01.以太網 AVB協議

以太網 AVB面向音視頻或多媒體等方面應用，主要用于解決音視頻多媒體數據流實時傳輸與同步問題，可應用于 360環視系統。以太網 AVB協議不僅擴展到傳統以太網功能上，并且與現有以太網的協議體系完全兼容，通過保障帶寬，限制延遲和精確時鐘同步，提供穩定的實時音視頻傳輸。適用于汽車級的 IEEE 802.1 AVB協議的基礎體系有 4個：

- 精準時間同步協議（ PTP）：IEEE 802.1AS；

- 流預留協議（ SRP）：IEEE 802.1Qat；

- 隊列及轉發協議（ Qav）：IEEE 802.1Qav；

- 音視頻橋接傳輸協議（AVTP）：IEEE 1722。

無壓縮的原始視頻數據流經由 AVTP協議進行打包，填充由 SRP保留的流 ID，打上 PTP產生的時間戳以及媒體類型等相關信息，通過 AVTP專用的以太網幀類型進行組播，由發送端發出，經 AVB交換機進行轉發，再被注冊過此多媒體數據流的接收端接收并解碼然后輸出。

02.88Q5050芯片性能及主要技術特點

設計選用 2片 Marvell的 88Q5050以太網交換機芯片，視頻傳輸采用 Marvell的千兆 PHY芯片 88Q2112。其結構如圖 1所示。

圖 1車載以太網交換機結構框圖

88Q5050是一款汽車級的 8端口以太網交換芯片，可以支持 8端口的 IEEE 100BASE?T1，100?BASE?TX， RGMII /RMII/MII和 SGMII端口的組合配置，其核心為支持 1 000 Mb/s的 MAC端口。集成在芯片中的 PHY和MAC完全符合 IEEE 802.3使用標準， PHY功能下的 IEEE 100BASE?T1符合 OPEN聯盟的 OABR標準。芯片的 MAC控制器支持 IEEE 1588v2協議，滿足實現 AVB協議的基本硬件條件。88Q5050芯片結構框圖如圖 2所示。

圖 2 88Q5050芯片結構框圖

88Q2112是目前市場上推出的唯一一款汽車級 1000 BASE?T1以太網 PHY收發器，支持 IEEE 802.3bw和 IEEE 802.3bp協議定義的 100/1000 BASE?T1的以太網物理層部分，并能實現單對非屏蔽雙絞線發送和接收數據。芯片支持 GMII，RGMII和 SGMII直接連接交換機的 MAC端口。除了能滿足汽車級嚴格的 EMI要求外， 88Q2112還支持在車內傳送未壓縮的 720p30攝像頭視頻。

03.系統硬件設計

系統硬件主要由以太網交換電路和 CPU控制模塊組成。

以太網交換電路

交換電路采用交換機芯片 88Q5050，該芯片提供 4個固定的 100BASE?T1端口，端口 1~4；端口 5~7可配置為 PHY或 SERDES端口；端口 8可配置為 RGMII端口。表 1列出了可以為 88Q5050芯片端口配置的可能的接口組合，總共有 5個。xMII表示 MII/RMII/RGMII。

在本文設計電路中，使用表 1中的前兩種配置。第一片芯片的端口 5和 8和第二片芯片的端口 5配置成使用 RGMII協議的接口模式，與外部的 88Q2112芯片構成千兆網子模塊，對外構成 3路千兆網；而第二片芯片的端口 8配置為 RGMII接口，與 CPU的千兆口相連作為控制模塊數據傳輸通道。

另外，兩片交換芯片的端口 7被配置為用于芯片間級聯的 RGMII接口模式，并且兩片以太網交換芯片通過該接口連接，擴展成為更強大的以太網交換模塊。兩片88Q5050芯片的端口 1~4配置成 100 Mb/s快速以太網端口進行級聯， 8路總和為 800 Mb/s。兩片芯片的 2個端口 6也配置成 100 Mb/s的物理接口。因此整個交換網絡的數據流量能夠達到 1 000 Mb/s，從而能夠滿足千兆視頻傳輸的要求。

表 1 88Q5050芯片端口配置組合

千兆

PHY電路

與交換芯片外接的千兆 PHY芯片 88Q2112，其 MAC接口配置為 RGMII模式和 88Q5050的端口 5和 8相連。同時， 88Q2112的電接口外接連接器構成一個完整的千兆網口。

CPU控制模塊

設計選用恩智浦的 IMX6Q開發板為處理平臺，其集成的 MAC控制器支持通過指定 PHY擴展 OABR接口，具有強大的圖形加速和處理能力，完全滿足環視系統要求。 IMX6Q通過 MMDC實現 DDR內存的擴展，其可以支持 DDR3/DDR3L x16/x32/x64和 LPDDR2雙通道 x16/x32內存顆粒，最高時鐘可以達到 528 MHz。其非易失存儲區通過 MICRON公司的一款型號為 MTFC8GLCDM的 SDIO接口的 eMMC存儲器實現，其容量大小為 8 GB，支撐控制模塊在 ubuntu操作系統的正常運行，以及功能軟件的安裝使用。 IMX6Q配套使用的專用電源管理芯片具有 14路可配置的電源通道，支撐了設計中的各外圍器件的電源使用。

IMX6Q處理器自帶的以太網控制器對外引出 MAC層接口可提供 RGMII，MII，RMII等多種連接方式。設計使用 RGMII接口 MAC模式與交換機的端口 8的 PHY進行連接，實現了千兆的網絡傳輸。其接口框圖如圖 3所示。

圖 3 88Q5050接口框圖

04.以太網交換機測試結果

車載以太網交換機測試主要進行網絡帶寬測試驗證。測試環境包括兩臺 PC機和交換機， PC機需要安裝 iperf網絡測試軟件。其中一臺 PC機作為發送端發送數據流，另一臺作為接收端接收數據，連接交換機監控數據進行測試驗證。測試結果如圖 4所示。

圖 4帶寬測試結果

審核編輯：湯梓紅