背景：区域架构下的音频革命
汽车电子电气架构正经历从分布式ECU向功能域控制（Domain），再到区域控制（Zonal）即软件定义汽车这个方向的深刻变革。
随着千兆以太网作为骨干网络的引入以及AVB（Audio/Video Bridging）和TSN（Time-Sensitive Networking）协议的加持，为音视频在车载以太网中实时传输提供了确定性时延和同步能力。
传统模拟音频总线存在布线复杂、扩展性差、抗干扰能力弱等问题，A2B专用音频总线存在成本高等问题，而基于以太网AVB和TSN技术的新型音频架构，大大减少了线束的长度，同时省去了外置功放ECU，在成本，重量等方面带来了革命性的变化。
从技术方案到技术落地需要解决三个问题，一是关键技术的突破，二是生态的成熟，三是市场的认可。
艾睿电子和意法半导体深度合作，基于ST ZCU3.1系统板和音频扩展板方案，和客户一起验证了方案的可行性，在AUTOSAR生态下，实现了音频格式48K/16bit/4Ch/8Sample Demo演示环境搭建，初步验证了方案的有效性，与此同时，在主机厂完成端到端方案的验证，测试了完整的音频格式，包括96K/32bit/32Ch/12Sample等，同时为了解决主动降噪场景下延时问题，通过音频扩展板，引入了意法半导体的Class-D的HFDA80D，使得系统端到端时延降低了400us。整体方案满足主动降噪场景对系统延时和抖动的要求，为后续量产打下了坚实基础。
基于ST Stellar G6的以太网分布式音频的方案特色
ST Stellar G6，凭借硬件级时间敏感网络、媒体时钟恢复及专用通信交换单元三大核心能力，让车载以太网骨干网轻松承载高保真、更低抖动的音频传输。该方案具有以下特色：
ZCU3.1硬件方案
左图是ZCU3.1 Demo板的实物图，右侧是分布式音频相关模块的系统框图，基于 Stellar SR6G6 MCU，电源管理芯片SPSB100,以及以下关键组件：
● 音频功放 HFDA801A，车载应用设计的 4×24W （14.4V，4Ω）数字输入 Class-D 音频功放，连接到MCU的I2S0/TDM0上，集成 120dB DAC 与 2MHz PWM 技术，Hi-Fi 级音频性能，支持 I2S/TDM 多通道输入（最多16通道）， 具备AEC-Q100 汽车级认证。
● 以太网接口，ETH0（RGMII + SGMII 可选）即1000BASE-T 和1000BASE-T1二选一；ETH1（SGMII）,支持 1000BASE-T1接口。
● 连接器接口，用于接音频扩展板，通过MCU的I2S1/TDM1预留扩展接口，I2C1作为配置接口连接到扩展板。
● 两路 10BASE-T1S 接口，为以太网麦克风接入做预留，同时为RCP功能验证打下基础。
SDK软件资源
基于SDK软件架构如上图，这里面主要列出了和音频相关的模块，基于GCC编译环境，最新版本SDK6.1.0，提供从驱动层到应用层的SDK Demo例程。
● 应用层：多个功能应用（网关、以太网数据流、音频播放等）Demo级别例程。
● SDK RTOS 层：基于 FreeRTOS，支持TCPIP协议栈，音频功放的驱动作为独立的模块，为应用层提供调用接口。
● SDK LLD层：提供CAN，LIN，SPI，ETH，MSP，DPLL，I2C，PWM等驱动程序。
● 硬件层：两组 R52 集群（Cluster 0/2），带有锁步功能，Cluster2可拆可锁；另外，还有两个M4内核，DME负责数据转发，DSPH负责低功耗管理。
以上SDK软件还有MCAL软件可以通过ST官网Myteamspace或者通过艾睿电子等渠道获取。
技术验证：艾睿电子和一级供应商一起验证了ST 音频方案的有效性
操作系统采用AUTOSAR生态下协议栈EB OS，系统软件模型如下图，已经在StellarG6完成了适配。
● 主要软件运行在R52+Core0上，采用ST的MCAL软件，RTM1.1版本，包括MCU，DIO，PORT，GPT，SPI，ETH，CAN，LIN，DMA等组件。
● R52+ Core1/2 是同构扩展核，预留用于多核并行处理，双 Cortex-M4 是协处理器，DME （Data Move Engine –实现CAN2CAN转发等）。
● 对于非AUTOSAR框架的驱动，包括MSP，DPLL，PA Driver，10BASET1S，艾睿深度参与并将部分SDK封装后提供给客户。
● 基于BSW模块的ETHSYNC和STBM模块实现时钟的同步。
在此框架下验证了以下特性
● 环境，Talker端采用是linux PC（ Ubuntu）的平台，Listener 采用ZCU3.1，验证了基于AUTOSAR协议栈的以太网分布式音频的方案，媒体时钟恢复基于AVTP的AAF协议，音频格式是48K/16Bit/4Ch/8sample，实现了一拖一的播放
● 通过AUTOSAR BSW模块的ETHSYNC和STBM对时协议，实现了一拖二的音频播放，达到了预期效果。
● 在ZCU3.1上验证了802.1CB环网的同步发送和冗余消除的功能。
● 基于10BASET1S驱动，测试了基于MACPHY的10BASET1S接口，跑通了RCP协议。
以上测试验证了以太网分布式音频和RCP方案在AUTOSAR生态下的基本功能
推动落地：艾睿电子深度参与主机厂分布式音频项目，推动ST分布式音频方案走向成熟
艾睿电子和主机厂深度合作验证RNC降噪加以太网分布式音频完整的解决方案，项目难点是系统端到端时延，以及链路的抖动。
在设计中，音频扩展板引入了意法半导体车规级功放芯片HFDA80D， 它具有极低的信号延迟，适用于主动降噪等高速音频处理的应用场景 。
在AVB和TSN软件部分，引入第三方商用化协议栈，在不增加过多成本情况下，使得项目完成落地。得益于微秒级的音频同步精度与超低延迟特性，该方案为路噪消除（RNC）等高级声学算法提供了理想的底层支持，能有效提升座舱内的静谧性与驾乘体验。
音频扩展板方案简介
左侧是实物板卡，右侧框图，涉及三颗音频功放芯片和连接器等。
● MCU的I2S1/TDM1接口，从ZCU3.1连接器接到音频扩展板，分别连到 HFDA80D（4Ch）和两颗 FDA902H（各 2Ch），I2C1对功放进行配置。
● HFDA80D 4Ch，单路22W低延迟功放输出；2颗FDA902H 共4Ch,单路80W大功率功放输出。
● 输出：三颗AMP，共 8Ch，接到 AMP Connector，用于直接驱动扬声器。
HFDA80D
HFDA80D 是 ST 专为车载应用设计的 ，最大4×47W ，数字输入 Class-D 音频功放，集成 112dB DAC 与 2MHz PWM，具有Hi-Fi 级音频性能，支持 I2S/TDM 多通道输入， 4.5V–18V 宽电压范围，极低延迟时间，最低可以到28us。
FDA902H
FDA902H 是 ST 推出的 双桥数字输入 Class-D 汽车音频功放，最高 48V 高电压工作模式，可驱动 8Ω 扬声器满功率输出，符合AEC-Q100标准，专为高功率车载音频系统而设计。
艾睿电子提供的基于HFDA80D，FDA902H软硬件为系统测试提供了支撑。
测试台架网络拓扑图
● HEAD UNIT（主机）：采集 MIC/AUX 音频，经 SOC/DSP 处理后通过 ETH PHY 发出，通过gPTP和AVTP协议完成对时和音频传输。
● Switch EVM（交换机）：以太网交换节点，将音频流分别路由到 ZCU L（左）和ZCU R（右），作为gPTP中继与校准节点，通过调整驻留时间，保证系统时延精度。
● ZCU（区域控制单元）：MCU 接收以太网音频，经内部路由交换，到ZCU L上进行声道分配，在4声道以上的场景通过主板加扩展板PA0-PA3 功放驱动各通道扬声器；如果不是发给ZCU L的音频报文，会转发到ZCU R上进行音频播放，完成声道的动态分配。
关键测试项
● Delay1：ZCU内部处理延迟
● Delay2：从Switch输出到模拟输出延迟
● Delay3：端到端音频传输路径延迟
测试了96 kHz/32bit/32Ch/12sample；48kHz/24bit/8Ch/8sample等多种音频格式。测试表明方案的相关指标满足了高保真车载音响系统及主动降噪算法的严苛要求， 具体参数可以联系艾睿电子或ST团队获取。
小结
艾睿电子凭借其广泛的客户群体，丰富的元器件供应链资源，以及技术和资源整合能力，将最前沿的方案和最真实的需求实现零距离碰撞，同时推动迭代和循环，加速方案推向市场。
对于供应商以及合作伙伴，推动了生态建立，助力了方案落地。
对于客户，推荐最合适的方案，并协助推进，加速项目从原型样机走向量产。
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