01.以太网 AVB协议
以太网 AVB面向音视频或多媒体等方面应用，主要用于解决音视频多媒体数据流实时传输与同步问题，可应用于 360环视系统。以太网 AVB协议不仅扩展到传统以太网功能上，并且与现有以太网的协议体系完全兼容，通过保障带宽，限制延迟和精确时钟同步，提供稳定的实时音视频传输。适用于汽车级的 IEEE 802.1 AVB协议的基础体系有 4个：
- 精准时间同步协议（ PTP）：IEEE 802.1AS；
- 流预留协议（ SRP）：IEEE 802.1Qat；
- 队列及转发协议（ Qav）：IEEE 802.1Qav；
- 音视频桥接传输协议（AVTP）：IEEE 1722。
无压缩的原始视频数据流经由 AVTP协议进行打包，填充由 SRP保留的流 ID，打上 PTP产生的时间戳以及媒体类型等相关信息，通过 AVTP专用的以太网帧类型进行组播，由发送端发出，经 AVB交换机进行转发，再被注册过此多媒体数据流的接收端接收并解码然后输出。
02.88Q5050芯片性能及主要技术特点
设计选用 2片 Marvell的 88Q5050以太网交换机芯片，视频传输采用 Marvell的千兆 PHY芯片 88Q2112。其结构如图 1所示。
图 1车载以太网交换机结构框图
88Q5050是一款汽车级的 8端口以太网交换芯片，可以支持 8端口的 IEEE 100BASE⁃T1，100⁃BASE⁃TX， RGMII /RMII/MII和 SGMII端口的组合配置，其核心为支持 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使用标准， PHY功能下的 IEEE 100BASE⁃T1符合 OPEN联盟的 OABR标准。芯片的 MAC控制器支持 IEEE 1588v2协议，满足实现 AVB协议的基本硬件条件。88Q5050芯片结构框图如图 2所示。
图 2 88Q5050芯片结构框图
88Q2112是目前市场上推出的唯一一款汽车级 1000 BASE⁃T1以太网 PHY收发器，支持 IEEE 802.3bw和 IEEE 802.3bp协议定义的 100/1000 BASE⁃T1的以太网物理层部分，并能实现单对非屏蔽双绞线发送和接收数据。芯片支持 GMII，RGMII和 SGMII直接连接交换机的 MAC端口。除了能满足汽车级严格的 EMI要求外， 88Q2112还支持在车内传送未压缩的 720p30摄像头视频。
03.系统硬件设计
系统硬件主要由以太网交换电路和 CPU控制模块组成。
以太网交换电路
交换电路采用交换机芯片 88Q5050，该芯片提供 4个固定的 100BASE⁃T1端口，端口 1~4；端口 5~7可配置为 PHY或 SERDES端口；端口 8可配置为 RGMII端口。表 1列出了可以为 88Q5050芯片端口配置的可能的接口组合，总共有 5个。xMII表示 MII/RMII/RGMII。
在本文设计电路中，使用表 1中的前两种配置。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协议的接口模式，与外部的 88Q2112芯片构成千兆网子模块，对外构成 3路千兆网；而第二片芯片的端口 8配置为 RGMII接口，与 CPU的千兆口相连作为控制模块数据传输通道。
另外，两片交换芯片的端口 7被配置为用于芯片间级联的 RGMII接口模式，并且两片以太网交换芯片通过该接口连接，扩展成为更强大的以太网交换模块。两片88Q5050芯片的端口 1~4配置成 100 Mb/s快速以太网端口进行级联， 8路总和为 800 Mb/s。两片芯片的 2个端口 6也配置成 100 Mb/s的物理接口。因此整个交换网络的数据流量能够达到 1 000 Mb/s，从而能够满足千兆视频传输的要求。
表 1 88Q5050芯片端口配置组合
| 端口 1~4 | 端口 5 | 端口 6 | 端口 7 | 端口 8 |
| 100BASE⁃T1 | 100BASE⁃T1 | 100BASE⁃Tx | SGMII | xMII/GMII |
| 100BASE⁃T1 | xMII | 100BASE⁃Tx | SGMII | xMII |
| 100BASE⁃T1 | 100BASE⁃T1 | xMII | SGMII | xMII |
| 100BASE⁃T1 | 100BASE⁃T1 | 100BASE⁃Tx | xMII | xMII |
| 100BASE⁃T1 | 100BASE⁃T1 | 100BASE⁃Tx | SGMII | GMII |
千兆
PHY电路
与交换芯片外接的千兆 PHY芯片 88Q2112，其 MAC接口配置为 RGMII模式和 88Q5050的端口 5和 8相连。同时， 88Q2112的电接口外接连接器构成一个完整的千兆网口。
CPU控制模块
设计选用恩智浦的 IMX6Q开发板为处理平台，其集成的 MAC控制器支持通过指定 PHY扩展 OABR接口，具有强大的图形加速和处理能力，完全满足环视系统要求。 IMX6Q通过 MMDC实现 DDR内存的扩展，其可以支持 DDR3/DDR3L x16/x32/x64和 LPDDR2双通道 x16/x32内存颗粒，最高时钟可以达到 528 MHz。其非易失存储区通过 MICRON公司的一款型号为 MTFC8GLCDM的 SDIO接口的 eMMC存储器实现，其容量大小为 8 GB，支撑控制模块在 ubuntu操作系统的正常运行，以及功能软件的安装使用。 IMX6Q配套使用的专用电源管理芯片具有 14路可配置的电源通道，支撑了设计中的各外围器件的电源使用。
IMX6Q处理器自带的以太网控制器对外引出 MAC层接口可提供 RGMII，MII，RMII等多种连接方式。设计使用 RGMII接口 MAC模式与交换机的端口 8的 PHY进行连接，实现了千兆的网络传输。其接口框图如图 3所示。
图 3 88Q5050接口框图
04.以太网交换机测试结果
车载以太网交换机测试主要进行网络带宽测试验证。测试环境包括两台 PC机和交换机， PC机需要安装 iperf网络测试软件。其中一台 PC机作为发送端发送数据流，另一台作为接收端接收数据，连接交换机监控数据进行测试验证。测试结果如图 4所示。
图 4带宽测试结果
