軟件如何推動對動態(tài)網(wǎng)絡管理的需求

想象一下，在不遠的將來，您駕駛著新車。新車是電動汽車，具有更高級的駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）功能，可以聯(lián)網(wǎng)，帶有各種軟件。

聯(lián)網(wǎng)汽車允許人們根據(jù)需要下載各種應用和服務。想象一下把車借給孩子們時。您可能想要安裝一個汽車跟蹤應用，遠程設置速度限制，甚至是距離限制。想要開車上山滑一周雪？可以為ADAS系統(tǒng)安裝安全軟件包，可更好地應對冰雪天氣，或許還可以對輪胎進行遠程診斷，檢查一切是否正常?；蛘甙惭b多區(qū)域音頻應用，驅車行駛在陡峭的山路上，收聽最喜歡的播客，同時孩子們可以看動畫片？

可重新配置的以太網(wǎng)骨干網(wǎng)

當然，這些都是舉例說明，但其中一些情景很快就會成為現(xiàn)實。所有這些情景都依賴于這款未來汽車需要支持的具體功能：

?   未來汽車需要連接到云端

?   硬件組件支持所有新功能，能夠升級到車輛設計時甚至都沒有構想到的功能

?   車載網(wǎng)絡連接汽車上所有的計算機、傳感器和執(zhí)行器，能夠支持新應用生成的數(shù)據(jù)流量和通信模式

這些新要求以基于以太網(wǎng)的車載網(wǎng)絡主干網(wǎng)為重點，與當前的工作方式?jīng)_突，即所有數(shù)據(jù)流量在設計時靜態(tài)決定，系統(tǒng)針對特定假設進行優(yōu)化，而不了解未來的應用需求。

特別是，以太網(wǎng)交換機使用IEEE音視頻橋接（AVB）和時間敏感網(wǎng)絡（TSN）標準，根據(jù)流量的重要程度對流量進行分類和優(yōu)先排序。以太網(wǎng)交換機和網(wǎng)絡處理器使用廣義精確時間協(xié)議（gPTP）建立同步時鐘，可同步車輛中音視頻流的播放，或由ADAS ECU將不同傳感器（如攝像頭、雷達和激光雷達）觀察到的對象組合起來。

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更改網(wǎng)絡或TSN配置中的某些內(nèi)容不再是單個實體的任務。相反，它需要更改與車輛網(wǎng)絡相關的幾個網(wǎng)絡控制器、處理器和以太網(wǎng)交換機的配置。

1.       定義每個聯(lián)網(wǎng)組件上需要更改的內(nèi)容

2.       定義如何將此新配置部署到通常來自不同供應商的網(wǎng)絡設備

解決這個問題需要一個抽象模型，能夠以統(tǒng)一的方式總結每個設備的功能，以及如何配置和更新它們。

例如，經(jīng)典平臺上的AUTOSAR?軟件提供了所有聯(lián)網(wǎng)設備的通用配置視圖，但它僅支持一組有限的網(wǎng)絡功能，它是靜態(tài)的，并且在部署到車輛后不支持動態(tài)配置更新。

而IEEE定義了幾個標準來建模和配置網(wǎng)絡。尤其是IEEE 802.1Qcc（參見圖1）提供了一個抽象模型，其中包括：

?   集中式用戶配置（CUC）模塊

-        捕獲所有應用要求

-        集中式網(wǎng)絡配置（CNC）

?   集中式網(wǎng)絡配置（CNC）模塊

-        了解網(wǎng)絡實際硬件的所有具體功能

-        能夠為網(wǎng)橋、監(jiān)聽器、通話器等每個網(wǎng)絡設備計算新的網(wǎng)絡配置

?   一種名為YANG的通用抽象數(shù)據(jù)建模語言（圖2）

-        能夠捕獲和建模網(wǎng)絡命令，然后每個目標設備都可以解析這些命令

這種軟件定義網(wǎng)絡（SDN）模式可利用軟件來引導網(wǎng)絡上的流量，以解決以前網(wǎng)絡架構的局限性。SDN基于軟件，而非基于硬件的傳統(tǒng)網(wǎng)絡。它可以更加靈活地控制網(wǎng)絡、更改配置、調(diào)配資源和提升網(wǎng)絡容量。

圖1：符合IEEE 802.1Qcc的SDN架構

圖2：描述網(wǎng)絡配置的YANG模型示例

下載YANG模型

當然，IEEE標準就是這樣。它們具體說明了需要發(fā)生什么，但沒有說明如何發(fā)生。有幾種工具可以實現(xiàn)IEEE標準。圖3顯示了可將YANG模型部署到實際網(wǎng)絡的一些工具。

這些工具支持：

?   聯(lián)網(wǎng)設備查詢網(wǎng)絡的功能和狀態(tài)，并生成新服務請求或更新現(xiàn)有服務

?   CNC模塊查詢?nèi)魏温?lián)網(wǎng)設備的狀態(tài)，并生成配置消息并將其傳輸?shù)饺魏温?lián)網(wǎng)設備

每個工具在以太網(wǎng)幀中的編碼YANG數(shù)據(jù)方式（例如二進制或明文）、數(shù)據(jù)傳輸方式（TCP或UDP、安全或非安全等）以及網(wǎng)絡主機所需的資源類型（例如POSIX、AUTOSAR或RTOS）等方面各不相同。

圖3：能夠實現(xiàn)SDN流程的工具示例

恩智浦的作用

最后一步是將基于抽象模型的這類配置消息轉換為與實現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)設備的特定硬件匹配的具體配置定義。

這需要與芯片緊密耦合的軟件包，這些軟件包能夠將YANG模型中所述的抽象配置編譯成具體設備的寄存器設置。

恩智浦正為產(chǎn)品組合中的幾個器件開發(fā)此類驅動程序，這些器件包括SJA1110 10 10 10端口TSN以太網(wǎng)交換機和S32G車聯(lián)網(wǎng)處理器。

采用哪種序列化方法和協(xié)議取決于將在其上運行的目標設備的功能。在CPU子系統(tǒng)較?。ㄈ?/span>SJA1110）的資源受限設備上，首選內(nèi)存占用小、計算能力需求低的工具。通過從圖3中選擇合適的工具，我們的第一個實現(xiàn)證明了這是可行的。

恩智浦堅信，軟件定義網(wǎng)絡將成為汽車網(wǎng)絡的現(xiàn)實，相應的解決方案需要基于標準。

結語

軟件在未來汽車中的爆炸式增長和重要性將需要新的硬件，這些硬件可以動態(tài)地重新配置，適應未來的汽車功能。這將影響汽車中安裝的數(shù)個電子控制單元（ECU）的計算單元以及車載網(wǎng)絡。

更新由不同廠商制造的ECU和芯片組成的分布式系統(tǒng)時，需要標準化的抽象和一套能夠滿足這一需求的工具。

恩智浦致力于支持標準化解決方案，目前正在開發(fā)必要的軟件，為關鍵網(wǎng)絡產(chǎn)品（如S32G處理器和SJA1110以太網(wǎng)交換機）實施所需的SDN步驟。

如需了解更多信息，請訪問nxp.com/SJA1110和nxp.com/vehiclenetworking。

作者：

Nicola Concer

恩智浦半導體汽車RT控制器產(chǎn)品經(jīng)理

Nicola Concer是恩智浦汽車RT控制器產(chǎn)品經(jīng)理，專注于電氣化和區(qū)域EE架構市場。在此之前，他擔任了七年的恩智浦以太網(wǎng)交換機產(chǎn)品經(jīng)理。Nicola擁有博洛尼亞大學的計算機科學博士學位，博洛尼亞大學與意法半導體和紐約哥倫比亞大學合作。