以太網休眠喚醒利器—OPEN Alliance TC10

概述

        TC10 為OPEN Alliance 中的一個技術委員會小組，專注于研究基于車載以太網的休眠喚醒機制，旨在為汽車應用場景提供靈活的休眠喚醒解決方案。該小組提出的休眠喚醒規范（《TC10 Sleep/Wake-up Specification》，以下簡稱TC10規范）作為對IEEE 802.3系列規范的補充，詳細定義了以太網PHY的休眠喚醒過程、新增服務原語和接口、時間參數、指令描述等內容。目前，TC10已經發布了適配10Base-T1S、100Base-T1、1000Base-T1和MultiGBase-T1等類型的以太網休眠喚醒規范，本文將以1000Base-T1為示例，詳細介紹TC10規范。

服務原語

圖 1 TC10 1000Base-T1 PHY服務原語示意圖

        服務原語是PHY提供的與上層模塊間交互的指令，用于實現上層對PHY的行為控制和狀態監控，TC10規范在IEEE 802.3bq規范的基礎上，新增了與休眠喚醒相關的服務原語接口供上層調用，如圖 1所示。以下是幾個主要服務接口的介紹。

        · Sleep.request：睡眠請求，控制PHY的開始睡眠行為，PHY收到該請求后，會向鏈路伙伴（Link Partner）發起睡眠協商過程。

        · Sleep.indication：睡眠指示，表示PHY接收到了來自鏈路伙伴的睡眠指令。

        · SleepFail.indication：睡眠失敗指示，表示睡眠過程的中止或者睡眠協商失敗。

        · Wakeup.request：喚醒請求，控制PHY開始喚醒行為，PHY接收到該請求后，會生成喚醒指令。

        · Wakeup.indication：喚醒指示，表示PHY檢測到喚醒事件，該喚醒事件可能來自ECU的本地喚醒，也可能來自鏈路伙伴的遠程喚醒請求。

        · WakeupForward.request(可選)：喚醒轉發請求，表示當前端口的喚醒事件是從其他端口轉發過來的，通常由Switch節點實現。

        · WakeupForward.indicaion(可選)：喚醒轉發指示，表示IO接口或MDI接口接收到喚醒轉發請求，需要將某個端口接收到的喚醒事件轉發至其他端口，通常由Switch節點實現。

指令

        TC10定義了三個以太網鏈路指令，用于控制器PHY和PHY之間的休眠喚醒交互，分別是LPS、WUR和WUP。

        · LPS(Low Power Sleep)：該指令表示發送節點的休眠意愿，當ECU滿足休眠條件后，會向鏈路伙伴發送LPS指令。

        · WUR(Wake-Up Request) & WUP(Wake-Up Pulse)：WUR和WUP均表示喚醒請求，當控制器需要喚醒其他節點時，需要向鏈路伙伴發送喚醒請求。二者的區別在于：當檢測到與鏈路伙伴間的以太網Link狀態為Link Up時，發送WUR；當檢測到與鏈路伙伴間的以太網Link狀態為Link Down時，發送WUP。

休眠

        與CAN超時休眠的過程不一樣，為避免以太網休眠后其鏈路伙伴檢測到PHY 的Link Down錯誤， 以太網鏈路兩端的節點在進行休眠時需要進行“協商過程”，具體流程如圖 2所示。

       1）假設ECU1首先滿足休眠條件，則其作為休眠發起者，向其鏈路伙伴發送LPS指令；

       2）ECU2接收到LPS指令后，會根據自身需求判斷是否滿足休眠條件，若滿足，則ECU2也會向ECU1發送LPS指令；

       3）ECU1和ECU2后續會進入到Silent模式。在Silent模式下，PHY的PMA TxMode會處于Send_Z 模式（即發送全0信號）；

       4）當ECU監聽到對端節點的Send_Z信號后，滿足休眠條件并進入Sleep狀態。

圖 2 TC10 1000Base-T1 PHY 休眠時序示意圖

喚醒

        · 喚醒時序

        PHY的喚醒流程如圖 3所示。

       1）假設ECU1有喚醒遠程節點的需求，ECU的P1端口根據本地PHY的Link狀態，發送WUR或者WUP喚醒請求；

       2）ECU2的P2端口收到來自的P1的喚醒請求后，和P1端口間Link Up；

       3）ECU2作為Switch節點，還需要根據自身配置，判斷是否需要對來自P2端口的喚醒指令進行轉發，如果需要，則ECU2的P3端口也會向下游節點發送喚醒指令。

圖 3 TC10 1000Base-T1 PHY喚醒時序示意圖

        · PN 實現部分網絡喚醒

        隨著汽車智能化的不斷發展，整車控制器的數量逐漸增多，PN（Partial Network）的實現為整車節能策略的設計提供了更多靈活性。在某些功能場景下，同一個網段內只需要喚醒車輛系統的部分控制器工作，其他控制器則可以維持在休眠狀態。基于以太網鏈路的PN實現與基于CAN網絡協議的PN實現類似，在網絡系統中，可以根據不同功能需求，將控制器進行網絡功能域（Domain）劃分，如圖 4所示。

圖 4 系統內Domain劃分示意圖

        ECU1、ECU2和ECU3位于Domain1，ECU3~ECU5位于Domain2。需要注意的是，同一個控制器可以位于不同的Domain中，但當該控制器處于多個Domain中，該控制器則不適合作為該域的喚醒源。假設ECU1本地喚醒后，向Switch節點的P1端口發送喚醒請求。同時，Switch可根據P1的配置，將喚醒指令轉發至同一個Domain的其他端口，即P2和P3端口，而不會轉發至P4和P5端口。隨后，P2和P3端口分別與ECU2和ECU3開始喚醒流程，最終Domain1內的所有節點均處于喚醒狀態，如圖 5所示。

圖 5系統PN喚醒示意圖

總結

        TC10為車載以太網的休眠喚醒機制提供了統一的技術規范，特別是在汽車ECU數量不斷增加、網絡復雜度日益提升的背景下，TC10規范通過定義PHY的新增服務原語和接口、時間參數、指令描述和休眠喚醒過程時序等內容，為車載網絡的節能設計和功能實現提供了重要支持。通過引入LPS、WUR和WUP等指令，TC10規范確保了以太網鏈路的休眠喚醒過程能夠高效、可靠地進行。此外，PN的實現進一步提升了整車節能策略的靈活性，使得在特定功能場景下，能夠僅喚醒部分網絡節點，從而降低整車功耗。

        總的來說，隨著汽車電子架構的不斷演進，TC10規范將在車載網絡的節能優化和功能實現中發揮越來越重要的作用。那么圍繞TC10的實現，我們應開展相關的哪些測試呢？將在下一期為大家揭曉。

        經緯恒潤作為OPEN聯盟會員和AUTOSAR聯盟的高級合作伙伴，長期為國內外各大OEM和供應商提供涵蓋TCP/IP、SOME/IP、DoIP、AVB、TSN、DDS等技術領域的設計和測試咨詢服務，積極研發和探索車載網絡前沿技術的工程應用。通過多個項目的實踐經驗，已建立了高質量、本土化的設計與測試一體化解決方案，為整車網絡架構提供可靠支持。

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