以太网休眠唤醒利器—OPEN Alliance TC10

概述

        TC10 为OPEN Alliance 中的一个技术委员会小组，专注于研究基于车载以太网的休眠唤醒机制，旨在为汽车应用场景提供灵活的休眠唤醒解决方案。该小组提出的休眠唤醒规范（《TC10 Sleep/Wake-up Specification》，以下简称TC10规范）作为对IEEE 802.3系列规范的补充，详细定义了以太网PHY的休眠唤醒过程、新增服务原语和接口、时间参数、指令描述等内容。目前，TC10已经发布了适配10Base-T1S、100Base-T1、1000Base-T1和MultiGBase-T1等类型的以太网休眠唤醒规范，本文将以1000Base-T1为示例，详细介绍TC10规范。

服务原语

图 1 TC10 1000Base-T1 PHY服务原语示意图

        服务原语是PHY提供的与上层模块间交互的指令，用于实现上层对PHY的行为控制和状态监控，TC10规范在IEEE 802.3bq规范的基础上，新增了与休眠唤醒相关的服务原语接口供上层调用，如图 1所示。以下是几个主要服务接口的介绍。

• Sleep.request：睡眠请求，控制PHY的开始睡眠行为，PHY收到该请求后，会向链路伙伴（Link Partner）发起睡眠协商过程。
• Sleep.indication：睡眠指示，表示PHY接收到了来自链路伙伴的睡眠指令。
• SleepFail.indication：睡眠失败指示，表示睡眠过程的中止或者睡眠协商失败。
• Wakeup.request：唤醒请求，控制PHY开始唤醒行为，PHY接收到该请求后，会生成唤醒指令。
• Wakeup.indication：唤醒指示，表示PHY检测到唤醒事件，该唤醒事件可能来自ECU的本地唤醒，也可能来自链路伙伴的远程唤醒请求。
• WakeupForward.request(可选)：唤醒转发请求，表示当前端口的唤醒事件是从其他端口转发过来的，通常由Switch节点实现。
• WakeupForward.indicaion(可选)：唤醒转发指示，表示IO接口或MDI接口接收到唤醒转发请求，需要将某个端口接收到的唤醒事件转发至其他端口，通常由Switch节点实现。

指令

        TC10定义了三个以太网链路指令，用于控制器PHY和PHY之间的休眠唤醒交互，分别是LPS、WUR和WUP。

• LPS(Low Power Sleep)：该指令表示发送节点的休眠意愿，当ECU满足休眠条件后，会向链路伙伴发送LPS指令。
• WUR(Wake-Up Request) & WUP(Wake-Up Pulse)：WUR和WUP均表示唤醒请求，当控制器需要唤醒其他节点时，需要向链路伙伴发送唤醒请求。二者的区别在于：当检测到与链路伙伴间的以太网Link状态为Link Up时，发送WUR；当检测到与链路伙伴间的以太网Link状态为Link Down时，发送WUP。

休眠

        与CAN超时休眠的过程不一样，为避免以太网休眠后其链路伙伴检测到PHY 的Link Down错误， 以太网链路两端的节点在进行休眠时需要进行“协商过程”，具体流程如图 2所示。

1. 假设ECU1首先满足休眠条件，则其作为休眠发起者，向其链路伙伴发送LPS指令；
2. ECU2接收到LPS指令后，会根据自身需求判断是否满足休眠条件，若满足，则ECU2也会向ECU1发送LPS指令；
3. ECU1和ECU2后续会进入到Silent模式。在Silent模式下，PHY的PMA TxMode会处于Send_Z 模式（即发送全0信号）；
4. 当ECU监听到对端节点的Send_Z信号后，满足休眠条件并进入Sleep状态。

图 2 TC10 1000Base-T1 PHY 休眠时序示意图

唤醒

• 唤醒时序

        PHY的唤醒流程如图 3所示。

1. 假设ECU1有唤醒远程节点的需求，ECU的P1端口根据本地PHY的Link状态，发送WUR或者WUP唤醒请求；
2. ECU2的P2端口收到来自的P1的唤醒请求后，和P1端口间Link Up；
3. ECU2作为Switch节点，还需要根据自身配置，判断是否需要对来自P2端口的唤醒指令进行转发，如果需要，则ECU2的P3端口也会向下游节点发送唤醒指令。

图 3 TC10 1000Base-T1 PHY唤醒时序示意图

• PN 实现部分网络唤醒

        随着汽车智能化的不断发展，整车控制器的数量逐渐增多，PN（Partial Network）的实现为整车节能策略的设计提供了更多灵活性。在某些功能场景下，同一个网段内只需要唤醒车辆系统的部分控制器工作，其他控制器则可以维持在休眠状态。基于以太网链路的PN实现与基于CAN网络协议的PN实现类似，在网络系统中，可以根据不同功能需求，将控制器进行网络功能域（Domain）划分，如图 4所示。

图 4 系统内Domain划分示意图

        ECU1、ECU2和ECU3位于Domain1，ECU3~ECU5位于Domain2。需要注意的是，同一个控制器可以位于不同的Domain中，但当该控制器处于多个Domain中，该控制器则不适合作为该域的唤醒源。假设ECU1本地唤醒后，向Switch节点的P1端口发送唤醒请求。同时，Switch可根据P1的配置，将唤醒指令转发至同一个Domain的其他端口，即P2和P3端口，而不会转发至P4和P5端口。随后，P2和P3端口分别与ECU2和ECU3开始唤醒流程，最终Domain1内的所有节点均处于唤醒状态，如图 5所示。

图 5系统PN唤醒示意图

总结

        TC10为车载以太网的休眠唤醒机制提供了统一的技术规范，特别是在汽车ECU数量不断增加、网络复杂度日益提升的背景下，TC10规范通过定义PHY的新增服务原语和接口、时间参数、指令描述和休眠唤醒过程时序等内容，为车载网络的节能设计和功能实现提供了重要支持。通过引入LPS、WUR和WUP等指令，TC10规范确保了以太网链路的休眠唤醒过程能够高效、可靠地进行。此外，PN的实现进一步提升了整车节能策略的灵活性，使得在特定功能场景下，能够仅唤醒部分网络节点，从而降低整车功耗。

        总的来说，随着汽车电子架构的不断演进，TC10规范将在车载网络的节能优化和功能实现中发挥越来越重要的作用。那么围绕TC10的实现，我们应开展相关的哪些测试呢？将在下一期为大家揭晓。

        经纬恒润作为OPEN联盟会员和AUTOSAR联盟的高级合作伙伴，长期为国内外各大OEM和供应商提供涵盖TCP/IP、SOME/IP、DoIP、AVB、TSN、DDS等技术领域的设计和测试咨询服务，积极研发和探索车载网络前沿技术的工程应用。通过多个项目的实践经验，已建立了高质量、本土化的设计与测试一体化解决方案，为整车网络架构提供可靠支持。

了解更多

        请致电 010-64840808转6116或发邮件至market_dept@hirain.com（联系时请说明来自博客园）