作者：Microchip Technology Inc
K2L GmbH & Co. KG
市場銷售經(jīng)理
Carmelo De Mola
多年來，汽車行業(yè)一直在努力提高聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在車輛中的普及程度。愿景是建立一個(gè)“單一技術(shù)網(wǎng)絡(luò)”，而目前的解決方案是采用在滿足汽車需求的其他領(lǐng)域擁有可靠業(yè)績記錄的以太網(wǎng)技術(shù)。這種方案雖然解決了許多汽車聯(lián)網(wǎng)難題，但是在某些信息娛樂、音頻和聲學(xué)用例中也帶來了其他挑戰(zhàn)。特別是音頻信號(hào)傳輸方面，需要配備大量昂貴的硬件和軟件組件，這是當(dāng)前面臨的主要挑戰(zhàn)。而克服每一項(xiàng)挑戰(zhàn)都將是一個(gè)復(fù)雜且耗資巨大的過程，并且可能會(huì)增加設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)與成本，影響新車上市時(shí)間。
相比之下，全新的INICnet技術(shù)不但可提供所有必需的音頻功能（例如以高質(zhì)量服務(wù)和低延時(shí)并行傳輸多個(gè)音頻和視頻通道），而且無需配備其他硬件或軟件。此外，這項(xiàng)技術(shù)還提供以太網(wǎng)/IP通道，支持軟件下載（包括無線OTA）和診斷等用例，以及與汽車網(wǎng)絡(luò)的其他部分無縫連接。
但是，汽車領(lǐng)域目前已經(jīng)擁有眾多協(xié)議，為什么還需要另一種開放標(biāo)準(zhǔn)呢？
通過分析當(dāng)今汽車行業(yè)面臨的挑戰(zhàn)，我們可以找到答案。為了應(yīng)對(duì)消費(fèi)類產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代，業(yè)界往往一邊致力于提高創(chuàng)新性，一邊努力嘗試節(jié)省成本。而這項(xiàng)挑戰(zhàn)的核心是汽車電子。從圖1中可以看出，典型車輛中的電子元件數(shù)量正在逐年迅速增加，再加上車輛電氣化的三大趨勢（即更復(fù)雜的駕駛員輔助、自動(dòng)駕駛和不斷增強(qiáng)的車內(nèi)連接），完全不會(huì)有減緩的跡象。
圖1：電子元件成本占車輛總成本的百分比趨勢
這導(dǎo)致車輛內(nèi)部的不同組件與其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)之間存在大量數(shù)據(jù)交換，而且未來只會(huì)不斷增加。這給車載網(wǎng)絡(luò)帶來了新的負(fù)擔(dān)，傳統(tǒng)的車載網(wǎng)絡(luò)通常是基于域的網(wǎng)絡(luò)（例如CAN、Flexray、LIN和MOST），可根據(jù)通信的帶寬和實(shí)時(shí)要求涵蓋不同類型數(shù)據(jù)的專用任務(wù)。因此，將基于域的架構(gòu)替換為主干方案變得越來越普遍，在主干方案中，基于非屏蔽雙絞線（UTP）的高速以太網(wǎng)主干網(wǎng)絡(luò)可以滿足聯(lián)網(wǎng)要求。
當(dāng)前，以太網(wǎng)已成為一種成熟且價(jià)格合理的技術(shù)，它在市場上表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢。UTP可以幫助降低開發(fā)成本、減少項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)和縮短新車上市時(shí)間。但是，并非在車載網(wǎng)絡(luò)內(nèi)交換的所有數(shù)據(jù)本身都可以作為數(shù)據(jù)包數(shù)據(jù)使用。
以信息娛樂系統(tǒng)、聲學(xué)應(yīng)用（例如，主動(dòng)降噪（ANC））和乘客間交流中的音頻數(shù)據(jù)為例，通過以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)此類應(yīng)用意味著需要使用音頻視頻橋接（AVB）等特殊標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)可滿足音頻應(yīng)用的所有要求（例如同步、低延時(shí)和可靠性），但在軟件中實(shí)現(xiàn)起來非常復(fù)雜并且要求具備專門用于處理網(wǎng)絡(luò)的高性能計(jì)算能力。高性能單片機(jī)上復(fù)雜軟件協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)成本可能會(huì)抵消網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的所有優(yōu)勢。
那么，業(yè)界如何在不增加實(shí)現(xiàn)成本的情況下為音頻、聲學(xué)和信息娛樂系統(tǒng)部署網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)呢？
答案就是INICnet技術(shù)。INICnet技術(shù)將在2021年成為開放的ISO標(biāo)準(zhǔn)，它支持高質(zhì)量服務(wù)的音頻和視頻通道，這些通道可以通過INICnet IC或配套的精簡軟件進(jìn)行全面管理，因此工程師無需額外的開發(fā)工作即可處理網(wǎng)絡(luò)上的通信。INICnet技術(shù)提供UTP或同軸電纜作為物理層，并且由于每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自己的MAC地址，因此可與以太網(wǎng)完全兼容。此外，它還支持與以太網(wǎng)相關(guān)的所有機(jī)制、尋址模式和數(shù)據(jù)包大小。
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Network Bridge
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網(wǎng)橋
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Head Unit
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中央處理單元
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Audio and Video and IP
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音頻、視頻和IP
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Microphone
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麥克風(fēng)
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Amplifier
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放大器
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Internet Protocol
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Internet協(xié)議
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Ethernet Switch
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以太網(wǎng)開關(guān)
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Antenna Module
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天線模塊
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Diag
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診斷
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IP via Switched Ethernet
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通過交換以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)IP
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Audio
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音頻
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Video
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視頻
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Ethernet
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以太網(wǎng)
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Control
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控制
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圖2： INICnet技術(shù)與以太網(wǎng)共存
INICnet技術(shù)有以下兩種不同的速度等級(jí)（帶寬效率高達(dá)95%以上）：50 Mbps或150 Mbps。兩種選項(xiàng)均支持環(huán)型或菊花鏈，50 Mbps通過UTP實(shí)現(xiàn)，而150 Mbps通過同軸電纜實(shí)現(xiàn)。
INICnet技術(shù)支持幻象電源并提供全面的診斷，無需額外的觸發(fā)電纜。圖2說明了INICnet技術(shù)和以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)如何共存。這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)勢在于，音視頻應(yīng)用可以基于INICnet技術(shù)運(yùn)行，因?yàn)檫@種技術(shù)以本機(jī)格式處理音頻或視頻數(shù)據(jù)，從而幫助開發(fā)人員將更多精力集中在他們的應(yīng)用上，減少在復(fù)雜的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換或網(wǎng)絡(luò)任務(wù)方面的投入。另一大優(yōu)勢是，由于INICnet技術(shù)支持本地以太網(wǎng)數(shù)據(jù)包，并通過其設(shè)備之一（例如中央處理單元）連接到車輛主干網(wǎng)的其余部分，因此可以通過無線方式快速更新每個(gè)INICnet設(shè)備中的固件。中央處理單元中不需要網(wǎng)關(guān)應(yīng)用，因?yàn)槊總�(gè)INICnet設(shè)備都可以通過其自己的惟一MAC地址直接尋址。
對(duì)于INICnet技術(shù)的以太網(wǎng)通道，其ISO/OSI模型僅涵蓋模型的前兩層，如圖3所示；因此，它可以從更高層中完全抽象出來，以便在驅(qū)動(dòng)程序更新后能夠重復(fù)使用針對(duì)其他技術(shù)編寫的軟件。目前，Linux和QNX的驅(qū)動(dòng)程序可與INICnet IC結(jié)合使用，并允許INICnet技術(shù)的以太網(wǎng)通道以完全透明的方式集成到基于IP的現(xiàn)有系統(tǒng)中，這樣開發(fā)工程師就不必?fù)?dān)心底層聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。
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Application
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應(yīng)用層
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Presentation
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表示層
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Session
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會(huì)話層
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Transport
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傳輸層
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Network
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網(wǎng)絡(luò)層
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Data Link
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數(shù)據(jù)鏈路層
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Physical
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物理層
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UNICENS
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UNICENS
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SOME/IP
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SOME/IP
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TCP and/or UDP
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TCP和/或UDP
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Bonjour mDNS & DNS SD
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Bonjour mDNS和DNS SD
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圖3： ISO/OSI模型中的INICnet技術(shù)
Microchip提供面向低延時(shí)應(yīng)用（例如ANC、馬達(dá)聲音生成、道路噪聲消除、緊急呼叫以及其他要求低延時(shí)的應(yīng)用）的全系列應(yīng)用特定產(chǎn)品，如圖4所示。每個(gè)INICnet IC都可以配置為網(wǎng)絡(luò)主器件或網(wǎng)絡(luò)從器件，并且可以根據(jù)情況自動(dòng)更改其模式（例如，在發(fā)生車禍后網(wǎng)絡(luò)損壞并且駕駛員希望進(jìn)行緊急呼叫時(shí)）。
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Audio
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音頻
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Video
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視頻
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Control
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控制
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Ethernet
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以太網(wǎng)
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Application Interfaces
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應(yīng)用接口
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End Equipment/Application Focus
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終端設(shè)備/應(yīng)用中心
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Availability
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供貨情況
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System INIC IC OS81210
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系統(tǒng)INIC IC OS81210
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USB2.0, Media-LB, SPI, I2C, I2S/TDM/PDM
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USB2.0、Media-LB、SPI、I2C和I2S/TDM/PDM
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64-pin QFN 9×9mm2
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64引腳QFN 9×9 mm2
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Head Unit
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中央處理單元
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Smart Antenna
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智能天線
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T-Box
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T-Box
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ES: Sept 2018
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ES：2018年9月
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PPAP: July 2019
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PPAP：2019年7月
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Audio INIC IC OS81212
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音頻INIC IC OS81212
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Media-LB, SPl, I2C, IPS/TDM/PDM
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Media-LB、SPl、I2C和IPS/TDM/PDM
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56-pin QFN 8×8 mm2
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56引腳QFN 8×8 mm2
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Amplifier
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放大器
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Booster
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升壓器
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Drives, Decks
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驅(qū)動(dòng)器和卡片組
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ES: Oct 2018
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ES：2018年10月
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PPAP: Oct 2019
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PPAP：2019年10月
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Audio INIC IC OS81214
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音頻INIC IC OS81214
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SPI, I2C, I2S/TMWPDM
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SPI、I2C和I2S/TMWPDM
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48-pin QFN 7×7mm2
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48引腳QFN 7×7 mm2
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Slim Amplifier
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超薄放大器
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Booster
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升壓器
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Drives, Decks
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驅(qū)動(dòng)器和卡片組
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ES: Oct 2018
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ES：2018年10月
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PPAP: Oct 2019
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PPAP：2019年10月
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Microphone INIC IC OS81216
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麥克風(fēng)INIC IC OS81216
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PC, I2S/TM/PDM
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PC和I2S/TM/PDM
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48-pin QFN 7×7mm2
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48引腳QFN 7×7 mm2
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Microphones ANC, RNC, MNC
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麥克風(fēng)ANC、RNC和MNC
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ES: Dec 2018
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ES：2018年12月
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PPAP: Dec 2019
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PPAP：2019年12月
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圖4：Microchip的INICnet系列，可擴(kuò)展接口選項(xiàng)由應(yīng)用中心驅(qū)動(dòng)
Microchip的UNICENS統(tǒng)一集中式網(wǎng)絡(luò)協(xié)議�？梢灾С諭NICnet技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)資源管理和網(wǎng)絡(luò)配置�？捎玫腎P協(xié)議棧（例如SOME/IP協(xié)議棧）或任何其他遠(yuǎn)程過程調(diào)用（RPC）技術(shù)都可以支持所有其他系統(tǒng)管理功能（例如設(shè)備控制）。UNICENS是一個(gè)開源應(yīng)用程序，可免費(fèi)使用。憑借此應(yīng)用程序，用戶可以在單個(gè)設(shè)備中配置整個(gè)網(wǎng)絡(luò)；這樣便可實(shí)現(xiàn)不需要單片機(jī)的設(shè)備，例如麥克風(fēng)節(jié)點(diǎn)。如果網(wǎng)絡(luò)中存在僅處理以太網(wǎng)通信的節(jié)點(diǎn)（例如智能天線），則此類節(jié)點(diǎn)不需要包含任何類型的網(wǎng)絡(luò)軟件。更妙的是，如果數(shù)據(jù)是在以太網(wǎng)內(nèi)部生成，還可以在不使用單片機(jī)的情況下設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)。
市場已經(jīng)漸漸認(rèn)識(shí)到INICnet技術(shù)的優(yōu)勢。早在2018年，就已經(jīng)有汽車OEM率先采用了這項(xiàng)技術(shù)，并且預(yù)計(jì)將在2020年開始生產(chǎn)。此外，許多來自全球不同地區(qū)的OEM和1級(jí)供應(yīng)商也已紛紛開始對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行評(píng)估，并且正在與Microchip專家合作，希望能夠借鑒我們以往的技術(shù)成果。
