軟件如何推動對動態網絡管理的需求

想象一下，在不遠的將來，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（ADAS）功能，可以聯網，帶有各種軟件。

聯網汽車允許人們根據需要下載各種應用和服務。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用，遠程設置速度限制，甚至是距離限制。想要開車上山滑一周雪？可以為ADAS系統安裝安全軟件包，可更好地應對冰雪天氣，或許還可以對輪胎進行遠程診斷，檢查一切是否正常。或者安裝多區域音頻應用，驅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骨干網

當然，這些都是舉例說明，但其中一些情景很快就會成為現實。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，能夠升級到車輛設計時甚至都沒有構想到的功能

?   車載網絡連接汽車上所有的計算機、傳感器和執行器，能夠支持新應用生成的數據流量和通信模式

這些新要求以基于以太網的車載網絡主干網為重點，與當前的工作方式沖突，即所有數據流量在設計時靜態決定，系統針對特定假設進行優化，而不了解未來的應用需求。

特別是，以太網交換機使用IEEE音視頻橋接（AVB）和時間敏感網絡（TSN）標準，根據流量的重要程度對流量進行分類和優先排序。以太網交換機和網絡處理器使用廣義精確時間協議（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、雷達和激光雷達）觀察到的對象組合起來。

想了解有關汽車架構的更多知識嗎？歡迎訪問恩智浦汽車網絡頁面。

更改網絡或TSN配置中的某些內容不再是單個實體的任務。相反，它需要更改與車輛網絡相關的幾個網絡控制器、處理器和以太網交換機的配置。

1.       定義每個聯網組件上需要更改的內容

2.       定義如何將此新配置部署到通常來自不同供應商的網絡設備

解決這個問題需要一個抽象模型，能夠以統一的方式總結每個設備的功能，以及如何配置和更新它們。

例如，經典平臺上的AUTOSAR?軟件提供了所有聯網設備的通用配置視圖，但它僅支持一組有限的網絡功能，它是靜態的，并且在部署到車輛后不支持動態配置更新。

而IEEE定義了幾個標準來建模和配置網絡。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

-        捕獲所有應用要求

-        集中式網絡配置（CNC）

?   集中式網絡配置（CNC）模塊

-        了解網絡實際硬件的所有具體功能

-        能夠為網橋、監聽器、通話器等每個網絡設備計算新的網絡配置

?   一種名為YANG的通用抽象數據建模語言（圖2）

-        能夠捕獲和建模網絡命令，然后每個目標設備都可以解析這些命令

這種軟件定義網絡（SDN）模式可利用軟件來引導網絡上的流量，以解決以前網絡架構的局限性。SDN基于軟件，而非基于硬件的傳統網絡。它可以更加靈活地控制網絡、更改配置、調配資源和提升網絡容量。

圖1：符合IEEE 802.1Qcc的SDN架構

圖2：描述網絡配置的YANG模型示例

下載YANG模型

當然，IEEE標準就是這樣。它們具體說明了需要發生什么，但沒有說明如何發生。有幾種工具可以實現IEEE標準。圖3顯示了可將YANG模型部署到實際網絡的一些工具。

這些工具支持：

?   聯網設備查詢網絡的功能和狀態，并生成新服務請求或更新現有服務

?   CNC模塊查詢任何聯網設備的狀態，并生成配置消息并將其傳輸到任何聯網設備

每個工具在以太網幀中的編碼YANG數據方式（例如二進制或明文）、數據傳輸方式（TCP或UDP、安全或非安全等）以及網絡主機所需的資源類型（例如POSIX、AUTOSAR或RTOS）等方面各不相同。

圖3：能夠實現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換為與實現聯網設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，這些軟件包能夠將YANG模型中所述的抽象配置編譯成具體設備的寄存器設置。

恩智浦正為產品組合中的幾個器件開發此類驅動程序，這些器件包括SJA1110 10 10 10端口TSN以太網交換機和S32G車聯網處理器。

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

恩智浦堅信，軟件定義網絡將成為汽車網絡的現實，相應的解決方案需要基于標準。

結語

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，這些硬件可以動態地重新配置，適應未來的汽車功能。這將影響汽車中安裝的數個電子控制單元（ECU）的計算單元以及車載網絡。

更新由不同廠商制造的ECU和芯片組成的分布式系統時，需要標準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準化解決方案，目前正在開發必要的軟件，為關鍵網絡產品（如S32G處理器和SJA1110以太網交換機）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

恩智浦半導體汽車RT控制器產品經理

Nicola Concer是恩智浦汽車RT控制器產品經理，專注于電氣化和區域EE架構市場。在此之前，他擔任了七年的恩智浦以太網交換機產品經理。Nicola擁有博洛尼亞大學的計算機科學博士學位，博洛尼亞大學與意法半導體和紐約哥倫比亞大學合作。