近期，美國(guó)微芯科技（Microchip Technology Inc.）正式推出 LAN878x與LAN888x系列單對(duì)以太網(wǎng)（SPE）PHY收發(fā)器 ，提供100BASE-T1、1000BASE-T1及雙速率100/1000BASE-T1三種規(guī)格。這是Microchip在汽車以太網(wǎng)領(lǐng)域的又一次重磅落子——將硬件級(jí)MACsec安全引擎、原生時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）支持和ISO 26262 ASIL-B功能安全三大能力集成進(jìn)一顆PHY芯片，專為軟件定義汽車（SDV）和復(fù)雜工業(yè)網(wǎng)絡(luò)打造安全、可靠且可擴(kuò)展的以太網(wǎng)連接方案。

Microchip網(wǎng)絡(luò)與連接業(yè)務(wù)部副總裁Charlie Forni直言："通過(guò)將MACsec直接集成在PHY中，我們幫助設(shè)計(jì)人員在不增加系統(tǒng)復(fù)雜度的前提下強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)防護(hù)。"

當(dāng)汽車從分布式ECU架構(gòu)向域控制、中央計(jì)算架構(gòu)演進(jìn)，當(dāng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)從多種總線走向全以太網(wǎng)統(tǒng)一，傳統(tǒng)多對(duì)線以太網(wǎng)的布線成本、重量和復(fù)雜度已經(jīng)成為瓶頸。單對(duì)以太網(wǎng)（SPE）用一根雙絞線替代四對(duì)線，在降低線束重量和成本的同時(shí)，提供足以支撐ADAS、域控制器和工業(yè)實(shí)時(shí)通信的帶寬。

但SPE在推廣過(guò)程中面臨三大痛點(diǎn)：安全如何保障？實(shí)時(shí)性如何保證？功能安全如何達(dá)標(biāo)？傳統(tǒng)方案要么靠軟件實(shí)現(xiàn)安全，延遲高、開(kāi)銷大；要么在PHY之外額外加安全芯片，增加BOM成本和PCB面積。Microchip這次的思路很直接——把這些能力全部塞進(jìn)PHY里，用硬件解決軟件解決不了的問(wèn)題。

三大核心能力：MACsec+TSN+ASIL-B，一顆PHY全搞定

能力一：硬件級(jí)MACsec安全引擎，幀級(jí)防護(hù)零延遲

LAN878x與LAN888x系列集成了符合IEEE 802.1AE-2018標(biāo)準(zhǔn)的硬件級(jí)MACsec安全引擎，提供三重防護(hù)。

第一重是幀級(jí)機(jī)密性——以太網(wǎng)幀在傳輸過(guò)程中被硬件加密，即使數(shù)據(jù)被截獲也無(wú)法讀取。第二重是數(shù)據(jù)完整性——防止幀內(nèi)容在傳輸中被篡改。第三重是回放保護(hù)——拒絕重放攻擊，防止攻擊者截獲合法幀后重新發(fā)送。

關(guān)鍵在于，這一切由硬件完成，不增加系統(tǒng)延遲，不增加軟件復(fù)雜度。相比軟件實(shí)現(xiàn)的MACsec方案，硬件方案的處理延遲可以控制在納秒級(jí)，對(duì)ADAS和安全關(guān)鍵控制網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)通信毫無(wú)影響。

系列中后綴帶"M"的型號(hào)（如LAN8781M、LAN8881M等）支持MACsec功能，不帶"M"的型號(hào)則提供基礎(chǔ)SPE連接能力，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)安全等級(jí)需求靈活選型。

能力二：原生TSN支持，確定性通信有保障

高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）、區(qū)域網(wǎng)關(guān)和安全關(guān)鍵控制網(wǎng)絡(luò)對(duì)通信的確定性和低延遲有著極其苛刻的要求。傳統(tǒng)以太網(wǎng)的"盡力而為"傳輸機(jī)制無(wú)法滿足這些場(chǎng)景，而時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）正是為解決這一問(wèn)題而生。

LAN878x與LAN888x系列原生支持TSN，無(wú)需額外軟件協(xié)議棧即可實(shí)現(xiàn)確定性調(diào)度、時(shí)間同步和流量整形。這意味著從PHY層開(kāi)始，整條通信鏈路就具備了TSN所需的時(shí)間感知能力，為上層應(yīng)用提供可預(yù)期的、低抖動(dòng)的通信保障。

能力三：ISO 26262 ASIL-B功能安全，片上診斷加快故障檢測(cè)

在汽車功能安全領(lǐng)域，ISO 26262 ASIL-B是大多數(shù)ADAS和底盤控制系統(tǒng)的最低安全等級(jí)要求。LAN878x與LAN888x系列正是針對(duì)ASIL-B系統(tǒng)設(shè)計(jì)，具備增強(qiáng)型功能安全特性。

相比傳統(tǒng)SPE PHY方案，新系列提供了先進(jìn)的片上診斷與鏈路監(jiān)測(cè)功能：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)鏈路狀態(tài)、信號(hào)質(zhì)量和通信錯(cuò)誤；異常發(fā)生時(shí)快速觸發(fā)告警，大幅縮短故障檢測(cè)時(shí)間；支持更完善的系統(tǒng)級(jí)安全機(jī)制，滿足ASIL-B對(duì)硬件隨機(jī)失效和系統(tǒng)失效的檢測(cè)覆蓋率要求。這些能力讓系統(tǒng)設(shè)計(jì)師不再需要在PHY之外額外部署復(fù)雜的監(jiān)控電路，系統(tǒng)可視性和安全完整性同步提升。

引腳兼容+雙主機(jī)接口，平臺(tái)擴(kuò)展零成本

Microchip在這次產(chǎn)品規(guī)劃上做了一個(gè)非常務(wù)實(shí)的設(shè)計(jì)：LAN878x與LAN888x系列在100BASE-T1與1000BASE-T1各型號(hào)間實(shí)現(xiàn)完全引腳兼容，同時(shí)支持SGMII與RGMII兩種主機(jī)接口。

這帶來(lái)兩個(gè)直接好處。

第一，硬件設(shè)計(jì)可復(fù)用。工程師今天用100BASE-T1的PCB布局，明天要升級(jí)到1000BASE-T1，不需要改動(dòng)任何走線，換一顆引腳兼容的芯片就能完成帶寬翻倍。對(duì)于產(chǎn)品迭代周期緊張的汽車Tier 1和工業(yè)設(shè)備廠商來(lái)說(shuō)，這直接省掉了一次PCB改版的時(shí)間和費(fèi)用。

第二，主機(jī)接口可選。SGMII適合對(duì)引腳數(shù)量敏感的SoC設(shè)計(jì)，RGMII適合需要更高吞吐量的應(yīng)用，兩種接口全部支持，設(shè)計(jì)靈活度拉滿。

產(chǎn)品矩陣：12款SKU覆蓋全場(chǎng)景

LAN878x系列包含四款型號(hào)：LAN8781和LAN8781M、LAN8782和LAN8782M，均支持100/1000BASE-T1雙速率，后綴帶M的型號(hào)支持MACsec。

LAN888x系列包含八款型號(hào)：LAN8881至LAN8884，每款均有帶M和不帶M兩個(gè)版本，同樣全部支持100/1000BASE-T1雙速率。帶M的型號(hào)集成MACsec安全引擎，不帶M的型號(hào)提供純連接能力。

所有器件均滿足汽車一級(jí)（Automotive Grade 1）工作條件：工作溫度覆蓋-40℃至+125℃，最高結(jié)溫150℃，從北極圈的極寒測(cè)試場(chǎng)到中東沙漠的高溫路測(cè)，全部扛得住。

評(píng)估平臺(tái)全配套，加速量產(chǎn)落地

Microchip為L(zhǎng)AN878x與LAN888x系列提供了完整的硬件評(píng)估平臺(tái)支持：SGMII接插板用于快速驗(yàn)證與主流SoC的對(duì)接；USB接插板用于簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)調(diào)試流程；PCIe接插板用于支持高性能主機(jī)接口評(píng)估；同時(shí)提供Linux軟件驅(qū)動(dòng)程序，開(kāi)箱即用，大幅縮短軟件開(kāi)發(fā)周期。

目前，LAN878x與LAN888x系列現(xiàn)已開(kāi)放限量樣片申請(qǐng)，客戶可通過(guò)Microchip直接聯(lián)系獲取。

應(yīng)用場(chǎng)景全覆蓋

在汽車ADAS領(lǐng)域，前置攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等傳感器需要高帶寬、低延遲且安全的通信鏈路，1000BASE-T1配合TSN和MACsec正好匹配。

在區(qū)域和中央網(wǎng)關(guān)場(chǎng)景中，域控制器之間的互聯(lián)需要高帶寬和確定性通信，雙速率能力加上引腳兼容的升級(jí)路徑讓帶寬擴(kuò)展變得極為簡(jiǎn)單。

在安全關(guān)鍵控制場(chǎng)景中，線控轉(zhuǎn)向、線控制動(dòng)等系統(tǒng)要求達(dá)到ASIL-B功能安全等級(jí)，片上診斷和ASIL-B級(jí)別設(shè)計(jì)讓系統(tǒng)安全完整性得到硬件級(jí)保障。

在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，產(chǎn)線控制和運(yùn)動(dòng)控制對(duì)通信的確定性要求極高，原生TSN支持加上-40℃至+125℃的寬溫工作范圍，讓這顆PHY同樣勝任工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的嚴(yán)苛環(huán)境。

在機(jī)器人和航空電子領(lǐng)域，多關(guān)節(jié)協(xié)同控制和機(jī)載網(wǎng)絡(luò)對(duì)低延遲、高可靠和輕量化有著極致追求，單對(duì)線方案配合150℃結(jié)溫的汽車級(jí)可靠性，正是這些場(chǎng)景的理想選擇。

寫在最后

在汽車以太網(wǎng)從100M向1G全面升級(jí)、從"能通"向"安全通"演進(jìn)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，Microchip用LAN878x與LAN888x系列給出了一個(gè)非常清晰的答案：安全不是外加的負(fù)擔(dān)，而是PHY的內(nèi)置能力。

當(dāng)MACsec、TSN和ASIL-B功能安全不再需要三顆芯片、三套軟件、三次認(rèn)證，而是被集成進(jìn)一顆引腳兼容、雙接口、汽車級(jí)的SPE PHY中時(shí)，軟件定義汽車和全以太網(wǎng)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的落地速度，才能真正被拉滿。