Не вносячи суттєвих змін в архітектуру E/E автомобіля, єдиним підходом до зменшення ваги є перехід від мідного кабелю до більш легких альтернатив. На сьогоднішній день високоміцний алюмінієвий сплав є однією з альтернатив, яка використовується, але зосередження уваги виключно на зменшенні ваги існуючого кабельного джгута лише тимчасово вирішує цю проблему.

Сувора реальність полягає в тому, що велика частина даних, переданих транспортним засобом, може бути перенесена за допомогою простого високошвидкісного з'єднання по витій парі. Такі функції, як камери заднього паркування, часто вимагають спеціального підключення для належного з'єднання "точка-точка" з електронним блоком управління (ЕБУ). Однак подібні рішення "точка-точка" просто служать для того, щоб забезпечити бажану характеристику споживання, таким чином, щоб вона відповідала відповідному рівню ціни, а не пропонувала технологічне рішення, яке можна було б розширити для забезпечення широкого кола потреб у передачі даних. транспортного засобу.

ethernet

це відповідь Ethernet?

Ethernet як технологія вже давно вважається альтернативою. Його всюдисущість така, що дивується, чому Ethernet не інтегрований у транспортний засіб, а не чому його слід інтегрувати. Це було добре зрозуміло, воно вбудовано в широкий діапазон мікроконтролерів (MCU) та пристроїв на чіпі (SoC), і існує велике програмне забезпечення, комерційне та з відкритим кодом. Крім того, інженерне співтовариство вже має великі знання щодо його впровадження та дотримання норм.

Оскільки все більше і більше даних генерується в транспортному засобі для підтримки вдосконалених систем допомоги водієві (ADAS) та автономного водіння, Ethernet, очевидно, є очевидним вибором для передачі даних з радарів, LiDAR та безлічі камер, які потрібні таким системам. Безумовно, вимога до пропускної здатності виконана. На жаль, класичний Ethernet зазнає невдачі, коли йдеться про підтримку програм із критичними потребами часу чи безпеки, оскільки в мережі відсутні механізми мережевих мереж, формування трафіку або синхронізації часу, що враховують час. Для задоволення цих вимог необхідно внести зміни в нижні шари моделі OSI.

Додаткові проблеми виникають при перевірці проводки та сигналізації. Ethernet, як впроваджено в будинках та комерційних будівлях, якщо ви використовуєте кабель CAT5e, ви використовуєте дві з чотирьох пар кабелів для односпрямованої передачі даних всередині неекранованого кабелю. Очевидно, це не покращить вагу джгута дроту. Якби існуючу технологію просто звести до однієї неекранованої крученої пари, отримане рішення не відповідало б існуючим вимогам щодо електромагнітних перешкод (ЕМІ).

Автомобільний Ethernet, AVB та TSN

Щоб зробити Ethernet готовим до автомобілів, різні робочі групи розробляють стандарти для задоволення потреб автомобільної промисловості. На фізичному рівні було визначено повнодуплексний фізичний інтерфейс 100 Мбіт/с, який може працювати через неекрановані кабелі з витою парою. Під назвою 100BASE-T1, що відрізняє його від 100BASE-T, він описаний у стандарті IEEE 802.3bw. Він використовує 3-рівневу сигналізацію PAM-3 зі швидкістю передачі даних 66,67 Ms символів/с і може досягати довжини 15 м, або 40 м, якщо захищений. Інтерфейс 1000 Мбіт/с, відомий як 1000BASE-T1, охоплюється стандартом IEEE 802.3bp. Результатом є два ступені швидкості, які забезпечують надшвидкісну магістраль даних між ключовими ЕБУ та більш економічний, але все-таки високошвидкісний інтерфейс для кінцевих вузлів (рис. 1).

Рисунок 1: Інформаційно-розважальні рішення можуть перейти від НАЙБОЛЬШОЇ мережі на основі кільця до комутованої мережі на основі автомобільної мережі Ethernet (Ethernet для автомобілів).

Для більш простих функцій та опцій комфорту, таких як вікна, навколишнє освітлення та сидіння сидінь, традиційні автомобільні мережі, такі як LIN, CAN та CAN-FD, будуть і надалі відігравати важливу роль, окрім кінцевих вузлів із підтримкою 100BASE. T1.

Коли мова йде про транспортування аудіо- чи відеоданих для розваг у транспорті, необхідна можливість працювати в межах визначених затримок та резервувати пропускну здатність по мережі. Робоча група Audio Bridging (AVB) розробила набір стандартів, які забезпечують ці функції. Багато з цих змін впливають на рівень 2. IEEE 802.1Qav, який відповідає за визначення правил, які забезпечують, що аудіо/відео (AV) мости дозволяють передавати AV-передачі через мережу протягом визначеного часу. Він управляє формуванням трафіку, забезпечуючи, щоб мережа не була завалена сплесками трафіку. IEEE 802.1Qat гарантує наскрізний ресурс, необхідний для підтримки передачі потоку даних та забезпечення якості обслуговування (QoS).

Надаються додаткові вдосконалення, які забезпечують синхронізацію часу між вузлами в мережі (IEEE 802.1AS) та процедури, що забезпечують одночасне представлення даних кількома вузлами (IEEE 1722). Це важливо в програмі, де одна головна установка розподіляє аудіодані для виведення на два або більше вузли колонок.

Хоча стандарти AVB охоплюють резервування пропускної здатності та фіксовану затримку, існують інші випадки використання, коли потрібні ще коротші затримки. Це має місце, коли управління із замкнутим циклом реалізується через інтерфейс Ethernet. Стандарти мережі, що чутливі до часу (TSN), вирішують ці проблеми. Сюди входить IEEE 802.1Qbv-2015, який забезпечує визначені часові вікна для забезпечення наскрізних затримок шляхом блокування трафіку з низьким пріоритетом.

Нарешті, враховуючи повністю електричні рушійні системи майбутнього, стандарт IEEE 802.3az2010 енергоефективного Ethernet (EEE) передбачає механізми для утримання вузлів, залишаючи приймальні схеми в режимі, що дозволяє приймати повідомлення про активацію.

Автомобільний Ethernet як периферійне або як самостійне рішення

"Ethernet Automotive" можна знайти в одному з трьох чітких просторів додатків; великий центральний ECU в магістралі даних, контролері домену або додатку кінцевого вузла. У перших двох випадках автомобільний Ethernet ідеально реалізується за допомогою відповідного периферійного пристрою, щоб доповнити обраний високопродуктивний SoC. Третій випадок, як правило, є областю меншого 32-бітного MCU, який може подолати розрив між вартістю та достатньою продуктивністю.

З впровадженням TC9562 існує одночіпове рішення, яке може підтримувати як периферійну функціональність, так і функціонувати як самостійний автомобільний вузол Ethernet (рис. 2). Великі SoC підтримуються через інтерфейс PCI Express (PCIe) і включають підтримку режиму низького енергоспоживання L1, коли це потрібно. Також передбачено 6 каналів DMA, які можна використовувати для автоматичного фільтрування вхідних даних відповідно до IP-адреси та передачі їх у DRAM хост-SoC (Рисунок 3). Ethernet MAC підтримує всі загальноприйняті від носія інтерфейси (MII), включаючи гігабітний послідовний (SGMII).

Рисунок 2 - Структурна схема TC9562, що відображає широкий спектр периферійних пристроїв, автомобільного Ethernet MAC та ARM Cortex-M3.

Малюнок 3: TC9562 може через DMA передавати дані з певних пристроїв безпосередньо в DRAM хост-SoC без необхідності втручання процесора SoC.

Крім того, пристрій також може використовуватися як самостійне рішення вузлових мереж Ethernet, використовуючи інтегрований процесор Arm Cortex-M3. Працюючи на частоті до 187,5 МГц і маючи доступ до пам'яті до 320 кБ, це робить його ідеальним для впровадження підсилювачів звуку, аудіосистем та взаємодії з модемами стільникової мережі (рис. 4). На додаток до загальних послідовних інтерфейсів, таких як два UART, I2C та SPI, периферійний пристрій QSPI забезпечує інтерфейс для завантаження пристрою. Інтерфейс TDM/I2S забезпечує повнодуплексний порт TDM з підтримкою багатопотокової передачі, який функціонує як головний тактовий генератор (TDM/I2S) або підпорядкований тактовий сигнал (лише TDM), що підтримує 24-бітове аудіо до 192 кГц.

Малюнок 4: TC9562 може бути використаний для реалізації повного звукового вузла як частини інформаційно-розважальної системи, включаючи аудіовихід та вхід мікрофона для реалізації шумопоглинання.

Резюме

Після всієї напруженої роботи рад та дорадчих комітетів Ethernet був розширений, щоб задовольнити жорсткі вимоги мереж автомобілів. Завдяки великій пропускній здатності, гарантованим затримкам та підтримці вказівки часу показу, ця ветеранська технологія знову пожвавлена ​​і готова до нових вимог ADAS та автономного водіння. TC9562 вирішує проблеми внутрішньомобільних мереж, пропонуючи розробникам настроюване рішення для більш простих та оптимізованих за вартістю вузлів, які мають більш обмежену функціональність, таких як підсилювачі звуку, а також компактне рішення, яке відповідає вимогам великих ЕБУ, що вимагає Автомобільна підтримка Ethernet у поєднанні з обраним SoC.