【導讀】對於低數據速率設備
，工業設施和汽車製造商需要一種經濟高效的連接解決方案，而10BASE-T1S和10BASE-T1L可提供低成本且簡單的解決方案。

對於低數據速率設備，工業設施和汽車製造商需要一種經濟高效的連接解決方案，而10BASE-T1S和10BASE-T1L可提供低成本且簡單的解決方案。

您將了解到：

• 該標準如何將以太網引入到網絡的最邊緣
• 它為什麼完全符合分區架構的趨勢
• 它將如何降低布線複雜性並實現車輛工廠自動化

世界上充斥著大量數據通信協議
，其中大多數都是為了提供盡可能高的數據速率而設計的。但是，絕大多數設備（例如，開關和執行器）douhenjiandan
，buhuichanshenghailiangshuju，yincibuxuyaogaosutongxin。shijieshangyoushushiyizheyangdeshebei

，bingqieqishulianghaizaichengzhishujizengchang。yiduanshijianyilai，renmenxuyaodeshiyizhongjiandan、低成本的數據通信解決方案，同時它還要能夠為工業、汽車和其他市場中的所有此類設備提供服務。該解決方案已於2019年底以IEEE® 802.3cg標準的形式推出。我們將會看到，它具有巨大的潛力，因為它可將低成本的單對以太網布線引入到網絡邊緣。

這項標準由IEEE任務組發起，當時他們正在研究如何提供一種可以覆蓋遠距離的低速技術，並且這種技術可以通過單平衡對以太網電纜實現10 Mbps的數據速率。他們還希望在較短距離上實現多點通信功能。盡管10 Mbps聽起來不算多快，但對於控製開關、繼電器
、執行器或機械臂以及許多其他設備而言已經足夠
，並且在當時，“工業以太網”還無法以聚合的方式提供這些功能。

任(ren)務(wu)組(zu)中(zhong)的(de)汽(qi)車(che)製(zhi)造(zao)商(shang)要(yao)求(qiu)提(ti)供(gong)一(yi)種(zhong)覆(fu)蓋(gai)更(geng)短(duan)距(ju)離(li)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)
，這(zhe)種(zhong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)需(xu)要(yao)具(ju)備(bei)相(xiang)同(tong)的(de)基(ji)本(ben)功(gong)能(neng)和(he)多(duo)點(dian)通(tong)信(xin)功(gong)能(neng)，其(qi)中(zhong)每(mei)個(ge)節(jie)點(dian)連(lian)接(jie)到(dao)一(yi)根(gen)電(dian)纜(lan)
，因(yin)而(er)無(wu)需(xu)使(shi)用(yong)開(kai)關(guan)
，並(bing)且(qie)需(xu)要(yao)更(geng)少(shao)的(de)線(xian)路(lu)
、開關端口和收發器。這種解決方案將使用以太網實現從最低到最高的所有速度。最終，大多數人都如願以償，結果是以太網10BASE-T1S可覆蓋至少25 m的距離
，10BASE-T1L可覆蓋高達1 km的距離。而100BASE-T1和1000BASE-T1也被納入單對以太網（SPE）的範疇。傳輸介質的範圍涵蓋一根雙絞線到PC板或服務器背板上的其他線對配置和並行走線。與其他替代方案相比，所有這些都更易於安裝、更輕便、更靈活且成本更低（見表1）。

表1. 連接標準對比

基礎知識

除了最大傳輸距離之外，10BASE-T1S和10BASE-T1L之間還有兩個主要區別。首先，隻有10BASE-T1S提供多點通信和點對點連接能力。其次，隻有10BASE-T1S采用了物理層防衝突（PLCA），這是在汽車、工業和樓宇自動化等需要固定性能的實時應用中使用時的關鍵要素。PLCA專門設計用於10BASEase-T1S等半雙工、多點通信網絡，並且避免了多點通信混合段中發生載波偵聽多路訪問與衝突檢測（CSMA/CD）問題。

CSMA/CD可能會表現出由數據衝突引起的隨機延時。PLCA能夠提供克服這些限製的保證最大延時和其他特性。PLCA部署到位後
，傳輸周期從協調器節點（節點0）發送的信標開始
，網絡節點使用該信標進行同步。

在發送信標後，傳輸機會將傳遞給節點1。如果該節點沒有要發送的數據，則將傳輸機會讓給節點2

，依(yi)此(ci)類(lei)推(tui)，這(zhe)一(yi)過(guo)程(cheng)持(chi)續(xu)進(jin)行(xing)，直(zhi)到(dao)為(wei)每(mei)個(ge)節(jie)點(dian)提(ti)供(gong)至(zhi)少(shao)一(yi)次(ci)傳(chuan)輸(shu)機(ji)會(hui)。然(ran)後(hou)
，協(xie)調(tiao)器(qi)節(jie)點(dian)會(hui)發(fa)起(qi)一(yi)個(ge)新(xin)周(zhou)期(qi)，並(bing)發(fa)送(song)另(ling)一(yi)個(ge)信(xin)標(biao)。為(wei)了(le)防(fang)止(zhi)節(jie)點(dian)阻(zu)塞(sai)總(zong)線(xian)，jabbergongnenghuizaijiedianchuanshuchaoguofenpeideshijianshijiangqizhongduan，congeryunxuchuanshuxiayigejiedian。jieguoshiduishujutuntuliangmeiyouyingxiang
，zongxianshangyemeiyoufashengshujuchongtu。

圖1. 物理層防衝突（PLCA）

兩種解決方案都有可觀的好處
，最重要的是以太網在全球範圍內廣泛用於信息技術（IT）和操作技術（OT）領(ling)域(yu)，同(tong)時(shi)受(shou)到(dao)數(shu)百(bai)家(jia)公(gong)司(si)的(de)充(chong)分(fen)認(ren)可(ke)和(he)支(zhi)持(chi)。這(zhe)種(zhong)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de)成(cheng)本(ben)相(xiang)對(dui)較(jiao)低(di)且(qie)在(zai)不(bu)斷(duan)降(jiang)低(di)
，自(zi)其(qi)推(tui)出(chu)以(yi)來(lai)，還(hai)通(tong)過(guo)每(mei)次(ci)迭(die)代(dai)來(lai)保(bao)持(chi)其(qi)核(he)心(xin)結(jie)構(gou)。這(zhe)意(yi)味(wei)著(zhe)在(zai)係(xi)統(tong)中(zhong)使(shi)用(yong)以(yi)太(tai)網(wang)作(zuo)為(wei)主(zhu)要(yao)通(tong)信(xin)協(xie)議(yi)時(shi)，不(bu)需(xu)要(yao)協(xie)議(yi)轉(zhuan)換(huan)和(he)執(zhi)行(xing)協(xie)議(yi)轉(zhuan)換(huan)所(suo)需(xu)的(de)網(wang)關(guan)。

從最簡單的低數據速率交換機到高數據速率傳感器（例如，能產生大量數據並需要Gbps速度的攝像頭），renheleixingdeshebeidoukeyizaibujinxingzhuanhuandeqingkuangxiadedaozhichi。zhexieshebeijunkezaiyitaiwangjiaohuanjizhongjuhe，bingyongyitaiwangdezuigaoshujusulvfasongdaoyunduanjinxingchulihefenxi。

圖2. 從邊緣到雲端的以太網

對汽車製造商的益處

如果汽車製造商不僅要支持CAN總線，還要支持多個應用特定的標準，則為大多數功能采用單一協議可帶來極大的優勢。每個車型年份都會對ADAS係統進行增強，通常需要新的攝像頭、雷達、超聲波傳感器（未來還會有激光雷達），以及對信息娛樂和導航係統的改進。

這導致了在當今的車輛中
，普遍具有40種不同的線束、80到100個電子控製單元（ECU）和300根電線（總長2.5英裏，重達250磅）。由於各種應用所需的電纜類型多種多樣
，並且每種類型都有其自己的要求
，因此也麵臨著電磁兼容性（EMC）的問題。

為了滿足汽車將很快采用數億行代碼的要求（目前采用1億行代碼）

，汽車行業正在向基於以太網的分區電子/電氣（E/E）架構過渡
，這種架構將傳感器聚合到從分區網關到主幹的單鏈路中。

圖3. 網絡大趨勢

它幾乎完全基於以太網，其即插即用功能特別適合未來定義車輛的服務導向型環境。設備可以實時連接和斷開，而不會停機
，這是CAN總線的顯著優勢。也就是說，CAN總線多年來一直為汽車行業提供優質服務，並將繼續為其最適合的應用提供服務，因此它可能會存在很多年。

行業解決方案

盡管汽車行業將從10BASE-T1S中獲益最多，但出於以下幾個原因

，工業領域也可從10BASE-T1S和10BASE-T1L中獲益匪淺。首先，工業設施使用許多不同的通信技術來互連設備
，包括I2C到RS-485
、UART和CAN等。它們連接從控製櫃布線到溫度傳感器、HVAC執行器
、電梯、風扇

、電壓監視器
、直流到直流轉換器和其他模塊以及計算機背板等一切內容。其中許多設備僅需要低數據速率
，而這些標準正是為它們而設計的。

雖然還沒有成為主要的討論話題，但它可以通過連接使用各種短程無線解決方案（例如ZigBee®、藍牙®或Wi-Fi®）deshebei

，zaiwulianwangzhongfahuiguanjianzuoyong。zhengruxuduozaoqicaiyongzhesuolejiedenayang
，jiangwuxianyingyongyuwulianwangtingqilairongyi

，danshixianqilaifeichangkunnan。zhexiejiejuefanganxianranjiangzaigongyewulianwangzhongfahuijudazuoyong
，dankaolvdaoyitaiwangdeyoushi，tamenbuyidingshiweiyidejiejuefangan。

其次，10BASE-T1S的多點通信能力允許連接
、shanchuhuogenghuanxuduoshebei，erbuhuiyingxiangzhengtiwangluoxingneng，bingqiezhenggeguochengfeichangjiandan。zuihou，jihumeigesheshizhongdoucaiyongleyitaiwang，yincikeyitongguodanyibiaozhunshixiancongyunduandaobianyuandeyidong。haiyouyidianfeichangzhongyao，jisuizhegongyefazhandaodisidai，fenqufangfayezaigaishichangzhongdedaoyingyong，eryitaiwangshishouxuanjiejuefangan。haiyouyixieqitayoushi，danjinjinzhexiejiuzuyirangSPE極具吸引力。

首款收發器

實現10BASE-T1S需要為其提供支持的以太網收發器，而為10BASE-T1S提供服務的首款產品是Microchip的LAN867x係列以太網收發器。LAN8670/1/2允許創建多點通信和點對點網絡拓撲。它支持至少15 m的點對點鏈路段，其多點通信模式支持至少八個連接到最長25 m公共混合段的收發器。請注意
，這是IEEE規範中的“最小最大值”。當係統實現者驗證正確的操作時，發現可以支持更多節點和更遠距離。收發器由單個3.3 VDC電源供電
，並具有集成的1.8 VDC穩壓器
，其溫度範圍為-40°C到+125°C
，且符合工業EMC和EMI要求，適用於惡劣環境。

LAN8670/1/2支持通過標準MII/RMII接口與以太網MAC通信，集成的串行管理接口可在高達4 MHz的條件下提供快速寄存器訪問和配置。對物理介質的訪問由載波偵聽多路訪問/衝突檢測（CSMA/CD）或物理層防衝突（PLCA）進行管理，PLCA通過避免物理層衝突來實現高帶寬利用率，並支持在突發模式下傳輸多個數據包，適用於高數據包速率

、延時敏感型應用。

為了讓設計人員更輕鬆地轉移到10BASE-T1S，公司提供了適合許多Microchip MCU板的RMII和MII評估板，或者可以在用戶創建的設計中使用這些評估板。另一個評估板可以插入USB主機
，以成為10BASE-T1S節點，並且它隨附適用於Linux和Windows的驅動程序。此外，Microchip的MPLAB® Harmony開發框架還支持將10BASE-T1S技術與Microchip單片機和微處理器集成。

總結

IEEE 802.3cg SPE標準的發布恰逢工業4.0初具雛形之時。工業4.0和汽車行業正在競相簡化其臃腫的連接問題，同時每年也在增加更多傳感器和其他可連接設備。10BASE-T1S和10BASE-T1Ldouweijiangyitaiwangfugaifanweikuozhandaowangluobianyuanpupingledaolu，tongshiweishiyongjianyishuangxindianlanqiewuxuqianzhaosududedishujusulvshebeitigongzhichi。jianeryanzhi，tayongyouxianzhugaibianzhexieshebeizaigongyehuanjinghegezhongcheliangzhongdelianjiefangshideqianli。

（來源：Microchip，作者：Henry Muyshondt高級經理）

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