4. 物理层基础
10BASE-T1S 是 IEEE 802.3cg 标准定义的汽车以太网物理层技术，其名称本身就浓缩了核心特征：10 表示 10 Mbps 线速，BASE 表示基带传输，T1S 表示单对双绞线（Single Pair）且支持多点共享总线。理解这一物理层，需要同时把握四个相互关联的维度：传输介质、速率与编码、双工模式，以及决定多节点共享行为的 PLCA 机制。
一、单对双绞线：介质与信号基础
10BASE-T1S 使用一根非屏蔽或屏蔽的单对双绞线，线缆两端通常通过 100 Ω 差分阻抗匹配。与传统的 100BASE-TX 使用两对线不同，单对线同时承担发送与接收，这要求收发器具备混合电路（Hybrid）来分离本地发送信号与远端到达信号。差分传输带来的共模抑制能力，使其在汽车电磁环境中具备较好的抗干扰性。
物理层采用 PAM3 编码，在 10 Mbps 速率下，符号率为 5 MBd，每个符号携带约 1.58 bit 信息。相比 PAM2，PAM3 在相同带宽下提升了频谱效率，但也对信噪比和均衡提出更高要求。线缆长度方面，标准目标是在多点拓扑下支持至少 25 m 总线长度，并允许最多 8 个节点接入同一段总线。
二、10 Mbps 速率与半双工/全双工模式
10BASE-T1S 的标称速率为 10 Mbps，属于车载低速控制与传感器接入场景的典型选择。它明确定位于多点共享总线，因此其默认工作模式是半双工：同一时刻总线上只能有一个节点发送，其余节点接收。若多个节点同时发送，就会发生冲突，导致帧损坏。
标准也允许点对点链路使用全双工模式，此时两端可以同时收发，不再共享介质。但在多点拓扑中，全双工无法成立，因为所有节点共享同一对双绞线。工程上必须根据拓扑选择模式：点对点链路可开全双工，多点总线必须使用半双工并启用 PLCA。
| 特性 | 半双工（多点总线） | 全双工（点对点） |
|---|---|---|
| 介质共享 | 多节点共享同一对线 | 两端独占链路 |
| 同时收发 | 不允许 | 允许 |
| 冲突处理 | 依赖 PLCA 避免冲突 | 无冲突 |
| 典型拓扑 | 总线型，最多 8 节点 | 两点直连 |
| PLCA 必要性 | 必须启用 | 可关闭 |
三、PLCA 机制原理：把“抢总线”变成“轮流发言”
PLCA（Physical Layer Collision Avoidance，物理层冲突避免）是 10BASE-T1S 最具特色的机制。传统 CSMA/CD 在低负载时表现良好，但在车载多节点、周期性小帧场景下，冲突概率上升，重传和退避会破坏确定性。PLCA 的核心思想是：在物理层引入一个协调者（Coordinator），由它周期性发出一个称为 BEACON 的信号，所有节点据此获得一个逻辑令牌，按节点 ID 顺序轮流发送。
其工作流程可以概括为：协调者发送 BEACON，标志一轮周期开始；节点 0 获得发送机会，若它有帧要发就发送，若没有则发送一个短填充或直接跳过；随后节点 1、节点 2……依次获得机会，直到所有节点轮询完毕；协调者再次发送 BEACON，进入下一轮。这样，每个节点在每轮中都有确定的发送窗口，从根本上避免了两个节点同时上线的可能。
PLCA 的关键参数包括：节点 ID（决定轮询顺序）、BEACON 周期、最大节点数以及每个节点的发送窗口长度。节点 ID 越小，越早获得发送机会，因此对时延敏感的节点通常分配较小的 ID。协调者本身也可以参与发送，通常占用节点 0 或独立角色。
四、典型场景与工程配置
在车载区域控制器与传感器/执行器互联场景中，10BASE-T1S 常被用于替代 CAN 或 CAN FD 的低速链路。例如，车门模块、座椅控制器、温度传感器等节点可以挂接在同一段总线上，通过 PLCA 实现周期性数据采集。以下是一个典型的 PHY 配置片段：
# 10BASE-T1S PHY 关键配置示例（示意）
phy-mode = "10base-t1s";
duplex = "half"; # 多点总线必须半双工
plca-enable = "true";
plca-node-id = 3; # 本节点 ID
plca-node-count = 8; # 总线上节点总数
plca-burst-count = 0; # 每轮连续发送帧数
plca-burst-timer = 128; # 突发间隔（单位：bit 时间）
master-slave = "slave"; # 协调者设为 master
配置时需要特别注意：所有节点的 plca-node-count 必须一致，否则轮询窗口数量不匹配，可能导致某些节点长期得不到发送机会。协调者必须唯一，否则会出现多个 BEACON 源，破坏轮询秩序。
五、复盘：四个维度的关联
单对双绞线决定了介质是共享的，共享介质决定了多点拓扑必须半双工，半双工又决定了需要一种确定性的仲裁机制，PLCA 正是为此而生。10 Mbps 的速率则决定了 PLCA 周期和窗口参数的量级。四者不是孤立知识点，而是一条从物理介质到链路行为的因果链。工程实践中，先确认拓扑是点对点还是多点，再决定双工模式与 PLCA 开关，最后根据节点数和帧周期计算 BEACON 周期与窗口长度，才能让 10BASE-T1S 在车载网络中稳定运行。