10BASE-T1S是什么？可以用在哪里？

本文作者Microchip Joe Bush

基于以太网和Internet协议（IP）的网络无处不在。您可以在标准计算机网络以及汽车，IoT和各种自动化应用程序中找到它们，它已经存在了近50年。Microchip Technology高级经理Henry Muyshondt解释道。

以太网通过几种不同的物理介质提供可扩展的带宽，从每秒几兆位到每秒几千兆位，经过验证的软件堆栈可用于确保在介质上的可靠传输。

安全性是这项技术必不可少的要素，并且有明确定义的框架将其包含在基于以太网的系统中。

以太网的面向服务的体系结构通过封包功能和数据管理来帮助完成复杂性工作。许多系统可重复使用统一通信机制轻松地相互通信，并允许将服务轻松移动到网络中的适当位置。

过去，有许多不同的技术协议已用于互连不同的设备。在工业自动化领域，有各种现场总线，Ethercat，RS-485，UART等。在汽车领域，使用MOST，CAN，LIN和其他网络，要求复杂的网关设备在域之间进行通信。在计算机服务器市场中，我们看到来自汽车界的I2C，GPIO，SPI甚至CAN用于管理各种子系统。

图1.说明了以太网体系结构连贯的优势

这些中的每一个都使用其自有的硬件接口并实现不同的软件堆栈。EMC行为各不相同。全以太网体系结构具有许多优势，因为可以使用相同的协议，而与物理层无关。以太网帧无论以10Mbit / s还是10Gbit / s的速率传输，看起来都是一样的。

当为特定应用扩展带宽时，不需要复杂的网关。通常，单个交换机可以配备以不同速度运行的PHY芯片，并且帧可以从一个域无缝移动到另一个域，而无需修改数据。

无处不在的以太网体系结构简化了工业、计算机或汽车领域中许多不同应用的设计、配置和控制。相同的技术专长可以用于不同的市场。无论需要传输多少数据，都可以使用相同的机制，因为以太网帧并未针对不同的速度等级进行修改。此外，针对以太网通信基础架构，还拥有一个庞大的硬件和软件供应商生态系统。

以太网世界已经设计了架构，以确保通过以太网链路传输信息的安全性和私密性，此安全基础结构已广为人知。

10BASE-T1S——新的IEEE标准

IEEE开发了以太网标准的新变体，该标准在单对物理层上提供10Mbit / s的带宽。该规范称为IEEE Std 802.3cg-2019。详细信息已经完成，该规范应于2020年初发布。该规范扩展了带宽范围低端的现代以太网物理层的范围。

IEEE标准指定的一种变体称为10BASE-T1S。S代表短距离，还定义了一种称为10BASE-T1L的长距离变体，其最大距离为1 km。本文重点介绍10BASE-T1S。

10BASE-T1S使用多点拓扑，其中每个节点都使用单根电缆连接。这消除了对交换机的需求，并减少了电缆的数量。每条电缆仅使用一对电线，而不是典型的以太网电缆中使用的四对电线，互连甚至可以在印刷电路板上实现。该标准规定可以连接至少八个节点，但可以连接更多的节点。它还指定了25m的总线长度，每个节点都有10cm的存根。所有节点共享10Mb/s带宽。

图2.显示了共享总线的概念

该标准还指定了一种称为物理层冲突避免（PLCA）的仲裁方案，该方案可充分利用可用带宽，同时减少延迟并提高服务质量（QoS）。

Microchip一直是IEEE标准流程的主要贡献者，不仅包括芯片，还包括应用板以及仿真、实现和分析网络系统所需的工具来提供支持。

物理层避免冲突（PLCA）详细信息

启动PLCA后，只有拥有传输机会的PHY设备才被允许发送数据。传输机会以循环方式分配。每个PHY可以在其发送机会期间进行发送，然后可以发送信息帧。当主节点发送信标时，新的周期开始。图3说明了该过程。

在实践中，已经观察到两个节点之间的往返延迟小于半毫秒，当使用用于测量IP网络上最大可实现带宽的iperf3工具时，几乎可获得10Mbit / s的全速。

应用领域

10BASE-T1S技术在建筑/工业自动化，汽车和计算机应用中正受到关注。

在工业应用中，此互连方案已在许多应用中部署，以提供系统内管理并连接许多设备，例如风扇，温度传感器，电压监视器等。即使是简单的设备，例如开关，按钮，指示灯等，都可以使用以太网方案来解决。

在汽车中，各种传感器需要较低的带宽并受益于网络体系结构，它使子系统更易于扩展以适应不同的车辆的部署。

图3.当主节点发送信标时，新的周期开始

在计算界，服务器和交换机内部的系统内管理接口以及用于配置和监视大型服务器的应用程序都需要10BASE-T1S。与工业世界类似，可以使用以太网轻松访问各种设备，例如风扇，温度传感器和电压监视器。

尽管数据线传输功率（PoDL）的传输尚未完全标准化，但已有一些工作组在研究制定中，IEEE正在扩展802.3cg规范，包括添加PoDL。10BASE-T1S物理层是交流耦合的，因此可以为远程设备供电。

结论

10BASE-T1S具有以下主要功能，可将以太网技术扩展到新的应用程序：

多点物理层

没有冲突

高效的带宽利用

确定性和低延迟

安全机制

无处不在的以太网体系结构简化了工业、计算机或汽车领域中许多不同应用的设计、配置和控制。

10BASE-T1S组件正在市场上发售，并且已经在新系统设计中实施。