INICnet?技術簡化車載音頻和聲學功能的實現
2020-06-05
作者：Microchip Technology Inc K2L GmbH & Co. KG 市場銷售經理 Carmelo De Mola
來源：Microchip
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。愿景是建立一個“單一技術網絡”，而目前的解決方案是采用在滿足汽車需求的其他領域擁有可靠業績記錄的以太網技術。這種方案雖然解決了許多汽車聯網難題，但是在某些信息娛樂、音頻和聲學用例中也帶來了其他挑戰。特別是音頻信號傳輸方面，需要配備大量昂貴的硬件和軟件組件，這是當前面臨的主要挑戰。而克服每一項挑戰都將是一個復雜且耗資巨大的過程，并且可能會增加設計的風險與成本，影響新車上市時間。
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并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，為什么還需要另一種開放標準呢？
通過分析當今汽車行業面臨的挑戰，我們可以找到答案。為了應對消費類產品的快速更新換代，業界往往一邊致力于提高創新性，一邊努力嘗試節省成本。而這項挑戰的核心是汽車電子。從圖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（即更復雜的駕駛員輔助、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
這導致車輛內部的不同組件與其基礎結構之間存在大量數據交換，而且未來只會不斷增加。這給車載網絡帶來了新的負擔，傳統的車載網絡通常是基于域的網絡（例如CAN、Flexray、LIN和MOST），可根據通信的帶寬和實時要求涵蓋不同類型數據的專用任務。因此，將基于域的架構替換為主干方案變得越來越普遍，在主干方案中，基于非屏蔽雙絞線（UTP）的高速以太網主干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，并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。
以信息娛樂系統、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），但在軟件中實現起來非常復雜并且要求具備專門用于處理網絡的高性能計算能力。高性能單片機上復雜軟件協議棧的實現成本可能會抵消網絡標準的所有優勢。
那么，業界如何在不增加實現成本的情況下為音頻、聲學和信息娛樂系統部署網絡標準呢？
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面管理，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，并且由于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制、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技術支持幻象電源并提供全面的診斷，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于，音視頻應用可以基于INICnet技術運行，因為這種技術以本機格式處理音頻或視頻數據，從而幫助開發人員將更多精力集中在他們的應用上，減少在復雜的數據轉換或網絡任務方面的投入。另一大優勢是，由于INICnet技術支持本地以太網數據包，并通過其設備之一（例如中央處理單元）連接到車輛主干網的其余部分，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。
對于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后能夠重復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，并允許INICnet技術的以太網通道以完全透明的方式集成到基于IP的現有系統中，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提供面向低延時應用（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）的全系列應用特定產品，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，并且可以根據情況自動更改其模式（例如，在發生車禍后網絡損壞并且駕駛員希望進行緊急呼叫時）。
圖4：Microchip的INICnet系列，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?？梢灾С諭NICnet技術的網絡資源管理和網絡配置?？捎玫腎P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系統管理功能（例如設備控制）。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，并且預計將在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，并且正在與Microchip專家合作，希望能夠借鑒我們以往的技術成果。