以太网休眠唤醒利器—OPEN Alliance TC10

概述
        TC10 为OPEN Alliance 中的一个技能委员会小组，专注于研究基于车载以太网的休眠唤醒机制，旨在为汽车应用场景提供灵活的休眠唤醒办理方案。该小组提出的休眠唤醒规范（《TC10 Sleep/Wake-up Specification》，以下简称TC10规范）作为对IEEE 802.3系列规范的补充，具体定义了以太网PHY的休眠唤醒过程、新增服务原语和接口、时间参数、指令描述等内容。目前，TC10已经发布了适配10Base-T1S、100Base-T1、1000Base-T1和MultiGBase-T1等类型的以太网休眠唤醒规范，本文将以1000Base-T1为示例，具体介绍TC10规范。
服务原语

图 1 TC10 1000Base-T1 PHY服务原语表示图
        服务原语是PHY提供的与上层模块间交互的指令，用于实现上层对PHY的行为控制和状态监控，TC10规范在IEEE 802.3bq规范的基础上，新增了与休眠唤醒相关的服务原语接口供上层调用，如图 1所示。以下是几个重要服务接口的介绍。

• Sleep.request：就寝请求，控制PHY的开始就寝行为，PHY收到该请求后，会向链路同伴（Link Partner）发起就寝协商过程。
  
• Sleep.indication：就寝指示，表示PHY接收到了来自链路同伴的就寝指令。
  
• SleepFail.indication：就寝失败指示，表示就寝过程的中断大概就寝协商失败。
  
• Wakeup.request：唤醒请求，控制PHY开始唤醒行为，PHY接收到该请求后，会生成唤醒指令。
  
• Wakeup.indication：唤醒指示，表示PHY检测到唤醒变乱，该唤醒变乱可能来自ECU的本地唤醒，也可能来自链路同伴的长途唤醒请求。
  
• WakeupForward.request(可选)：唤醒转发请求，表示当前端口的唤醒变乱是从其他端口转发过来的，通常由Switch节点实现。
  
• WakeupForward.indicaion(可选)：唤醒转发指示，表示IO接口或MDI接口接收到唤醒转发请求，必要将某个端口接收到的唤醒变乱转发至其他端口，通常由Switch节点实现。
  

指令
        TC10定义了三个以太网链路指令，用于控制器PHY和PHY之间的休眠唤醒交互，分别是LPS、WUR和WUP。

• LPS(Low Power Sleep)：该指令表示发送节点的休眠意愿，当ECU满足休眠条件后，会向链路同伴发送LPS指令。
  
• WUR(Wake-Up Request) & WUP(Wake-Up Pulse)：WUR和WUP均表示唤醒请求，当控制器必要唤醒其他节点时，必要向链路同伴发送唤醒请求。二者的区别在于：当检测到与链路同伴间的以太网Link状态为Link Up时，发送WUR；当检测到与链路同伴间的以太网Link状态为Link Down时，发送WUP。
  

休眠
        与CAN超时休眠的过程不一样，为制止以太网休眠后其链路同伴检测到PHY 的Link Down错误， 以太网链路两端的节点在举行休眠时必要举行“协商过程”，具体流程如图 2所示。

• 假设ECU1起首满足休眠条件，则其作为休眠发起者，向其链路同伴发送LPS指令；
  
• ECU2接收到LPS指令后，会根据自身需求判断是否满足休眠条件，若满足，则ECU2也会向ECU1发送LPS指令；
  
• ECU1和ECU2后续会进入到Silent模式。在Silent模式下，PHY的PMA TxMode会处于Send_Z 模式（即发送全0信号）；
  
• 当ECU监听到对端节点的Send_Z信号后，满足休眠条件并进入Sleep状态。
  

图 2 TC10 1000Base-T1 PHY 休眠时序表示图
唤醒

• 唤醒时序
  

        PHY的唤醒流程如图 3所示。

• 假设ECU1有唤醒长途节点的需求，ECU的P1端口根据本地PHY的Link状态，发送WUR大概WUP唤醒请求；
  
• ECU2的P2端口收到来自的P1的唤醒请求后，和P1端口间Link Up；
  
• ECU2作为Switch节点，还必要根据自身配置，判断是否必要对来自P2端口的唤醒指令举行转发，假如必要，则ECU2的P3端口也会向下游节点发送唤醒指令。
  

图 3 TC10 1000Base-T1 PHY唤醒时序表示图

• PN 实现部分网络唤醒
  

        随着汽车智能化的不停发展，整车控制器的数量逐渐增多，PN（Partial Network）的实现为整车节能计谋的计划提供了更多灵活性。在某些功能场景下，同一个网段内只必要唤醒车辆系统的部分控制器工作，其他控制器则可以维持在休眠状态。基于以太网链路的PN实现与基于CAN网络协议的PN实现类似，在网络系统中，可以根据不同功能需求，将控制器举行网络功能域（Domain）划分，如图 4所示。

图 4 系统内Domain划分表示图
        ECU1、ECU2和ECU3位于Domain1，ECU3~ECU5位于Domain2。必要注意的是，同一个控制器可以位于不同的Domain中，但当该控制器处于多个Domain中，该控制器则不适合作为该域的唤醒源。假设ECU1本地唤醒后，向Switch节点的P1端口发送唤醒请求。同时，Switch可根据P1的配置，将唤醒指令转发至同一个Domain的其他端口，即P2和P3端口，而不会转发至P4和P5端口。随后，P2和P3端口分别与ECU2和ECU3开始唤醒流程，终极Domain1内的所有节点均处于唤醒状态，如图 5所示。

图 5系统PN唤醒表示图
总结
        TC10为车载以太网的休眠唤醒机制提供了同一的技能规范，特别是在汽车ECU数量不停增长、网络复杂度日益提升的背景下，TC10规范通过定义PHY的新增服务原语和接口、时间参数、指令描述和休眠唤醒过程时序等内容，为车载网络的节能计划和功能实现提供了重要支持。通过引入LPS、WUR和WUP等指令，TC10规范确保了以太网链路的休眠唤醒过程能够高效、可靠地举行。别的，PN的实现进一步提升了整车节能计谋的灵活性，使得在特定功能场景下，能够仅唤醒部分网络节点，从而低沉整车功耗。
        总的来说，随着汽车电子架构的不停演进，TC10规范将在车载网络的节能优化和功能实现中发挥越来越重要的作用。那么围绕TC10的实现，我们应开展相关的哪些测试呢？将在下一期为大家揭晓。
        经纬恒润作为OPEN联盟会员和AUTOSAR联盟的高级合作同伴，恒久为国内外各大OEM和供应商提供涵盖TCP/IP、SOME/IP、DoIP、AVB、TSN、DDS等技能领域的计划和测试咨询服务，积极研发和探索车载网络前沿技能的工程应用。通过多个项目的实践经验，已建立了高质量、本土化的计划与测试一体化办理方案，为整车网络架构提供可靠支持。
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