基于以太網(wǎng)和Internet協(xié)議（IP）的網(wǎng)絡無處不在。您可以在標準計算機網(wǎng)絡以及汽車，IoT和各種自動化應用程序中找到它們，它已經(jīng)存在了近50年。Microchip Technology高級經(jīng)理Henry Muyshondt解釋道。

以太網(wǎng)通過幾種不同的物理介質(zhì)提供可擴展的帶寬，從每秒幾兆位到每秒幾千兆位，經(jīng)過驗證的軟件堆棧可用于確保在介質(zhì)上的可靠傳輸。

安全性是這項技術必不可少的要素，并且有明確定義的框架將其包含在基于以太網(wǎng)的系統(tǒng)中。

以太網(wǎng)的面向服務的體系結構通過封包功能和數(shù)據(jù)管理來幫助完成復雜性工作。許多系統(tǒng)可重復使用統(tǒng)一通信機制輕松地相互通信，并允許將服務輕松移動到網(wǎng)絡中的適當位置。

過去，有許多不同的技術協(xié)議已用于互連不同的設備。在工業(yè)自動化領域，有各種現(xiàn)場總線，Ethercat，RS-485，UART等。在汽車領域，使用MOST，CAN，LIN和其他網(wǎng)絡，要求復雜的網(wǎng)關設備在域之間進行通信。在計算機服務器市場中，我們看到來自汽車界的I2C，GPIO，SPI甚至CAN用于管理各種子系統(tǒng)。

圖1.說明了以太網(wǎng)體系結構連貫的優(yōu)勢

這些中的每一個都使用其自有的硬件接口并實現(xiàn)不同的軟件堆棧。EMC行為各不相同。全以太網(wǎng)體系結構具有許多優(yōu)勢，因為可以使用相同的協(xié)議，而與物理層無關。以太網(wǎng)幀無論以10Mbit / s還是10Gbit / s的速率傳輸，看起來都是一樣的。

當為特定應用擴展帶寬時，不需要復雜的網(wǎng)關。通常，單個交換機可以配備以不同速度運行的PHY芯片，并且?guī)梢詮囊粋€域無縫移動到另一個域，而無需修改數(shù)據(jù)。

無處不在的以太網(wǎng)體系結構簡化了工業(yè)、計算機或汽車領域中許多不同應用的設計、配置和控制。相同的技術專長可以用于不同的市場。無論需要傳輸多少數(shù)據(jù)，都可以使用相同的機制，因為以太網(wǎng)幀并未針對不同的速度等級進行修改。此外，針對以太網(wǎng)通信基礎架構，還擁有一個龐大的硬件和軟件供應商生態(tài)系統(tǒng)。

以太網(wǎng)世界已經(jīng)設計了架構，以確保通過以太網(wǎng)鏈路傳輸信息的安全性和私密性，此安全基礎結構已廣為人知。

10BASE-T1S——新的IEEE標準

IEEE開發(fā)了以太網(wǎng)標準的新變體，該標準在單對物理層上提供10Mbit / s的帶寬。該規(guī)范稱為IEEE Std 802.3cg-2019。詳細信息已經(jīng)完成，該規(guī)范應于2020年初發(fā)布。該規(guī)范擴展了帶寬范圍低端的現(xiàn)代以太網(wǎng)物理層的范圍。

IEEE標準指定的一種變體稱為10BASE-T1S。S代表短距離，還定義了一種稱為10BASE-T1L的長距離變體，其最大距離為1 km。本文重點介紹10BASE-T1S。

10BASE-T1S使用多點拓撲，其中每個節(jié)點都使用單根電纜連接。這消除了對交換機的需求，并減少了電纜的數(shù)量。每條電纜僅使用一對電線，而不是典型的以太網(wǎng)電纜中使用的四對電線，互連甚至可以在印刷電路板上實現(xiàn)。該標準規(guī)定可以連接至少八個節(jié)點，但可以連接更多的節(jié)點。它還指定了25m的總線長度，每個節(jié)點都有10cm的存根。所有節(jié)點共享10Mb/s帶寬。

圖2.顯示了共享總線的概念

該標準還指定了一種稱為物理層沖突避免（PLCA）的仲裁方案，該方案可充分利用可用帶寬，同時減少延遲并提高服務質(zhì)量（QoS）。

Microchip一直是IEEE標準流程的主要貢獻者，不僅包括芯片，還包括應用板以及仿真、實現(xiàn)和分析網(wǎng)絡系統(tǒng)所需的工具來提供支持。

物理層避免沖突（PLCA）詳細信息

啟動PLCA后，只有擁有傳輸機會的PHY設備才被允許發(fā)送數(shù)據(jù)。傳輸機會以循環(huán)方式分配。每個PHY可以在其發(fā)送機會期間進行發(fā)送，然后可以發(fā)送信息幀。當主節(jié)點發(fā)送信標時，新的周期開始。圖3說明了該過程。

在實踐中，已經(jīng)觀察到兩個節(jié)點之間的往返延遲小于半毫秒，當使用用于測量IP網(wǎng)絡上最大可實現(xiàn)帶寬的iperf3工具時，幾乎可獲得10Mbit / s的全速。

應用領域

10BASE-T1S技術在建筑/工業(yè)自動化，汽車和計算機應用中正受到關注。

在工業(yè)應用中，此互連方案已在許多應用中部署，以提供系統(tǒng)內(nèi)管理并連接許多設備，例如風扇，溫度傳感器，電壓監(jiān)視器等。即使是簡單的設備，例如開關，按鈕，指示燈等，都可以使用以太網(wǎng)方案來解決。

在汽車中，各種傳感器需要較低的帶寬并受益于網(wǎng)絡體系結構，它使子系統(tǒng)更易于擴展以適應不同的車輛的部署。

圖3.當主節(jié)點發(fā)送信標時，新的周期開始

在計算界，服務器和交換機內(nèi)部的系統(tǒng)內(nèi)管理接口以及用于配置和監(jiān)視大型服務器的應用程序都需要10BASE-T1S。與工業(yè)世界類似，可以使用以太網(wǎng)輕松訪問各種設備，例如風扇，溫度傳感器和電壓監(jiān)視器。

盡管數(shù)據(jù)線傳輸功率（PoDL）的傳輸尚未完全標準化，但已有一些工作組在研究制定中，IEEE正在擴展802.3cg規(guī)范，包括添加PoDL。10BASE-T1S物理層是交流耦合的，因此可以為遠程設備供電。

結論

10BASE-T1S具有以下主要功能，可將以太網(wǎng)技術擴展到新的應用程序：

• 多點物理層
• 沒有沖突
• 高效的帶寬利用
• 確定性和低延遲
• 安全機制

無處不在的以太網(wǎng)體系結構簡化了工業(yè)、計算機或汽車領域中許多不同應用的設計、配置和控制。

10BASE-T1S組件正在市場上發(fā)售，并且已經(jīng)在新系統(tǒng)設計中實施。

本文作者Microchip Joe Bush
編輯：hfy