A jármű E/E felépítésének lényeges megváltoztatása nélkül a súlycsökkentés egyetlen megmaradt megközelítése az, ha a réz kábelezéstől a könnyebb alternatívák felé mozdulunk el. Ma a nagy szilárdságú alumíniumötvözet az egyik alkalmazott alternatíva, de kizárólag a meglévő kábelköteg súlyának csökkentésére összpontosítva csak ideiglenesen oldja meg ezt a problémát.

A kemény valóság az, hogy a jármű által továbbított adatok nagy részét egyszerű, nagy sebességű, sodrott érpáron keresztül lehetne szállítani. Az olyan funkciók, mint a hátrameneti parkoló kamerák, gyakran külön vezetéket igényelnek az elektronikus vezérlőegységhez (ECU) való megfelelő pont-pont összeköttetéshez. Az ilyen pontról pontra történő megoldások azonban egyszerűen a kívánt árszintnek megfelelő módon lehetővé teszik a kívánt fogyasztási jellemzők rendelkezésre bocsátását, nem pedig olyan technológiai megoldást kínálnak, amely kibővíthető az adattovábbítási igények széles körének kielégítésére. jármű.

ethernet

Az Ethernet a válasz?

Az Ethernet technológiát hosszú ideje alternatívának tekintik. A mindennapossága olyan, hogy az ember kíváncsi arra, miért nem építették be az Ethernet-t a járműbe, és nem azt, hogy miért kellene integrálni. Ezt jól megértették, a mikrovezérlők (MCU) és a rendszer-a-chip (SoC) eszközök széles skálájába ágyazódnak be, és széles körű szoftver áll rendelkezésre, mind kereskedelmi, mind nyílt forráskódú. Ezenkívül a mérnöki közösségnek már széleskörű ismeretei vannak a megvalósítással és az előírások betartásával kapcsolatban.

Mivel egyre több adat keletkezik a járműben a fejlett vezetősegítő rendszerek (ADAS) és az önálló vezetés támogatása érdekében, úgy tűnik, hogy az Ethernet nyilvánvaló választás az adatok radarról, LiDAR-ról és az ilyen rendszerek által igényelt kamerák sokaságáról történő hordozásához. Természetesen a sávszélesség követelmény teljesül. Sajnos a klasszikus Ethernet kudarcot vall, amikor az időkritikus vagy biztonsági igényeket támasztó alkalmazásokat támogatják, mivel nincsenek mechanizmusok az időérzékeny hálózatépítéshez, a forgalom alakításához vagy az idő szinkronizálásához a hálózaton. Ezen követelmények teljesítése érdekében változtatásokat kell végrehajtani az OSI modell alsó rétegein.

További problémák merülnek fel a kábelezés és a jelzés ellenőrzése során. Az otthoni és kereskedelmi épületekben megvalósított Ethernet esetében, ha CAT5e kábelezést használ, akkor a négy kábelpárból kettőt használjon egyirányú adatátvitelhez árnyékolatlan kábelen belül. Nyilvánvaló, hogy ez nem javítja a heveder súlyát. Ha a meglévő technológiát egyszerűen egyetlen árnyékolatlan sodrott párra redukálnák, a kapott megoldás nem felelne meg a meglévő elektromágneses interferencia (EMI) követelményeknek.

Gépjármű Ethernet, AVB és TSN

Annak érdekében, hogy az Ethernet autóval készen álljon, különféle munkacsoportok fejlesztettek szabványokat, hogy megfeleljenek az autóipar igényeinek. Fizikai szinten 100 Mbit/s teljes duplex fizikai interfészt határoztak meg, amely árnyékolatlan csavart érpárú kábelezéssel működhet. A 100BASE-T1 néven, amely megkülönbözteti a 100BASE-T-től, az IEEE 802.3bw szabvány írja le. Háromszintű PAM-3 jelzést használ, 66,67 Msymbol/s adatsebességgel, és védettség esetén elérheti a 15 m-es, vagy a 40 m-es hosszúságot is. Az 1000 Mbit/s-os interfészt, amelyet 1000BASE-T1 néven ismerünk, az IEEE 802,3 bp kiterjed. Az eredmény két fokozatú sebesség, amely rendkívül nagy sebességű adatgerincet tesz lehetővé a legfontosabb ECU-k között, valamint egy költséghatékonyabb, de mégis nagy sebességű interfészt a végpontok számára (1. ábra).

1. ábra: Az Infotainment megoldások a MOST, gyűrűalapú hálózatról áttérhetnek az Automotive Ethernet (Ethernet for Automotive) alapú kapcsolt hálózatra.

Az egyszerűbb funkciók és kényelmi lehetőségek, mint például az ablakok, a környezeti világítás és az elektromos ülések, a hagyományos járműhálózatok, mint például a LIN, a CAN és a CAN-FD, továbbra is alapvető szerepet játszanak a 100BASE-kompatibilis végcsomópontokon túl.

Ami a hang- vagy képadatok szállítását illeti a járművek szórakoztatásához, elengedhetetlen, hogy a hálózat meghatározott határidőn belül működhessen és tartalék sávszélességet biztosítson. Az Audio Video Bridging (AVB) munkacsoport kidolgozott egy sor szabványt, amelyek biztosítják ezeket a funkciókat. Ezek közül a változások közül sok a 2. réteget érinti. Az IEEE 802.1Qav, amely felelős azoknak a szabályoknak a meghatározásáért, amelyek biztosítják, hogy az audio/video (AV) hidak lehetővé tegyék az AV-adásoknak a hálózaton való áthaladását meghatározott időn belül. Kezeli a forgalom alakítását, biztosítva, hogy a hálózatot ne borítsák el a forgalom törései. Az IEEE 802.1Qat garantálja az adatfolyam átvitelének támogatásához és a szolgáltatásminőség (QoS) biztosításához szükséges end-to-end erőforrást.

További fejlesztések állnak rendelkezésre, amelyek biztosítják az idő szinkronizálását a hálózat csomópontjai között (IEEE 802.1AS), és eljárásokat annak biztosítására, hogy több csomópont egyszerre mutassa be adatait (IEEE 1722). Ez fontos egy olyan alkalmazásban, ahol egy fő egység kimeneti hangadatokat oszt két vagy több hangszórócsomópontra.

Bár az AVB szabványok lefedik a sávszélesség-foglalást és a rögzített késleltetést, vannak más olyan esetek, amikor még rövidebb késleltetésekre van szükség. Ez az eset áll fenn, amikor a zárt hurkú vezérlést az Ethernet interfészen keresztül valósítják meg. Időérzékeny hálózat (TSN) szabványok kezelik ezeket a problémákat. Ide tartozik az IEEE 802.1Qbv-2015, amely meghatározott időablakokat biztosít a végpontok közötti késések biztosítására az alacsony prioritású forgalom blokkolásával.

Végül, figyelembe véve a jövő teljesen elektromos meghajtási rendszereit, az IEEE 802.3az2010 energiatakarékos Ethernet (EEE) szabvány mechanizmusokat biztosít a csomópontok visszatartására, így a vevő áramkörök olyan üzemmódban maradnak, amely lehetővé teszi az aktiválási üzenet fogadását.

Az autóipari Ethernet perifériaként vagy önálló megoldásként

Az "Ethernet Automotive" a három tiszta alkalmazási tér egyikében található; a nagy központi ECU az adatgerincben, a tartományvezérlőben vagy a végcsomópont alkalmazásban. Az első két esetben az Automotive Ethernet ideális esetben megfelelő perifériás eszközzel valósul meg a kiválasztott nagy teljesítményű SoC kiegészítéseként. A harmadik eset általában egy kisebb 32 bites MCU tartománya, amely áthidalhatja a költség és a kellő teljesítmény közötti szakadékot.

A TC9562 bevezetésével van egy egy chipes megoldás, amely támogatja mind a periférikus funkcionalitást, mind az önálló autóipari Ethernet csomópontként történő működést (2. ábra). A nagy SoC-k támogatottak a PCI express (PCIe) interfészen keresztül, és szükség esetén tartalmazzák az L1 alacsony fogyasztású üzemmód támogatását is. Ezenkívül 6 DMA-csatorna is rendelkezésre áll, amelyek segítségével automatikusan be lehet szűrni a bejövő adatokat az IP-címnek megfelelően, és továbbítani a gazdagép SoC DRAM-jába (3. ábra). Az Ethernet MAC támogatja az összes általános médiától független interfészt (MII), beleértve a gigabites soros (SGMII).

2. ábra - A TC9562 blokkvázlata a perifériák, az Automotive Ethernet MAC és az ARM Cortex-M3 széles választékát bemutatva.

3. ábra: A TC9562 DMA-n keresztül továbbíthatja az adatokat bizonyos eszközökről közvetlenül a gazdagép SOC DRAM-jába anélkül, hogy a SoC processzornak beavatkoznia kellene.

Alternatív megoldásként az eszköz önálló Ethernet csomópont megoldásként is használható, a beépített Arm Cortex-M3 processzor segítségével. 187,5 MHz-ig, és legfeljebb 320 kB memória hozzáférésével ez ideális hangerősítők, audiorendszerek megvalósításához és a mobilhálózati modemekkel való interakcióhoz (4. ábra). A közös soros interfészek, például a két UART, az I2C és az SPI mellett egy QSPI periféria biztosítja az interfészt az eszköz indításához. A TDM/I2S interfész egy full-duplex TDM portot biztosít többfolyamos támogatással, amely órajelként (TDM/I2S) vagy óra slave-ként (csak TDM) működik, támogatva a 24 bites hangot 192 kHz-ig.

4. ábra: A TC9562 használható egy teljes audio csomópont megvalósítására az infotainment rendszer részeként, beleértve a hangkimenetet és a mikrofon bemenetet a zajcsökkentés megvalósításához.

Összegzés

A testületek és a tanácsadó bizottságok kemény munkája után kibővítették az Ethernet-t, hogy megfeleljen a járműben lévő hálózatok szigorú követelményeinek. Rengeteg sávszélességgel, garantált késleltetéssel és a műsoridő meghatározásának támogatásával ez a veterán technológia ismét felélénkült és készen áll az ADAS és az autonóm vezetés felmerülő igényeire. A TC9562 megoldja a járműveken belüli hálózatok kihívásait azáltal, hogy testreszabható megoldást kínál a fejlesztőknek az egyszerűbb, költségoptimalizált csomópontok számára, amelyek korlátozottabb funkcionalitással rendelkeznek, például hangerősítőkkel, valamint egy kompakt megoldással, amely megfelel a nagyobb ECU-k követelményeinek, és ehhez Automotive Ethernet támogatás a választott SoC-vel együtt.