在汽车领域，分布式智能设计的一个关键趋势是区域架构的日益普及。汽车制造商不再将电子控制单元 (ECU) 分配给特定功能并通过以太网或 CAN 等传统现场总线连接起来，而是将应用程序整合到数量较少的、高性能的系统级芯片 (SoC) 上，这些芯片可以分配给多个应用程序。.
在区域架构中，每个应用程序执行的任务分布在各个片上系统 (SoC) 上。例如，存储节点既可以采集与车辆运行和移动相关的仪表数据，也可以采集乘客在旅途中想要观看或收听的多媒体内容。所有通信都由区域网关进行协调，这些网关确保不同应用程序之间的高度安全性，从而保证信息娱乐应用程序无法访问发动机、转向或制动系统的控制功能。.

东芝以太网控制器 - 1
类似的架构正在工业系统中涌现。以往每台机床都是独立单元，通过低带宽的现场总线（例如 Profibus）与其他机床通信，而现在，机床之间通过高速以太网连接。这使得丰富的视频和其他传感器数据传输到边缘计算系统进行处理成为可能。运行在这些边缘计算系统上的人工智能应用可以快速判断机床是否正常运行，或者是否需要进行调整以补偿温度或其他工况变化。.
这种区域架构的挑战在于如何确保这些分布式实现能够达到所需的实时性能。在工业自动化中，控制回路通常被设计成以恒定速率等待传感器更新。如果控制算法等待的传感器更新和读数延迟超过处理窗口，则可能出现不稳定并丢失关键的定位精度。机器实际上被迫使用可能已过时且不再反映物理现实的数据。不可预测的延迟也会影响汽车环境中的用户体验。数据流之间可能相互干扰，导致车内乘客遇到视频卡顿的情况。最终，用户会感觉系统无法跟上。.东芝以太网控制器 2
一种应对方法是通过升级到更高速度的以太网来增加可用带宽。但这通常不足以解决问题。问题在于以太网基本标准的尽力而为原则：任何准备发送数据包的对等方都可以访问网络，并阻塞该网段上的其他活动，直到其数据包发送完毕。这种架构方法可以追溯到许多传统以太网控制器的设计。它们使用简单的缓冲区来排队等待发送的数据包，而这些缓冲区无法区分流量类型。封装在短数据包中的高优先级命令很容易被强制等待一个或多个长视频帧发送完毕后才能进入网络。东芝在一个参考平台上研究了这种现象，该平台旨在展示汽车和工业系统中的应用如何受到网络不可预测性的影响。.

在东芝工程师搭建的测试平台中，支持 1 Gbps 和 10 Gbps 网络接口的高速以太网控制器分别连接到运行应用程序代码的客户 SoC，以模拟汽车和工业自动化环境中各种预期用例的行为。
类似的参考设计也用于展示高带宽以太网在工业自动化环境中的低延迟和低抖动。
东芝对这些参考设计的测试表明，使用传统的 IEEE 802.1 以太网协议套件会导致一小部分需要可预测交付的数据包出现显著延迟，这可能会对实时应用造成严重影响。在低优先级流量占用带宽相对较少（在 1 Gbps 网络上小于 1 Mbps）的情况下，实验测得高优先级流量（例如用于传输电机控制命令的数据包）的路径延迟高达 60 µs。实验中，数据包通过两个交换机，经三跳从扬声器传输到听者。当大量低优先级后台流量占用高达 840 Mbps 的带宽时，最大路径延迟增加了七倍以上，接近 440 µs。
在这种情况下，路径延迟的分布呈现明显的双峰分布，许多数据包的延迟超过 300 µs，尽管很大一部分数据包在 60 µs 内到达目的地。在工业场景中测试这些延迟的影响时，如果数据包在预定截止时间后到达，则会被丢弃而不是用于向控制回路提供可能错误的数据，则会导致无法实现平滑移动并到达预定目的地。
以太网标准中的时间敏感网络 (TSN) 功能使原始设备制造商 (OEM) 和集成商能够将高速网络用于媒体和实时应用。这些标准包括 IEEE 802.1AS、通用精确时间协议 (gPTP) 和 IEEE 802.1Qbv 标准。gPTP 定义了 TSN 环境中以太网的定时和同步行为，而 IEEE 802.1Qbv 标准则增加了增强功能，允许流量按照严格的时间表发送。gPTP
允许以太网上的终端设备以亚微秒级的精度协商一个共同的本地时间，并考虑连接它们的网络路径上的延迟。通过使用共同的时间参考，gPTP 可以实现数据包调度和时间感知建模，从而确保高优先级数据包在已知的时间范围内送达。IEEE
802.1Qbv 的时间感知调度器将传输窗口划分为固定长度的周期。在每个周期内，可以将不同的时隙分配给八个 IEEE 802.1Q 优先级中的一个或多个，分配给这些优先级的数据包在该时间窗口内独占网络。
东芝围绕同时支持 gPTP 和 IEEE 802.1Qbv 功能的以太网控制器构建了测试平台，以观察这些技术对典型工业和汽车软件任务的影响。在基于传统协议的配置中，路径延迟在 50 µs 到 430 µs 之间；而使用 gPTP 和 IEEE 802.1Qbv 功能时，时间敏感型数据包分发被显著降低，呈现出中心位于 25.5 µs 的更窄的正态分布，抖动仅为 0.3 µs。这使得所有机床轴都能实现平滑控制，而不会丢失定位目标。TC9562

东芝以太网控制器 3和 TC9563 支持 gPTP、IEEE 802.1Qav、IEEE 802.1Qbv 以及其他实时控制的关键要素，是构建可靠的工业和汽车控制系统的重要组成部分。 TC9562 支持 1 Gbps 以太网，而 TC9563 则将网络容量扩展至两个端口，两个端口均支持 10 Gbps 数据速率。除了高速以太网功能外，这两款器件还集成了可简化通过 PCIe 接口与多核主机 SoC 之间通信的功能。TC9563 实现了 Gen3 功能以及单路径 I/O 虚拟化 (SR IOV)，该功能可提升在虚拟机管理程序下运行的软件的性能。
在汽车和工业自动化环境中，实时性能和高带宽通信的结合正成为一项关键需求。在东芝 TC9562 和 TC9563 等器件中实现 TSN 的以太网增强功能，可确保系统集成商和 OEM 厂商拥有在先进车辆和工厂系统中部署高带宽实时网络所需的一切。