ZHCY224 October   2025 AM263P4-Q1 , TAS6754-Q1

 

  1.   1
  2.   概述
  3.   内容概览
  4.   简介
  5.   5
    1.     启用实时控制和时间敏感型数据
    2.     以太网拓扑:环形与星形
    3.     以太网环形架构实施
    4.     使用 AVB 将音频播放添加到以太网主干中
    5.     区域架构中的音频
    6.     在 ZCM 中实施 AVB
  6.   结语
  7.   其他资源

以太网拓扑:环形与星形

许多第一代区域架构采用星形拓扑,其中 CCU 与每个 ZCM 通过点对点以太网直接连接。因此,每个 ZCM 之间的通信要么通过 CCU 转发,要么通过额外的点对点以太网连接,实现从右侧 ZCM 到左侧 ZCM 的直接区域间通信。另一种方式是环形拓扑,即将所有节点连接成闭环,使数据可以在环路中以顺时针和逆时针进行双向传输。图 2 中比较了环形拓扑与星形拓扑的差异。

 正常运行中的环形与星形通信路径图 2 正常运行中的环形与星形通信路径

图 3 演示了以太网链路发生故障时的两种拓扑的表现情况。环形拓扑通过交替的单向以太网保持与所有区域的通信。此外,环形拓扑通过双向同时传输数据消除了切换时间,因此即使一条路径发生故障,数据也能立即沿另一条路径继续传输,这对于 ECU 间安全关键型数据的传输至关重要。相比之下,当星形拓扑网络中的某条以太网连接断开时,与该 ZCM 的所有通信将立即中断,迫使其进入受限运行模式,并回退至预设的安全状态。

 以太网连接中断时的环形与星形通信路径图 3 以太网连接中断时的环形与星形通信路径

以太网环形架构本身具备冗余特性,而星形架构则需要额外的通信链路才能实现同等保护,如图 4 所示。为每个 ECU 添加重复的通信链路(如以太网或 CAN)会增加系统成本和车重。

 环形拓扑与星形拓扑中的冗余图 4 环形拓扑与星形拓扑中的冗余

以太网环形架构的一个缺点是,节点数量增加会导致 ECU 间的端到端延时上升。例如,具有四个节点的以太网环形架构的端到端延时比具有三个节点的以太网环形架构更高。这种额外延时主要来源于每个 ECU 交换机中的数据包残留延迟以及数据包复制的软件延时,如图 5 所示。

 软件中的数据包残留延迟和数据包复制图 5 软件中的数据包残留延迟和数据包复制

表 1 计算了额外延时。

表 1 软件中残留数据包延迟和数据包复制导致的以太网环延时
数据包长度 交换器中的数据包残留延迟 (A) 数据包复制的软件延时 (B)
64 字节 1.8μs 10μs
256 字节 3.2μs 10μs
512 字节 5.2μs 15μs
1,518 字节 13.2μs 25μs

表 1 假设条件:每秒 2,000 个数据包 (PPS),1Gbps 以太网,CPU 以 400MHz 运行(单核,负载小于 60%)。

公式 1 将以太网环形架构的端到端延时表示为:

方程式 1. E n d t o E n d L a t e n c y = 2 A + A N o . o f n o d e s + B (1)

其中 A 是交换机中的数据包残留延迟,B 是数据包复制的软件延时。