連接),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zhe導dao致zhi車che輛liang內nei部bu的de不bu同tong組zu件jian與yu其qi基ji礎chu結jie構gou之zhi間jian存cun在zai大da量liang數shu據ju交jiao換huan,而er且qie未wei來lai隻zhi會hui不bu斷duan增zeng加jia。這zhe給gei車che載zai網wang絡luo帶dai來lai了le新xin的de負fu擔dan,傳chuan統tong的de車che載zai網wang絡luo通tong常chang是shi基ji於yu域yu的de網wang絡luo(例如CAN、Flexray、LIN和MOST),可ke根gen據ju通tong信xin的de帶dai寬kuan和he實shi時shi要yao求qiu涵han蓋gai不bu同tong類lei型xing數shu據ju的de專zhuan用yong任ren務wu。因yin此ci,將jiang基ji於yu域yu的de架jia構gou替ti換huan為wei主zhu幹gan方fang案an變bian得de越yue來lai越yue普pu遍bian,在zai主zhu幹gan方fang案an中zhong,基ji於yu非fei屏ping蔽bi雙shuang絞jiao線xian(UTP)的高速以太網主幹網絡可以滿足聯網要求。
當前,以太網已成為一種成熟且價格合理的技術,它在市場上表現出明顯的優勢。UTP可以幫助降低開發成本、減少項目風險和縮短新車上市時間。但是,並非在車載網絡內交換的所有數據本身都可以作為數據包數據使用。
以信息娛樂係統、聲學應用(例如,主動降噪(ANC))和乘客間交流中的音頻數據為例,通過以太網實現此類應用意味著需要使用音頻視頻橋接(AVB)等特殊標準,這些標準可滿足音頻應用的所有要求(例如同步、低延時和可靠性),但(dan)在(zai)軟(ruan)件(jian)中(zhong)實(shi)現(xian)起(qi)來(lai)非(fei)常(chang)複(fu)雜(za)並(bing)且(qie)要(yao)求(qiu)具(ju)備(bei)專(zhuan)門(men)用(yong)於(yu)處(chu)理(li)網(wang)絡(luo)的(de)高(gao)性(xing)能(neng)計(ji)算(suan)能(neng)力(li)。高(gao)性(xing)能(neng)單(dan)片(pian)機(ji)上(shang)複(fu)雜(za)軟(ruan)件(jian)協(xie)議(yi)棧(zhan)的(de)實(shi)現(xian)成(cheng)本(ben)可(ke)能(neng)會(hui)抵(di)消(xiao)網(wang)絡(luo)標(biao)準(zhun)的(de)所(suo)有(you)優(you)勢(shi)。
那麼,業界如何在不增加實現成本的情況下為音頻、聲學和信息娛樂係統部署網絡標準呢?
答案就是INICnet技術。INICnet技術將在2021年成為開放的ISO標準,它支持高質量服務的音頻和視頻通道,這些通道可以通過INICnet IC或配套的精簡軟件進行全麵管理,因此工程師無需額外的開發工作即可處理網絡上的通信。INICnet技術提供UTP或同軸電纜作為物理層,並且由於每個節點都有自己的MAC地址,因此可與以太網完全兼容。此外,它還支持與以太網相關的所有機製、尋址模式和數據包大小。


圖2: INICnet技術與以太網共存
INICnet技術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。兩種選項均支持環型或菊花鏈,50 Mbps通過UTP實現,而150 Mbps通過同軸電纜實現。
INICnet技術支持幻象電源並提供全麵的診斷,無需額外的觸發電纜。圖2說明了INICnet技術和以太網網絡如何共存。這種網絡架構的優勢在於,音視頻應用可以基於INICnet技ji術shu運yun行xing,因yin為wei這zhe種zhong技ji術shu以yi本ben機ji格ge式shi處chu理li音yin頻pin或huo視shi頻pin數shu據ju,從cong而er幫bang助zhu開kai發fa人ren員yuan將jiang更geng多duo精jing力li集ji中zhong在zai他ta們men的de應ying用yong上shang,減jian少shao在zai複fu雜za的de數shu據ju轉zhuan換huan或huo網wang絡luo任ren務wu方fang麵mian的de投tou入ru。另ling一yi大da優you勢shi是shi,由you於yuINICnet技術支持本地以太網數據包,並通過其設備之一(例如中央處理單元)連接到車輛主幹網的其餘部分,因此可以通過無線方式快速更新每個INICnet設備中的固件。中央處理單元中不需要網關應用,因為每個INICnet設備都可以通過其自己的惟一MAC地址直接尋址。
對於INICnet技術的以太網通道,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,以便在驅動程序更新後能夠重複使用針對其他技術編寫的軟件。目前,Linux和QNX的驅動程序可與INICnet IC結合使用,並允許INICnet技術的以太網通道以完全透明的方式集成到基於IP的現有係統中,這樣開發工程師就不必擔心底層聯網技術。


圖3: ISO/OSI模型中的INICnet技術
Microchip提供麵向低延時應用(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用)的全係列應用特定產品,如圖4所示。每個INICnet IC都可以配置為網絡主器件或網絡從器件,並且可以根據情況自動更改其模式(例如,在發生車禍後網絡損壞並且駕駛員希望進行緊急呼叫時)。



圖4:Microchip的INICnet係列,可擴展接口選項由應用中心驅動
Microchip的UNICENS統一集中式網絡協議棧可以支持INICnet技術的網絡資源管理和網絡配置。可用的IP協議棧(例如SOME/IP協議棧)或任何其他遠程過程調用(RPC)技術都可以支持所有其他係統管理功能(例如設備控製)。UNICENS是一個開源應用程序,可免費使用。憑借此應用程序,用戶可以在單個設備中配置整個網絡;這樣便可實現不需要單片機的設備,例如麥克風節點。如果網絡中存在僅處理以太網通信的節點(例如智能天線),則此類節點不需要包含任何類型的網絡軟件。更妙的是,如果數據是在以太網內部生成,還可以在不使用單片機的情況下設計節點。
市場已經漸漸認識到INICnet技術的優勢。早在2018年,就已經有汽車OEM率先采用了這項技術,並且預計將在2020年開始生產。此外,許多來自全球不同地區的OEM和1級供應商也已紛紛開始對這項技術進行評估,並且正在與Microchip專家合作,希望能夠借鑒我們以往的技術成果。
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