软件如何推动对动态网络管理的需求

作者：Nicola Concer

想象一下，在不远的将来，您驾驶着新车。新车是电动汽车，具有更高级的驾驶员辅助系统（ADAS）功能，可以联网，带有各种软件。

联网汽车允许人们根据需要下载各种应用和服务。想象一下把车借给孩子们时。您可能想要安装一个汽车跟踪应用，远程设置速度限制，甚至是距离限制。想要开车上山滑一周雪？可以为ADAS系统安装安全软件包，可更好地应对冰雪天气，或许还可以对轮胎进行远程诊断，检查一切是否正常。或者安装多区域音频应用，驱车行驶在陡峭的山路上，收听最喜欢的播客，同时孩子们可以看动画片？

可重新配置的以太网骨干网

当然，这些都是举例说明，但其中一些情景很快就会成为现实。所有这些情景都依赖于这款未来汽车需要支持的具体功能：

• 未来汽车需要连接到云端
• 硬件组件支持所有新功能，能够升级到车辆设计时甚至都没有构想到的功能
• 车载网络连接汽车上所有的计算机、传感器和执行器，能够支持新应用生成的数据流量和通信模式

这些新要求以基于以太网的车载网络主干网为重点，与当前的工作方式冲突，即所有数据流量在设计时静态决定，系统针对特定假设进行优化，而不了解未来的应用需求。

特别是，以太网交换机使用IEEE音视频桥接（AVB）和时间敏感网络（TSN）标准，根据流量的重要程度对流量进行分类和优先排序。以太网交换机和网络处理器使用广义精确时间协议（gPTP）建立同步时钟，可同步车辆中音视频流的播放，或由ADAS ECU将不同传感器（如摄像头、雷达和激光雷达）观察到的对象组合起来。

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更改网络或TSN配置中的某些内容不再是单个实体的任务。相反，它需要更改与车辆网络相关的几个网络控制器、处理器和以太网交换机的配置。

1.定义每个联网组件上需要更改的内容
2.定义如何将此新配置部署到通常来自不同供应商的网络设备

解决这个问题需要一个抽象模型，能够以统一的方式总结每个设备的功能，以及如何配置和更新它们。

例如，经典平台上的AUTOSAR™软件提供了所有联网设备的通用配置视图，但它仅支持一组有限的网络功能，它是静态的，并且在部署到车辆后不支持动态配置更新。

而IEEE定义了几个标准来建模和配置网络。尤其是IEEE 802.1Qcc（参见图1）提供了一个抽象模型，其中包括：

• 集中式用户配置（CUC）模块
  －捕获所有应用要求
  －集中式网络配置（CNC）
• 集中式网络配置（CNC）模块
  －了解网络实际硬件的所有具体功能
  －能够为网桥、监听器、通话器等每个网络设备计算新的网络配置
• 一种名为YANG的通用抽象数据建模语言（图2）
  －能够捕获和建模网络命令，然后每个目标设备都可以解析这些命令

这种软件定义网络（SDN）模式可利用软件来引导网络上的流量，以解决以前网络架构的局限性。SDN基于软件，而非基于硬件的传统网络。它可以更加灵活地控制网络、更改配置、调配资源和提升网络容量。

图1：符合IEEE 802.1Qcc的SDN架构

图2：描述网络配置的YANG模型示例
下载YANG模型

当然，IEEE标准就是这样。它们具体说明了需要发生什么，但没有说明如何发生。有几种工具可以实现IEEE标准。图3显示了可将YANG模型部署到实际网络的一些工具。

这些工具支持：

• 联网设备查询网络的功能和状态，并生成新服务请求或更新现有服务
• CNC模块查询任何联网设备的状态，并生成配置消息并将其传输到任何联网设备

每个工具在以太网帧中的编码YANG数据方式（例如二进制或明文）、数据传输方式（TCP或UDP、安全或非安全等）以及网络主机所需的资源类型（例如POSIX、AUTOSAR或RTOS）等方面各不相同。

图3：能够实现SDN流程的工具示例

恩智浦的作用

最后一步是将基于抽象模型的这类配置消息转换为与实现联网设备的特定硬件匹配的具体配置定义。

这需要与芯片紧密耦合的软件包，这些软件包能够将YANG模型中所述的抽象配置编译成具体设备的寄存器设置。

恩智浦正为产品组合中的几个器件开发此类驱动程序，这些器件包括SJA1110 10 10 10端口TSN以太网交换机和S32G车联网处理器。

采用哪种序列化方法和协议取决于将在其上运行的目标设备的功能。在CPU子系统较小（如SJA1110）的资源受限设备上，首选内存占用小、计算能力需求低的工具。通过从图3中选择合适的工具，我们的第一个实现证明了这是可行的。

恩智浦坚信，软件定义网络将成为汽车网络的现实，相应的解决方案需要基于标准。

结语

软件在未来汽车中的爆炸式增长和重要性将需要新的硬件，这些硬件可以动态地重新配置，适应未来的汽车功能。这将影响汽车中安装的数个电子控制单元（ECU）的计算单元以及车载网络。

更新由不同厂商制造的ECU和芯片组成的分布式系统时，需要标准化的抽象和一套能够满足这一需求的工具。

恩智浦致力于支持标准化解决方案，目前正在开发必要的软件，为关键网络产品（如S32G处理器和SJA1110以太网交换机）实施所需的SDN步骤。

作者：


Nicola Concer
恩智浦半导体汽车RT控制器产品经理

Nicola Concer是恩智浦汽车RT控制器产品经理，专注于电气化和区域EE架构市场。在此之前，他担任了七年的恩智浦以太网交换机产品经理。Nicola拥有博洛尼亚大学的计算机科学博士学位，博洛尼亚大学与意法半导体和纽约哥伦比亚大学合作。