未来的 INICnet 车载网络技术

随着汽车工业的发展，车载仪器设备易于使用的性能也得到了极大的提升，其中表现最为突出的就是车载信息娱乐设备的功能在不断地发展、完善。而这所有的一切都是从汽车收音机开始的——从那时起就不断地增加了许多其他的信息娱乐功能，例如音频、视频和其他电子信息娱乐系统，构成了一个内涵丰富的车载网络，提供了内容更加全面、信息更加丰富的驾乘体验。这一技术的最新发展趋势已经超越了以往单纯的信息娱乐，涉及到了音频、声学和语音控制的应用，例如主动降低噪音的应用、车载通讯技术的应用和其他提高驾驶舒适性和安全性的应用。

但是，怎样才能在满足质量和安全要求的前提下实现这些创新功能呢？如何才能在确保成本效益的同时快速地将这些新技术、新功能投放市场呢？所有的一切都与这些功能和应用程序所需的车载网络基础技术密不可分。同时，车载网络系统的研发人员还必须考虑到车辆中系统架构不断变化的问题：从面向应用领域的汽车架构向跨领域的汽车架构的演变——通过车辆的骨干网与高速宽带网络连接起来。若要将信息娱乐系统、声学系统和音频视频系统正确地“输送”到车辆的其他位置处，例如输送到后排车座处，选择正确的网络技术就尤为重要。

车载骨干网络架构

大多数汽车的骨干网络架构都是建立在车用以太网的基础之上的。因此，将其他的一些应用连接到车用以太网并将现在所有的INV车载网络转换为车载以太网是一件很有意义的事情。这样的转换也可以在早期的车载音频系统以及现在的声学和语音控制系统中使用。许多企业都为这种转换方法提供了自己的解决方案，甚至专门为了这种转换方法制定了缩写为AVB的音视频桥接标准，以满足利用以太网传输音频、视频数据时提出的低延时和确保足够带宽等特殊要求。

但这种方法也有一定的缺点和不足：音频和视频数据必须在“数据源”那里就打包预处理好，并且在输送到达“应用地点”时再进行提取后处理。因此，像以太网这样以打包输送数据的网络就无法输送原格式的音频和视频数据了。预处理和后处理导致了网络软件堆栈开发的复杂程度以及网络微控制器成本大幅度提高。像主动抑制噪音或者放大发动机噪音等应用程序就很难利用这种预处理加后处理的数据处理方式来实现，即便是可以实现也要付出高昂的费用——因为满足这种流媒体输送要求所必须的AVB音视频桥接需要高性能的微处理器以及许多其他的辅助软件。

以太网技术的支持者在谈到他们支持以太网技术的原因时说道：以太网，包括汽车以太网是开放式的技术和标准，采用以太网技术可以减少车辆中的网络数量，从而降低了车辆网络开发和测试在市场竞争、专业技术知识和生态系统等方面的复杂性。同时，许多汽车制造商还希望通过以太网技术实现流媒体应用时避免使用额外的硬件和软件，减少成本费用，并依靠特殊的网络使用现代的音频、视频、语音、声学和信息娱乐等功能。

INICnet

但是专用网络通常都是基于针对性很强的特殊解决方案基础之上的网络技术，许多汽车零部件生产厂和汽车制造商恰恰认为建立在针对性很强的特殊解决方案之上的网络技术不是理想的车用网络技术。Microchip公司开发的INICnet智能网络接口控制器联网技术无缝地将车辆专用应用网络的功能与汽车基于以太网的主干网结合到一起了。这一技术对于那些希望将来把信息娱乐、声学和语音控制技术集成到一起的汽车生产厂家来讲是一个非常有意义的技术。

图 1. 无需网关设备就能实现 INICnet 技术系统与汽车以太网系统的无缝连接 ©Microchip

INICnet智能网络接口控制器联网技术符合目前正在制定的、预计将于2021年年初颁布的开放标准ISO21806。这一技术支持高质量服务的音频和视频数据输送通道，有着很低的延迟（50~70μs），从而可以在那些对信号延迟敏感的应用中使用。这些通道都可以用INICnetIC或者配套的精益软件进行全面管理，因此无需额外的研发工作即可处理网络中的数据流。INICnet智能网络接口控制器联网技术使用的是UTP非屏蔽双绞线电缆或者是同轴电缆。由于这一网络的每一个节点都有自己的媒体存取控制地址MAC地址，因此它完全兼容以太网，并支持所有与以太网有关的各种机制、寻址模式、各种大小的数据包——可以说INICnet就是一个以太网。这样就可以轻松地将音频子域连接到以太网主干网的其余部分处了（参见图1）。

这一技术支持像TCP、UDP或者DoIP之类的高级协议，可以通过以太网完成软件下载或者故障诊断之类的功能。考虑到市场中已有的、可以与INICnet一起使用的以太网标准的应用软件，可以轻松地确定哪种INICnet支持技术可以降低风险、减少实施过程中的时间和成本费用。INICnet技术的优点是：

◆利用INICnet可以轻松地实现音频、视频、语音和声学应用，因为它使用的是本机格式的源数据，无需对音频和视频的本机源数据进行预处理和后处理。因此，开发人员不必担心额外的、复杂又常常使软件开发人员“偏离其主业”的数据转换或者联网程序的设计开发了。

◆可以通过OTA空中下载技术快速完成INICnet系统的固件更新升级，解决安全保护的问题或者扩展固件功能。INICnet支持本机的以太网数据包并通过例如车载的中央处理器进行访问、传输到车辆骨干网的其余部分中去。

◆INICnet智能网络接口控制器网络中的每一个INIC智能网络接口控制器都有自己的MAC地址，因此在INICnet与汽车的其他系统连接时，车载中央处理器或者其他系统都不需要网关。

图 2. ISO/OSI 模型中的 INICnet 系统 ©Microchip

在宽带通讯效率超过95%时，INICnet系统的数据传输速度有50Mbit/s和150Mbit/s两个等级。这两个速度等级都支持环形拓扑链和菊花拓扑链。利用UTP非屏蔽双绞线电缆可以实现50Mbit/s传输速率，利用同轴电缆可以实现150Mbit/s的传输速率。

从图2中可以看出，由于INICnet系统仅涵盖了ISO/OSI模型的前两层，因此完全可以从较高的层次中就建立起INICnet与以太网之间的数据传输通道。这就能使其他软件供应商所编写的软件程序在驱动程序升级之后顺利地在INICnet系统中启动运行。当前已经有适用于Linux、Android和QNX的驱动程序了，这些驱动程序能够与INICnetIC一起将INICnet以太网通道完全透明地集成到现有的、基于IP技术的系统中去。

专用控制器

Microchip公司提供了一系列可以完成诸如噪音抑制、发动机噪声放大、道路噪声抑制、紧急呼叫以及其他有低延时要求的专用程序软件产品（参见图3）供汽车一级零部件供应商选用，以便它们能够为汽车消费者提供经济的、创新性的解决方案。每一个INICIC集成电路都可以配置成网络主机或者网络从机。INICnetIC集成电路可以在INICnet智能网络系统的任何地方使用，并能够根据实际情况自动修改其工作模式。也就是说：如果车祸重创了汽车的网络系统，驾驶员仍然可以拨打电话。

图 3. 具有特定应用的可扩展接口选项的微芯片 INICnet 系列 ©Microchip

网络配置

Microchip公司在INICnet系统中引入了创新性的网络资源管理和网络资源配置方式——缩写为UNICENS的统一集中式网络协议栈。UNICENS是一个免费的开源应用程序，它允许用户在一个软件包中完成整个网络系统的配置，这就可以实现那些不需要微处理器的元器件在车辆系统中的安装配置，例如麦克风节点的配置。网络中仅与以太网通讯有关的节点应该像一个没有网络应用软件的智能天线一样，因此，它应可以集成一个比其他网络技术元器件更小的微处理器。如果这样的智能天线只产生本机以太网的数据，则可以在没有微处理器的情况下产生这样的数据。所有其他的系统管理功能，例如噪音控制等都可以在IP堆栈中像SOME/IP堆栈那样或者通过RPC（远程过程调用）那样得到技术支持。

本文译自AutomotiveElectronic&System杂志

作者：CarmeloA.DeMol，Microchip公司汽车信息娱乐系统产品市场经理