分析特斯拉AP3.0（FSD版）域控制器（下）車載以太交換器

上圖為英偉達 PX2 架構(gòu)，與特斯拉高度近似，F(xiàn)SD 可以看成看做 Parker 與 GPU 合二為一，省去了非常昂貴的 PCIe 交換機。

以太網(wǎng)的 PHY 即物理層是模擬混合芯片，通常都與運算芯片分開，像 FSD 這種大規(guī)模數(shù)字運算芯片不大可能集成，應該和 AP2.5 一樣還是 88EA1512。?MCU 估計還是沿用英飛凌的 TC297t。這是目前接口最豐富，也達到 ASIL-D 級 MCU 的唯一選擇。88EA6321 還是處于核心位置，連接兩個 FSD，同時可能還有 GPS 和以太網(wǎng)診斷，PX2 則有兩路激光雷達輸入，特斯拉沒有激光雷達，毫米波雷達用博世的，只有 CAN 輸出，如果是以太原始數(shù)據(jù)輸出，那么需要 FFT 快速傅里葉變換，這通常是 DSP 處理的，板子上沒有看到此類器件，且博世毫米波雷達也不提供以太網(wǎng)輸出。也就是說特斯拉沒有用傳感器融合，完全靠視覺系統(tǒng)。

?以太網(wǎng)交換器主要工作內(nèi)容 L2 層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，目的 MAC 地址為廣播地址（0xffffffff）的包，在 vlan 內(nèi)廣播出去；目的 MAC 地址為組播地址的包，進行組播流程的處理；對于單播包，查找 L2 TABLE，如果沒有找到，就在 vlan 內(nèi)進行洪泛；如果找到，檢查表項中的 L3bit 是否設置，如果設置了 L3 bit，就進行 L3 流程的轉(zhuǎn)發(fā)；否則就轉(zhuǎn)發(fā)到 L2 TABLE 表項中的端口。Marvell 的新產(chǎn)品增加了 L3 靜態(tài)路由的支持，可以手動配置網(wǎng)絡。

上圖為 88E6321 的內(nèi)部框架圖，這是一個針對汽車 EAVB 的 7 口以太交換機，有兩個 IEEE10/100/1000BASE-T/TX/T 接口（對應傳統(tǒng)的 RJ45 即我們常說的水晶頭），兩個 RGMII/xMII 接口或一個 GMII 接口，2 個 SGMII / Serdes 接口，1 個 RGMII/xMII 接口，MII 即 MediumIndependent Interface，RMII 為 ReducedMII，SMII 為 Serial MII，GMII 是 Giga MII。MII（Media Independent Interface）即媒體獨立接口，MII 接口是 MAC 與 PHY 連接的標準接口。

它是 IEEE-802.3 定義的以太網(wǎng)行業(yè)標準。10/100/1000BASE-T/TX/T 指傳輸線纜。Port2、5、6 可以配置為 MAC 模式或者 PHY 模式，均支持 RGMII/RMII/MII，2、6Port 還支持 GMII。Port3、4 支持 10、100、1000M 自適應以太網(wǎng)接口。Port0、1 支持 100M、1000M 光口（SFP）。?88E6321 自 2014 年底推出，博世也用其做過網(wǎng)關(guān)演示。國內(nèi)也有不少有使用。?EAVB（Ethernet+Audio+VideoBridging）不是嚴格意義上的汽車以太網(wǎng)標準，它是 IEEE 的 802.1 任務組于 2005 開始制定的用于車載實時音視頻的傳輸協(xié)議集。

但是 EAVB 一直沒推廣開，原因在于汽車領(lǐng)域內(nèi)傳輸音視頻流最典型的應用是后座娛樂系統(tǒng)，這種系統(tǒng)不太考慮延遲，那就是哄小孩的。而其他應用大多是純視頻，EAVB 需要硬件壓縮然后再解壓，這就大幅度增加成本。

純視頻可以采用低成本傳輸方式，比如 GMSL、MIPI 或 FPDLINK。在 2012 年 11 月，將 EAVB 小組改名為 TSN，就是時間敏感網(wǎng)絡。這才是嚴格意義上的汽車以太網(wǎng)標準。TSN 不是一個標準，而是一系列標準，也可看做多個工具的工具盒。

AVB 核心標準包括：

- IEEE802.1AS：精準時鐘定時和同步（gPTP）；

- IEEE802.1Qat：流預留協(xié)議（SRP）；

- IEEE802.1Qav：時間敏感流的轉(zhuǎn)發(fā)和排隊（FQTSS）；

- IEEE802.1BA：音頻視頻橋接系統(tǒng)，定義 AVB 配置文件。

TSN 核心工具

TSN 相對 EAVB 來說最強的地方在于對 L4 的支持，即 802.1CB 協(xié)議。這也是 L4 級無人駕駛必須用 TSN 的主要原因，也只有 TSN 能讓整個系統(tǒng)達到功能安全的最高等級 ASIL D 級。同樣，與自適應 AUTOSAR 的捆綁程度也比較高。此外， 與傳統(tǒng)的 IP/VLAN 路由相比，TSN 有幾大優(yōu)勢：沒有 CPU 運算能力和帶寬瓶頸限制，和其他 ECU 沒有交叉依賴，有更快的并行啟動，交換和 MCU 有獨立的 Reboot，高度的靈活性。特斯拉的兩片 FSD 是加強算力，而非是一片做冗余系統(tǒng)。

眾所周知，L4 級無人駕駛需要一個冗余處理器，但是主處理系統(tǒng)和冗余處理系統(tǒng)之間的通訊機制如何建立？這就是 802.1CB 的用武之地了。802.1CB 是兩套系統(tǒng)間的冗余，芯片之間的冗余還是多采用 PCIE 交換機的多主機 fail-operational 機制，兩者有相似之處。

對于非常重要的數(shù)據(jù)，802.1CB 會多發(fā)送一個數(shù)據(jù)備份，這個備份會沿著最遠離主數(shù)據(jù)路徑交集的路徑傳輸。如果兩個數(shù)據(jù)都接收到，在接收端把冗余幀消除，如果只接受到一幀數(shù)據(jù)，那么就進入后備模式。在 ISO/IEC 62439-3 中已經(jīng)定義了 PRP 和 HSR 兩種冗余，這種屬于全局冗余，成本較高，802.1CB 只針對關(guān)鍵幀做冗余，降低了成本。802.1CB 標準的制定主要依靠思科和博通。

802.1CB 也可以縮寫為 FRER。

FRER 不僅能提供雙失效冗余，也可以提供多失效冗余。

802.1CB 也有簡單的失效原因分析機制：

上圖為 88Q5050 內(nèi)部框架圖，只是增加了 3 路，并且還有兩路是 Mbps 級，升級不多。?目前已經(jīng)量產(chǎn)的最頂級車載以太網(wǎng)交換芯片是博通的 BCM53162，可以對應 4 路 2.5GbE，售價高達 650 美元（Mouser 報價，100 片起，萬片起的話，價格估計降到 250-300 美元）左右。NXP 則有兩款價格很低的車載以太網(wǎng)交換芯片，中國臺灣的瑞昱也有一款車載以太網(wǎng)交換芯片，性價比很高。

上圖為 BCM53162 應用圖

上圖為 BCM53162 內(nèi)部框架圖

博通對 BCM53162 似乎沒有下力氣推廣，2019 年 3 月就推出了 BCM8956X 和 BCM8988X，但具體參數(shù)未對外披露。

88Q5050 總帶寬偏低，在 2019 年 9 月，Marvell 又推出了 88Q5072 和 88Q6113，自然也滿足 TSN 標準。目前 Marvell 的旗艦是 88Q6113。

88Q6113 放棄低帶寬的 100/1000Base-T 接口，大量增加 SGMII。

NXP 的車載以太網(wǎng)交換芯片以高性價比著稱，目前 NXP 有兩款車載以太網(wǎng)交換芯片，一片是 2016 年中期推出的 SJA1105TEL，另一片是剛剛在 2020 年 1 月推出的 SJA1110。SJA1105 是針對 EAVB 網(wǎng)絡，SJA1105TEL 則增加了對 TSN 的支持，為了降低成本，SJA1105 內(nèi)部沒有 Phy，需要外置 Phy，NXP 推薦 TJA1101/TJA1102/TJA1110。端口也比較少，只有 5 口。

上圖為 SJA1105 的四種典型應用方式

上圖為 NXP 的自動駕駛開發(fā)原型藍盒子 Bluebox 的內(nèi)部框架，使用多達 3 個 SJA1105 交換。LS2 是 NXP 的 Layerscape 系列高性能處理器，LS2084 和 LS2088 都擁有 8 個 A72 核，LX2160A 則針對車載市場，擁有 16 個 A72 核，超越特斯拉的 FSD。圖中的 TJA1145 是 CAN-FD PHY，主要對應高分辨率毫米波雷達。AQR107 是 Aquntia 公司（已經(jīng)被 Marvell 收購）的 10Gbps 的以太 Phy，主要對應 V2X。

上圖為 SJA1110 內(nèi)部框架圖，特別強調(diào)了功能安全，能讓整個 ECU 達到 ASIL-D 級。也增加了一個 100Base-T1 的 Phy，T1 是 IEEE 針對 100Mb/s 汽車以太網(wǎng)的規(guī)范，也可以將其稱為 IEEE802.3bw，基本可等同于 Broad-R-Reach Phy。還有一個 100Base-TX，可等同于 RJ45 接口。也支持多 G 的 SGMII。

SJA1110 的主要應用，特別提出量產(chǎn)級 Autosar 驅(qū)動，兼容 TTTech 的 MotionWise 中間件。溫度等級達到了 AEC Q-1 級而不是通常的 2 級。特斯拉的 FSD 很可能是 3 級。?中國臺灣瑞昱則有一款 RTL9047AA-VC 車載以太網(wǎng)交換，主要針對 24V 的重載車或帶有拖車的 360 全景加 ADAS 系統(tǒng)的網(wǎng)關(guān)而設計的。

瑞昱特別考慮降低系統(tǒng)的整體成本，內(nèi)部是有 5 個 100Base PHY，支援 4 組內(nèi)轉(zhuǎn) LDO for MAC port E0、E1、AVDD12 和 DVDD12,節(jié)省 LDOcost 及 PCB 空間。使用 API code 可不須外掛 FLASH。

RTL9047AA 的典型應用

特斯拉的交換器端口有兩三個都沒用，將來加上 V2X 或熱成像傳感器也很容易。特斯拉的設計中規(guī)中矩，并無多少創(chuàng)新之處，只不過傳統(tǒng)車廠比較謹慎（傳統(tǒng)車廠恐難以接收 EAVB 做自動駕駛的核心交換），步子小了點，才顯得特斯拉比較先進。