Automotive ethernet что это
Для следующего поколения сетевой инфраструктуры автомобиля, вслед за CAN и FlexRay, Ethernet выглядит весьма перспективным кандидатом. Данный IEEE-стандарт широко используется в бытовых и промышленных областях, что позволяет использовать готовые компоненты, программное обеспечение и инструменты. Кроме того, Ethernet имеет пропускную способность, достаточную для одновременной работы систем помощи водителю и информационно-развлекательных устройств. Однако, чтобы войти в историю как успешные, решения для автомобильной промышленности должны быть оптимизированы с точки зрения расширяемости (модульная наращиваемость), иметь приемлемую стоимость, низкое энергопотребление и высокую надежность. Первые шаги к оптимизации на физическом уровне уже предприняты, но основное внимание должно быть сосредоточено на особенностях использования данного стандарта в автомобилях. В статье описаны новые сетевые топологии и компоненты, а также эволюционный путь Ethernet в автомобильной промышленности.
BroadR-Reach — 100-Мбит Ethernet для автомобильных решений
Хотя 100-Мбит Ethernet и IP- технология были доступны с начала 1990-х гг., прошло почти два десятилетия, прежде чем появился интерес к ним как к следующему поколению стандартных сетей со стороны автомобильной промышленности. Это произошло отчасти из-за отсутствия должного физического уровня, подходящего для использования в транспортных средствах. Рис. 5 иллюстрирует технические принципы и объясняет, почему ориентированный на потребителя физический уровень Fast и Gigabit Ethernet не применим в машине. Fast Ethernet базируется на MLT-3 сигнальной схеме (выделение трех уровней «+»/«0»/«–») и имеет однонаправленную связь по двум витым парам кабеля. Gigabit достигает десятикратного роста скорости передачи данных путем введения двунаправленного обмена на четырех витых парах кабеля и сигнальной схемы PAM-5. Чтобы компенсировать 6-дБ потери сигнал–шум в PAM-5 по сравнению с MLT-3 и избежать ошибок, используется решетчатый код (код Треллиса).
Рис. 5. Схемы кодирования стандартного Ethernet и BroadR-Reach
Высокая скорость передачи в 125 Мбод для Fast и Gigabit Ethernet вносит значительный вклад в электромагнитное излучение в критическом FM-радиодиапазоне и, следовательно, исключает использование недорогой неэкранированной витой пары в автомобильной среде. С использованием BroadR-Reach технологии удалось почти вдвое сократить скорость передачи (до 66,6 Мбод), что позволяет использовать неэкранированную витую пару. В принципе, BroadR-Reach можно рассматривать как «легкую» версию Gigabit с двунаправленной связью при использовании только одной пары проводов. Благодаря PAM-3 сигнализации может быть достигнута передача данных с погрешностью менее 10-10 даже без внесения поправок на ошибки.
Применение в автомобиле навязывает значительно более высокие требования к электронным системам и их компонентам (по сравнению с обыкновенным потребительским применением) главным образом с точки зрения электромагнитной совместимости [ISO11452] и условий окружающей среды. Первые исследования показали, что BroadR-Reach подходит для использования в автомобиле. Однако для достижения надежности следующего поколения автомобильных сетей должны быть разработаны новые оптимизированные компоненты (рис. 6). По сравнению со стандартным Fast Ethernet, спецификации могут быть значительно снижены. Применение емкостной связи вместо обычного трансформатора, усиления на аппаратном уровне — в составе протокола физического уровня, синфазных дросселей (CMC), разделительных конденсаторов, разъемов и кабеля неэкранированной витой пары — все это очень похоже на FlexRay или CAN-связь.
Рис. 6. Диаграмма BroadR-Reach системы
Протокол физического уровня в качестве интерфейса между аналоговыми средствами передачи и цифровыми MAC-контроллерами во многом определяет надежность связи. В то время как потребительский протокол физического уровня оптимизирован для поддержки кабелей длиной более 100 м, в автомобиле, как правило, приходится иметь дело с длиной менее 10 м. Задача здесь состоит в том, чтобы найти источник импульсов и приемник, оптимизированные для таких длин кабеля, которые смогут удовлетворить строгим требованиям излучения и защищенности. На рис. 7 показан спектр сигнала передатчика NXP с оптимизированным формированием импульсов, доказывающим, что проблема излучения может быть решена без использования дорогостоящего фильтра низких частот. Для сравнения: соответствующий спектр сигнала передатчика Fast Ethernet показывает более высокий сигнал в критическом FM-диапазоне.
Рис. 7. Спектр сигналов
Рис. 8. Глазковая диаграмма сигнала
Автомобильный рынок в условиях пандемической экономики
Отраслевые аналитики прекрасно осведомлены о влиянии экономики Covid-19 на автомобильный рынок. Эгиль Юлиуссен, автор колонки «Egil’s Eye» в EE Times написал так: «Продажи автомобилей по всему миру резко упали и будут держаться ниже недавних показателей в течение примерно пяти лет (а может и больше – в зависимости от региона)».
Ричс из Strategy Analytics согласен с этой оценкой. «Разработка некоторых новых платформ будет замедлена в связи с сокращением бюджета и реструктуризацией, причиной чему стала пандемия Covid-19. В настоящий момент мы даем прогнозы до 2027 года. Мы по-прежнему ожидаем, что полноценная сетевая архитектура на основе контроллеров доменов и гигабитного Ethernet-подключения будет представлена в меньшей доле новых автомобилей».
Впрочем, Ричс добавил: «Все это не значит, что рост будет слабым – мы просто начинаем с низкого старта. Все дело в том, что сейчас всем приходится работать в худших социально-экономических условиях, с которыми автомобильная промышленность когда-либо сталкивалась в мирное время. Для того, чтобы распространить все эти технологии по разным платформам и модельным линейкам потребуется время».
Чу из Marvell делает более глобальную оценку. Насколько ему известно, 30 OEM-производителей уже изучают способы внедрения Ethernet в автомобили, и 10 ведущих компаний уже начали внедрять Ethernet в свои продукты три года назад. «Мы знаем, что для автомобильных OEM-производителей внедрение гигабитных Ethernet-сетей – это вопрос времени»
Marvell также утверждает, что 88Q222x производится в соответствии с автомобильными системами менеджмента качества и обеспечивает поддержку систем функциональной безопасности, благодаря чему OEM-производители могут реализовывать стандарт ISO 26262 на системном уровне. Микросхема проходит испытания с прошлого месяца. По словам Чу, массовое производство начнется в течение трех лет. 88Q22x будет изготавливаться TSMC с использованием автомобильного техпроцесса 16 нм FinFET.
НПП ИТЭЛМА всегда рада молодым специалистам, выпускникам автомобильных, технических вузов, а также физико-математических факультетов любых других высших учебных заведений.
У вас будет возможность разрабатывать софт разного уровня, тестировать, запускать в производство и видеть в действии готовые автомобильные изделия, к созданию которых вы приложили руку.
В компании организован специальный испытательный центр, дающий возможность проводить исследования в области управления ДВС, в том числе и в составе автомобиля. Испытательная лаборатория включает моторные боксы, барабанные стенды, температурную и климатическую установки, вибрационный стенд, камеру соляного тумана, рентгеновскую установку и другое специализированное оборудование.
Если вам интересно попробовать свои силы в решении тех задач, которые у нас есть, пишите в личку.
Мы большая компания-разработчик automotive компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.
Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.
У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.
ОСОБЕННОСТИ СОВРЕМЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ КАБЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
В качестве среды передачи при организации информационного обмена между точками А и В может быть использовано около десятка основных разновидностей кабелей. Однако с учетом технико-экономической эффективности массовое применение получили преимущественно волоконно-оптическая и симметричная витопарная техника. Другие возможные варианты, и в первую очередь довольно популярные еще в начале 90-х годов прошлого столетия коаксиальные кабели, а также силовая проводка встречаются заметно реже, в основном это узкие нишевые области.
Для кабельных решений, предназначенных для реализации проектов ИКС, справедливы несколько основных постулатов:
Указанная техника позволяет достаточно эффективно с экономической точки зрения решить основную массу задач, в том числе по обеспечению информационного обмена с заданной скоростью в реальном масштабе времени.
Важное значение для реализации проектов ИКС имеет тот факт, что кабельная техника и используемое при работе с ней коммутационное оборудование выпускаются многими производителями и обладают свойством модульности и взаимозаменяемости, чему способствует достигнутый уровень стандартизации. Кроме того, глубоко проработана технология установки и доступны различные инструменты, которые ускоряют процесс инсталляции и делают его менее трудоемким. Качество монтажа можно достаточно точно проконтролировать прямо на объекте с помощью удобных в работе полевых кабельных сканеров.
Все это обеспечивает высокую скорость реализации новых проектов и расширение ИКС на уже существующих объектах при сравнительно низкой стоимости элементной базы и монтажа.
ОБОРУДОВАНИЕ 1000BASE-T1
- при передаче сигналов телевидения высокой четкости, в том числе видеоассистента при осуществлении движения задним ходом (чтобы минимизировать время задержки, поток данных, генерируемый его камерой, не сжимается и имеет скорость до 800 Мбит/с);
- работе с навигационными системами;
- поддержке функционирования систем настройки спутниковых антенн и иных потребителей, генерирующих несжатые цифровые потоки.
Поскольку потребителей этой группы много, для их подключения к ИКС целесообразно использовать одинаковую технику, а согласование скоростей выполнять с помощью автоматической настройки.
С учетом верхней граничной частоты тракта, составляющей 600 МГц, для формирования линейного сигнала требуется применение многоуровневого кодирования.
В оборудование 1000Base-T1, к созданию которого разработчики приступили в 2012 году, изначально заложен достаточно развитый дополнительный сервис. В частности, предусмотрены следующие возможности:
- использование энергоэффективного Ethernet и переход в режим ожидания, что позволяет минимизировать разряд аккумулятора на стоянке;
- поддержка процедуры блокировки поступления искаженных данных, когда напряжение дистанционного питания отсутствует более 100 мс;
- автоматическое определение скорости передачи в формируемом канале связи.
Эволюция до автомобильного Ethernet
Ethernet является открытым стандартом и определяет два нижних уровня эталонной модели взаимодействия открытых систем. За последние десятилетия комитет по стандартизации IEEE 802 установил несколько физических уровней от 10 Мбит до 10 Гбит. IEEE 802.3u (100Base-TX) широко используется в бытовых и промышленных областях, а недавно был применен для диагностики автомобилей через IP, как описано в ISO 13400.
Группа специалистов по внедрению AVB-технологий (Audio/Video Bridging) из AVnu Альянса [1] определила IEEE-стандарты, включающие службы высокого уровня для IEEE 802-совместимых сетей (рис. 2). Протоколы IEEE 802.1 AS, QAT, QAV и BA определяют расчет времени и синхронизации, распределение поточной передачи, перенаправление и организацию очередей в системах аудио/видео захвата. Кроме того, протокол транспортного уровня по стандарту IEEE 1722 облегчает поток чувствительного ко времени аудио и/или видео через AVB Ethernet-сети и совместимость между конечными станциями.
Рис. 2. Схема Ethernet: поколения и уровни
В системах помощи водителю для таких функций, как круговой обзор, все чаще используются видеокамеры. Деятельность по стандартизации на уровне протоколов связи и на физическом уровне недавно привела к появлению ISO 17215, который называется «Интерфейс передачи видео для камер». В целях дальнейшего развития автомобильной технологии Ethernet Broadcom сформировала организацию One Pair EtherNet (OPEN) Alliance Special Interest Group. OPEN Alliance будет работать над стандартизацией компонентов и проводить тесты, основанные на технологии Broadcom BroadR-Reach [2]. Другой целью группы является сбор требований для будущих технологий, таких как Reduced Pair Gigabit. Наконец, AUTOSAR (Automotive Open System Architecture) является открытой и стандартизированной архитектурой программного обеспечения для автомобильного Ethernet.
Ethernet не был разработан для сетей TDMA (множественный доступ со временным разделением или уплотнением, МДВУ), и все еще необходимо найти подходящее решение для достижения требуемой производительности в реальном времени и качества обслуживания. AVB уже включает в себя меры по обеспечению своевременной доставки медиа-потоков.
Для рабочей группы Automotive AVB Gen2 улучшение времени ожидания является одной из основных целей. Первое приложение синхронизированного по времени Ethernet (Time-Triggered Ethernet, TTE) было применено в авиационной технике [3] с высочайшими требованиями безопасности. Определенный в SAE AS6802 и отличный от аудио/видео технологий TTE основан на распределенном алгоритме тактовой синхронизации, который в конце концов приводит к получению точного, с детерминированным режимом, графика работы.
Хотя совместная интеграция AVB и TTE возможна [4], необходимы дальнейшие исследования, чтобы обеспечить их использование в автомобильных приложениях, где мультимедийные потоки, данные контроля в режиме реального времени, а также диагностическая информация и обновления программного обеспечения должны передаваться в одной и той же сети.
ОСОБЕННОСТИ ПРОВОДКИ
Кабели и соединители для построения бортовой ИКС предлагаются в экранированном и неэкранированном вариантах. По мнению ряда аналитиков, чтобы обеспечить функционирование мощных оконечных потребителей, потребуется техника, соответствующая по меньшей мере Категории 6А.
Считается, что фокусная область применения неэкранированного оборудования с его заметно лучшими массогабаритными показателями — это легковые автомобили, где 15-метровой дальности действия вполне достаточно. Экранированные же изделия, гарантированная дальность действия которых достигает 40 м, предназначены для более габаритных автобусов, троллейбусов и грузовых автомобилей, где ограничения для суммарной массы проводов и разъемов не столь жесткие. В немалой степени они оказываются востребованы благодаря более высокой степени защиты от внешних электромагнитных помех различной природы.
Проводкой для однопарного Ethernet занимаются по обе стороны Атлантики. Американские разработчики традиционно тяготеют к неэкранированным решениям, а их европейские коллеги много внимания уделяют экранированной технике.
Для обеспечения необходимой эксплуатационной гибкости в тракте передачи предусмотрена поддержка четырех соединителей. В случае применения экранированной техники на стационарную линию приходится 36 м, остальные 4 м отведены на шнуры. Соответствующий документ разрабатывается ISO/IEC, публикация финальной версии намечена на 2018 год.
Кабель имеет традиционное 100-омное волновое сопротивление. Вне зависимости от варианта его исполнения верхняя граница рабочего частотного диапазона составляет 600 МГц. Из остальных характеристик нормируются затухание, обратные отражения SRL и межкабельное переходное затухание. С учетом рабочего частотного диапазона и принятой схемы организации связи в качестве прототипа целесообразно использовать технику Категории 6A или лучше.
Соединитель должен иметь минимальные размеры. Поэтому в разработанном компанией Harting и выпускаемом серийно соединителе HARTING T1 Industrial применен контактный блок, размеры поперечного сечения которого составляют 6,4 × 3,3 мм. Вилка подключается к розетке линейным движением. В зависимости от варианта исполнения для различных областей эксплуатации обеспечивается степень защиты IP20 или IP67.
ОБОРУДОВАНИЕ 100BASE-T1
Разработка 100-мегабитных однопарных сетевых интерфейсов велась с 2012 года на основе предварительных требований, сформулированных Open Alliance в процессе выполнения поисковых НИР. Окончательные спецификации были утверждены в октябре 2015 года. Как и их более скоростной аналог, интерфейсы 100Base-T1 создавались для автомобильных бортовых ИКС, однако они ориентированы на использование в тех цепях, где гигабитный темп передачи является заведомо избыточным.
Техника данной разновидности называется «Ethernet для автомобилей». От гигабитного варианта она отличается, кроме меньшей скорости передачи, простотой схемы и более экономным энергопотреблением. Максимальная протяженность тракта — 15 м.
Для передачи требуется кабель с параметрами Категории 5е или лучше.
ФИЗИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ СОВРЕМЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Нижний физический уровень ИКС реализуется с использованием двух главных подходов, в основу которых положены кабельные и беспроводные решения. В ряде случаев разработчик системы комбинирует их.
Беспроводная техника представлена системами радиосвязи Wi-Fi и беспроводной оптикой. Другие известные и доведенные до практической реализации решения наподобие Li-Fi и Beamcaster в силу различных причин внедряются в единичных случаях. Беспроводная передача используется преимущественно на нижних уровнях структуры ИКС, что обусловлено специфическими ограничениями, в большей или меньшей степени проявляющимися у любого из этих решений: сложность достижения высоких скоростей обмена данными, слабая помехоустойчивость, низкая стойкость к перехвату передаваемой информации, возможность передачи только в условиях прямой видимости и сильная зависимость от погодных условий (системы беспроводной оптики). В результате беспроводная техника получила распространение только в нишевых областях, где значимо проявляются два главных ее достоинства:
- высокая скорость развертывания;
- возможность обеспечения связи с подвижными объектами.
Во всех прочих ситуациях кабельные решения оказываются безальтернативными.
LIN И FLEXRAY
Для ряда устройств пропускная способность даже низкоскоростной шины CAN является избыточной. Она не нужна там, где требуется лишь передать входные воздействия, получить ответную реакцию и проконтролировать состояние. Такие задачи возникают при управлении дверными замками, стеклоочистителями, стеклоподъемниками, электролюком, получении данных от датчиков дождя, света и пр.
В конце 90-х группой из пяти автопроизводителей (BMW, Volkswagen, Audi Group, Volvo Cars, Mercedes-Benz) при поддержке компаний Volcano Automotive Group и Motorola была инициирована разработка менее скоростной и дорогой (по сравнению с CAN) шинной технологии, получившей название Local Interconnection Network (LIN). В качестве физической среды передачи в системах LIN используется один провод, а максимальная скорость передачи данных составляет всего 20 Кбит/с.
Почти одновременно с созданием низкоскоростной и дешевой технологии LIN ряд автопроизводителей осознали потребность в более скоростной (опять-таки по сравнению с CAN) технологии передачи данных. Таковой стала FlexRay, появившаяся благодаря усилиям BMW (ее коммуникационная система Byteflight была положена в основу FlexRay) и DaimlerChrysler. В сентябре 2000 года эти компании совместно с Freescale и Philips образовали организацию FlexRay Consortium, нацеленную на продвижение одноименной технологии.
FlexRay обеспечивает скорость до 10 Мбит/с, то есть в 10 раз больше, чем CAN, и может работать как по электрической (витая пара), так и по оптической среде передачи. Для повышения отказоустойчивости эта технология предполагает использование двух линий передачи. Одно из главных приложений, на которое изначально ориентировали FlexRay ее разработчики, — системы, получившие в англоязычной литературе наименование X-by-Wire (или Drive-by-Wire).
Речь идет о замене механической и/или гидравлической связи между органами управления водителя (руль, педали…) и двигателем, колесами, тормозными колодками и пр. на электрическую связь (см. Рисунок 2). Вместо «X» в X-by-Wire можно подставить названия различных систем автомобиля, например «Brake», «Steer» или «Park», что означает соответственно управление тормозами, рулежкой или парковкой «по проводам». В настоящее время в серийных автомобилях применяются системы, где принцип X-by-Wire реализован лишь частично: это антиблокировочная система, электронный контроль устойчивости, электронное управление тягой и торможением в гибридных автомобилях, помощь при парковке. Однако переход к электронной цифровой системе управления автомобилем считается очень перспективным: только представьте авто без рулевой колонки и педалей в полу — какой простор для проектировщиков салонов!
Рисунок 2. Системы X-by-Wire (или Drive-by-Wire) предполагают замену механической и/или гидравлической связи между органами управления (руль, педали…) и двигателем, колесами, тормозными колодками и пр. на электрическую связь. |
На рисунке 3 приведен пример использования в авто трех описанных выше технологий: CAN, LIN и FlexRay.
Рисунок 3. Пример использования в автомобиле технологий CAN, LIN и FlexRay. |
НАДЕЖНАЯ CAN
В 1987 году появились первые микросхемы с реализацией CAN: сначала их предложила компания Intel, а затем — Philips Semiconductors. В 90-е годы выпуском микросхем CAN занялись Infineon Technologies (бывшая Siemens Semiconductors), Motorola, NEC и другие компании.
Начиная с 1992 года Mercedes-Benz использует технологию CAN в своих легковых автомобилях топ-уровня. Первым делом она была задействована для подключения элементов управления двигателем. Соответствующий контроллер (Engine Control Module, ECM) собирает со специальных датчиков большой объем информации (о положении и частоте вращения коленчатого вала, температуре охлаждающей жидкости, положении дроссельной заслонки, скорости автомобиля и пр.) и на ее основании управляет подачей топлива, системой зажигания, регулятором холостого хода, вентилятором системы охлаждения, другими процессами и устройствами. Затем Mercedes-Benz стала использовать CAN для подключения различной бортовой электроники, служащей прежде всего для повышения комфорта водителя и пассажиров (bode electronics). Это средства управления дверьми, зеркалами, освещением, регулировка сидений, климат-контроль и пр. При этом применялись две отдельные шины CAN, которые могли соединяться с помощью специального шлюза.
Вслед за компанией из Штутгарта технологию CAN стали применять и другие автопроизводители, такие как BMW, Fiat, Renault, Saab, Volkswagen, Volvo и др. Согласно имеющимся данным, при переводе на шину CAN легендарного купе BMW 850 его вес удалось уменьшить на 50 кг — за счет сокращения общей длины кабелей и количества разъемов.
В начале 90-х годов были инициированы работы по стандартизации технологии CAN. Помимо предложения Bosch, свою технологию Vehicle Area Network (VAN) представила группа французских производителей автомобилей (PSA Peugeot Citroën и Renault). Стандарты ISO на технологию CAN (ISO 11898) были опубликованы в 1993 году. Технология VAN специфицирована в стандарте ISO 11519-3 (скорость до 125 Кбит/с), выпущенном годом позже, но в итоге она не получила столь широкого распространения, как CAN. К сожалению, стандарт CAN, равно как и его последующие варианты и дополнения, является неполным, поэтому для гарантии совместимости различных продуктов рекомендуется тестировать их на соответствие референсной модели Bosch.
КАБЕЛЬНЫЙ ETHERNET НА ТРАНСПОРТЕ
В основе современных ИКС — пакетная передача информации и использование единого формата кадров Ethernet, что позволяет добиться высокой результирующей технико-экономической эффективности. Достоинство такого подхода состоит в возможности создания прозрачной информационной структуры на всех уровнях системы.
Однако для видеонаблюдения, диагностики и управления отдельными агрегатами современных автомобилей пока применяются преимущественно частные фирменные решения. Переход на единую технологическую платформу весьма перспективен с коммерческой точки зрения, так как емкость рынка достаточно велика. Согласно оценкам IEEE, в современном легковом автомобиле среднего класса имеется около 50 оконечных сетевых устройств в виде оснащенных микроконтроллерами различных датчиков исполнительных элементов, а в тяжелых грузовиках их еще больше — до 140. Всего в транспортных средствах функционируют около 270 млн подключаемых к сети устройств, причем их количество будет ежегодно удваиваться.
С учетом этих обстоятельств именно автомобильная отрасль стала инициатором проведения работ по созданию и стандартизации однопарного Ethernet, который для привлечения внимания и лучшего запоминания получил название «усеченный Ethernet» (Reduced Twisted Pair Ethernet).
Данная технология рассматривается в качестве замены довольно популярных в настоящее время шин CAN, FlexRay, MOST, LVDS.
Безопасность и энергоэффективность
Новая PHY-микросхема 100/1000 BASE-T1 88Q222xM от Marvell обеспечивает поддержку мультигигабитных подключений, а также в нее встроена технология MACsec.
Эта микросхема также поддерживает стандарт TC10 от Open Alliance, который описывает «переход в спящий режим и пробуждение». Эта технология помогает снизить энергопотребление сетевых модулей в автомобиле. Чу утверждает, что энергоэффективность становится «все более важной автомобильной характеристикой».
Отвечая на вопрос о новом гигабитном PHY с поддержкой MACsec от Marvell, Ричс из Strategy Analytics сказал EE Times следующее: «Чем выше скорость, тем больше данных. Чем больше данных, тем выше вероятность возникновения проблем с безопасностью». Также он объяснил нам, что «MACsec – зрелый и надежный стандарт, позволяющий обнаруживать подозрительную активность в Ethernet-сетях, что позволяет обеспечивать защиту от перехватов, атак воспроизведения и атак посредников». «Наличие подобных легкодоступных методов, основанных на стандартах, позволит OEM-производителями разрабатывать комплексные решения для кибербезопасности, которые нужны как рынку, так и регулирующим органам».
Marvell утверждает, что 88Q22xM — это «самая экономичная с точки зрения энергии PHY с поддержкой гигабитного Ethernet-подключения». Это значит, что 88Q22xM даст OEM-производителям возможность разрабатывать энергоэффективные автомобильные сетевые архитектуры.
ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ ВИДЕО
Тенденция развития современных автомобилей — увеличение числа видеосистем. А для передачи видео, особенно в высоком разрешении, даже мегабитных скоростей FlexRay может оказаться маловато. Поэтому для обслуживания этих систем были предложены другие технологии, в первую очередь LVDS и MOST (см. Таблицу 1).
Таблица 1. Характеристики основных сетевых технологий, используемых в автомобилях. |
Видеосистемы в автомобиле можно разделить на две большие группы. Одна из них служит для развлечения пассажиров — например, на вмонтированные в подголовники передних кресел мониторы подается контент с проигрывателя DVD или даже Blu-Ray. Другая — для оказания помощи водителю (Advanced Driver Assistance Systems, ADAS). В них используются как видеокамеры, так и различные радары. Сегодня они применяются в основном для оказания помощи при парковке. В будущем камеры могут заменить зеркала заднего и бокового вида, а интеллект видеосистемы позволит реализовать такие функции, как предупреждение о выезде за пределы полосы движения, распознавание дорожных знаков, обнаружение и классификация объектов и т. д.
Один из вариантов, предлагаемых для передачи мультимедиа в авто, — широко используемая в компьютерных системах технология Low-Voltage Differential Signaling (LVDS). Разработанная еще в 1994 году, она обеспечивает высокоскоростную передачу на небольшие расстояния, обычно до 10 м (в зависимости от качества кабеля и требуемой скорости). Стандарт на LVDS — ANSI/TIA/EIA-644-A — определяет максимальную скорость 655 Мбит/с при работе по витой паре, но имеющиеся решения поддерживают гигабитные скорости — 1–3 Гбит/с. LVDS используется в таких компьютерных шинах, как HyperTransport, FireWire, USB 3.0, PCI Express, DVI, Serial ATA и RapidIO. Один из существенных недостатков для его применения в автомобилях состоит в относительно больших размерах кабелей и разъемов.
Другой вариант — специально разработанная для автомобилей в конце 90-х годов (среди инициаторов опять-таки — BMW и DaimlerChrysler) технология Media Oriented Systems Transport (MOST). Ее первый вариант (MOST25) предполагал использование только оптической среды передачи — пластикового волокна (POF), а максимальная скорость составляла
25 Мбит/с. Оптика достаточно компактна и не подвержена негативному влиянию внешних электромагнитных воздействий, что чрезвычайно важно для работы сети внутри авто. Последующие варианты — MOST50 и MOST150 — поддерживают скорости 50 и 150 Мбит/с, как следует из обозначений. Хотя оптика остается основным транспортом, эти варианты допускают применение и электрической среды передачи (коаксиальный кабель), что позволяет реализовать удаленную подачу электропитания. Основная топология сети MOST — типичное для оптики кольцо или двойное кольцо.
Для подключения систем мультимедиа MOST применяется в автомобилях начиная с 2001 года. Объединение 8 каналов MOST150 позволяет уже сегодня реализовать пропускную способность 1,2 Гбит/с. Планы же у разработчиков грандиозные — ведутся работы над вариантом MOST с пропускной способностью 5 Гбит/с. Скорее всего, для этого будет применяться уже обычное (стеклянное) волокно, используемое в телекоммуникационных системах.
По задумкам руководителей организации MOST Cooperation, образованной компаниями Audi, BMW, Daimler, HARMAN и Microchip Technology, именно MOST станет основой единой сети в автомобилях. Для этого, в частности, уже реализована возможность передачи по сети MOST трафика Ethernet (Ethernet over MOST).
Поколение 3.
Ethernet как основа сетевой инфраструктуры
В то время как для первого и второго поколений работа Ethernet ограничивается устройством подсетей некоторых приложений, таких как информационно-развлекательные или системы помощи водителю, с третьим поколением Ethernet станет основой в автомобильной сети. Типичная магистраль показана на рис. 4. При разработке такой сети основной идеей будет двусторонняя связь между ЭБУ, которая организована через сетевое администрирование.
Рис. 4. Магистраль Ethernet в доменной архитектуре
Еще одной особенностью новой архитектуры является то, что будет только одна магистральная сеть Ethernet, в которой должна осуществляться передача различных классов данных: диагностическая информация, видео/аудио-потоки и высоконадежные данные управления. В то время как AVB Ethernet и TTE уже могут обеспечивать различные уровни качества обслуживания в режиме реального времени, необходимо продолжать исследования и разработки для проверки безопасного сосуществования этих различных классов передачи данных в одной сети.
ПОЧЕМУ ETHERNET
Интерес автопроизводителей к Ethernet понятен — это доминирующая сетевая технология в мире передачи данных. За сорок лет своего развития она доказала, что является оптимальным решением для широкого круга приложений. Более того, различные дополнения позволили приспособить Ethernet для большого числа новых областей — например, алгоритмы AVB сделали ее эффективным транспортом для подключения аудиовизуального оборудования (то есть для задач, за решение которых в мире автомобилей отвечает MOST). Наконец, Ethernet лежит в основе внешних телекоммуникационных сетей, а также, в лице своего беспроводного варианта (Wi-Fi), активно применяется для выхода в Интернет различных пользовательских гаджетов. Поскольку бортовые сети внутри автомобиля должны будут активно взаимодействовать с внешними сетями и обеспечивать максимально простое подключение пользовательских гаджетов, поддержка Ethernet крайне желательна. Всё это прекрасно понимают апологеты MOST, а потому и реализовали алгоритм Ethernet over MOST.
А что, если пойти по другому пути: не приспосабливать существующие в автомобильном мире сетевые технологии под Ethernet, а использовать саму Ethernet в качестве единой бортовой сети в авто? Ясно, что для этого Ethernet придется немного адаптировать, но, учитывая гибкость этой технологии, данная задача не выглядит неразрешимой. Инициатором здесь выступила компания Broadcom Corporation, которая совместно с NXP Semiconductors, Freescale Semiconductor и Harman International при поддержке BMW и Hyundai Motor Company сформировала организацию OPEN Alliance. Аббревиатура OPEN в данном случае расшифровывается как «One-Pair Ether-Net», что описывает главную задачу — разработать протокол Ethernet, функционирующий по одной витой паре, что чрезвычайно важно для автомобильной отрасли, где размер и вес проводки имеют критическое значение.
Рисунок 4. В технологии BroadR-Reach Ethernet сохранен стандартный MAC-уровень, изменения затронули лишь физический уровень, который реализован на базе одной пары проводов. |
Рисунок 5. Проводка с разъемом для LVDS (слева) и для BroadR-Reach Ethernet (справа). |
Двухпроводная технология Ethernet получила название Broadcom BroadR-Reach Ethernet, она поддерживает скорость 100 Мбит/с и уже используется, например, в новом BMW X5. Сохранив стандартный MAC-уровень, Broadcom с партнерами лишь изменила физический (см. Рисунок 4), реализовав его на базе одной пары проводов. Как можно видеть на фото (см. Рисунок 5), соответствующая проводка и разъемы заметно меньше, чем те, что применяются в решениях LVDS (см. Рисунок 5). Кроме того, как утверждается, они значительно компактнее решений MOST.
В решении BroadR-Reach Ethernet реализована и возможность дистанционной подачи электропитания по той же витой паре, которая применяется для передачи информации (Power over BroadR-Reach Ethernet). Это позволит подключать видеокамеры и другие элементы без необходимости прокладки отдельного силового провода, что еще более снижает число необходимых кабелей (а значит, и суммарный вес проводки) в автомобиле. Технологию Power over BroadR-Reach Ethernet компания Broadcom представила для стандартизации в институт IEEE — соответствующие работы ведутся рабочей группой P802.3bu 1-Pair Power over Data Lines (PoDL), сформированной в декабре 2013 года.
Немного раньше, в июне 2013 года, IEEE созвал группу IEEE 802.3bp Reduced Twisted Pair Gigabit Ethernet (RTPGE) для разработки однопарного варианта технологии Gigabit Ethernet. Планируемая максимальная дальность составляет 15 м, что более чем достаточно для автомобильных систем, в которых обычно расстояние между крайними точками не превышает 3,5 м. Выход на гигабитный уровень позволит обеспечить передачу видео высокого разрешения, в том числе и без специального сжатия.
На сегодняшний день инициативу OPEN Alliance поддержали большинство ведущих автопроизводителей, включая такие компании, как Daimler AG, General Motors, Jaguar Land Rover, PSA Peugeot Citroën, Renault SA, Toyota, Volkswagen Group, Volvo Cars и др. Всего в списке поддержавших — более 140 компаний, что свидетельствует о высоком интересе к автомобильному варианту Ethernet на 100 Мбит/с. По-видимому, не меньший, а скорее еще больший интерес вызовет гигабитная технология IEEE 802.3bp.
Таблица 2. Технологии, используемые для связи электронных элементов различных систем автомобиля. |
Как считают аналитики этой компании, через шесть лет в лимузинах высшего класса будет насчитываться в среднем 100–120 портов Ethernet, а в более массовых авто — 50–60 портов. Общий объем таких портов в авто составит порядка 300 млн штук. Схожий прогноз дает Strategy Analysis — 120 млн узлов Ethernet.
Итак, Ethernet, похоже, на пороге завоевания еще одной области — сетей внутри автомобилей. Правда, конкурирующие решения имеют массу достоинств, но, как показывает история (например, противостояние Ethernet и ATM в территориально распределенных сетях), эта технология умеет впитывать лучшие качества конкурентов, оставаясь при этом доступной по цене. В любом случае нас ждут годы активного развития электронной «начинки» автомобилей, что повысит комфорт и безопасность передвижения. Будем надеяться, что Ethernet поможет удержать ценовую планку нововведений на приемлемом уровне.
В современном легковом автомобиле среднего класса насчитывается около 50 оконечных сетевых устройств в виде оснащенных микроконтроллерами датчиков различных физических величин и исполнительных элементов, а в тяжелых грузовиках их и того больше — в среднем около 140. Перевод всех подключений на единый стандарт весьма перспективен с коммерческой точки зрения ввиду высокой емкости рынка. Разработанные IEEE спецификации на однопарный Ethernet призваны заменить популярные в настоящее время шины CAN, FlexRay, MOS и LVDS.
История развития электронно-вычислительных машин насчитывает чуть более семи десятков лет. Компьютер создавался для выполнения различных инженерных расчетов и поначалу служил для усиления возможностей homo sapiens. Человек освобождался от малопроизводительной рутинной работы и получал возможность сосредоточиться на творческой (в широком смысле этого слова) деятельности.
Начиная примерно с 80-х годов прошлого столетия фокус внедрения вычислительной техники начал быстро смещаться в сторону выполнения управленческих задач и предоставления различных информационных услуг. Этому в немалой степени способствовал прогресс в области микроэлектроники, благодаря которому стало возможно с минимальными затратами автоматизировать огромное количество процессов во всех областях народного хозяйства и повседневной жизни.
Фактическое внедрение разнообразных управляющих контроллеров в средства производства и бытовую технику ограничивается только возможностью физического размещения микроконтроллера на каком-либо агрегате или даже предмете. Кроме того, необходимы разработка эффективного управляющего алгоритма, наличие достаточно емкого рынка сбыта и разумный срок окупаемости проекта.
Мощным стимулом для использования ЭВМ стало то, что функциональность вычислительных устройств заметно расширяется, а положительный эффект от внедрения усиливается за счет целенаправленного объединения отдельных устройств в сеть. Качественный скачок привел к появлению нового класса технических объектов, называемых распределенными информационно-коммуникационными системами (ИКС).
Современные информационно-коммуникационные системы (ИКС) развиваются достаточно быстро по ряду магистральных направлений. Наиболее значимы среди них следующие:
- Интернет вещей (Internet of Things, IoT);
- системы промышленного назначения;
- облачные вычисления.
Если первые два можно рассматривать как результат эволюционного распространения на новую область уже отработанной ранее техники и подходов к ее использованию, то переход на модель облачных вычислений обеспечивает выход на качественно новый уровень информационной поддержки пользователя. Это происходит потому, что применение подобной схемы значительно улучшает:
- надежность хранения данных за счет выполнения ряда специальных требований, касающихся организации их записи, обеспечения конфиденциальности доступа и защиты от физического уничтожения при возникновении стихийных бедствий, техногенных катастроф, актов терроризма и т. д.;
- качество отклика на поступающий пользовательский запрос, что выражается не только в его быстром формировании, но и в наращивании глубины переработки доступного первичного материала благодаря подключению большего количества ресурсов и организации процедур параллельной обработки.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ «АВТОМОБИЛЬНОГО» ETHERNET
Существующие решения Ethernet могут быть доведены до требуемого уровня эффективности путем глубокой модернизации созданного ранее оборудования и его целенаправленной адаптации на новую область. Два ключевых недостатка существующей 4-парной техники — высокая стоимость (по объемам затрат проводка в современном автомобиле является третьей статьей расходов после двигателя и шасси) и неудовлетворительные массогабаритные показатели — преодолеваются переходом на однопарное исполнение линейной части бортовой ИКС.
Определенное значение имеет и то, что за счет некоторого уменьшения массы сокращаются расходы топлива и снижается экологическая нагрузка на окружающую среду.
Платой за это становится ограничение гарантированной дальности действия. В неэкранированном тракте типа А она составляет 15 м, однако переход на экранированную технику дает возможность организовать тракты типа В, максимальная протяженность которых составляет уже 40 м. Для автомобильных бортовых систем этого вполне достаточно.
Работы по стандартизации проводились в рамках двух проектов. Результаты одного, IEEE 802.3bp, утверждены 30 июня 2016 года. Его главной целью была разработка гигабитного варианта сетевого интерфейса, который в соответствии с правилами формирования кода, принятого IEEE, описывается аббревиатурой 1000Base-T1. Другой, менее скоростной 100-мегабитный вариант 802.3bw, введенный в действие годом ранее, обозначается как 100Base-T1.
От многопарных вариантов Ethernet их однопарные функциональные аналоги отличаются схемой организации связи, что показано на рисунке.
Варианты организации связи на интерфейсах Ethernet различных разновидностей: а — Fast Ethernet; б — 1G Ethernet; в — 100Base-T1 и 1000Base-T1 |
Для новой области применения как никогда актуально дистанционное питание оконечных устройств по централизованной схеме. С учетом этой особенности было разработано оборудование для дистанционного питания по одной паре IEEE 802.3bu. Данная технология известна как Power over Data Lines (PoDL). Мощность потребления приемника при этом ограничивается 50 Вт.
Результатом усилий промышленности стало появление наборов микросхем, интерфейсов на их основе, а также кабелей и соединителей. Они выпускаются несколькими производителями и рассчитаны на эксплуатацию в автомобилях, в том числе при жестких внешних условиях от –40 до +85°С, и в подкапотном пространстве, где температура может достигать +150°С.
Активные микроэлектронные изделия бортовой ИКС по своим характеристикам гармонизированы с остальной автомобильной электроникой. В частности, в них предусмотрен переход в «спящий» режим с током потребления не более 100 мкА, а время возврата в рабочее состояние, с учетом типовых параметров оборудования бортовой диагностики, составляет не более 500 мс.
Характеристики линейной части системы обеспечивают нормальное качество функционирования полнодуплексного канала связи.
Выводы
Глоссарий
CAN (Controller Area Network) — протокол промышленной сети, ориентированный на объединение контроллеров, исполнительных устройств и датчиков. Предназначен для организации высоконадежных недорогих каналов связи в распределенных системах управления. Режим передачи — последовательный, пакетный. Обеспечивает передачу данных в реальном масштабе времени, коррекцию ошибок и высокую помехоустойчивость. Скорость передачи задается программно и может быть до 1 Мбит/с. Разработан компанией Robert Bosch GmbH в 1980-х гг. и в настоящее время широко распространен в промышленной автоматике, автомобильной промышленности, технологиях «умного дома» и других областях.
LIN (Local Interconnect Network) — протокол промышленной сети, разработанный консорциумом европейских автопроизводителей и предназначенный для создания дешевых локальных сетей обмена данными на коротких расстояниях в так называемом «человеческом» временном диапазоне (порядка сотен миллисекунд). LIN-протокол утвержден Европейским Автомобильным Консорциумом как дешевое дополнение к сверхнадежному протоколу CAN. LIN и CAN дополняют друг друга: область применения CAN — участки, где требуется сверхнадежность и скорость; область применения LIN — простые узлы, работающие с малыми скоростями на коротких расстояниях (дверные замки, стеклоочистители, стеклоподъемники, магнитола, климат-контроль).
FlexRay — высокоскоростной сетевой протокол для автомобилей, разработанный консорциумом FlexRay, основанным компанией NXP совместно с BMW, DaimlerChrysler, Bosch, GM и Volkswagen (консорциум распался в 2009 г.). Пропускная способность протокола достигает 10 Мбит/с. Протокол FlexRay более скоростной и надежный, но и более дорогой, чем CAN.
Ethernet (от англ. Ether — «эфир») — пакетная технология передачи данных для локальных компьютерных сетей. Первые версии технологии разработаны на рубеже 70–80-х годов. Стандарты Ethernet определяют как проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, так и форматы кадров и протоколы передачи данных на канальном уровне. Различные модификации Ethernet позволяют обеспечить передачу данных со скоростью 10 Мбит/с, 100 Мбит/с (Fast Ethernet), 1 Гбит/с (Gigabit Ethernet) и 10 Гбит/с (Ethernet 10G).
AVB или Ethernet AVB (Audio Video Bridging) — комплекс технических стандартов IEEE 802.1, разработанный альянсом AVnu Alliance для обеспечения удобной передачи медиа-потоков в рамках существующих Ethernet-протоколов.
Внедрение разнообразной электроники с целью повышения безопасности, комфорта и удобства водителя и пассажиров — главный вектор совершенствования автомобилей. Однако используемое для соединения различных электронных компонентов нагромождение различных шин серьезно тормозит этот процесс. Возможно, переход на такую универсальную сетевую технологию, как Ethernet, позволит решить многие проблемы.
Активное использование электроники в автомобилях началось еще в середине прошлого века, и с тех пор число электронных компонентов стремительно увеличивается. На смену все большему числу механических систем приходят электронные (например, вместо карбюраторов применяются инжекторные системы подачи топлива с электронным управлением), разрабатывается множество новых устройств, делающих передвижение на авто более удобным и безопасным. ABS, ESP, EPS, климат-контроль, круиз-контроль и т. д. — все это электроника. В автомобилях топ-уровня насчитывается до сотни различных электронных устройств.
Раньше электронные компоненты подключались «своими» проводами, что требовало огромного числа кабелей и разъемов. Это не только увеличивало вес автомобиля и снижало надежность (чем больше разнотипных разъемов, тем выше вероятность плохого соединения), но и усложняло техническое обслуживание автомобиля и его модернизацию (например, подключение сигнализации). Цветовая кодировка проводов разнилась не только от производителя к производителю и от модели к модели, но и в зависимости от года выпуска одной и той же модели.
Важным шагом по упрощению и унификации автомобильной проводки стала разработка шины CAN, которая и сегодня наиболее часто используется в автомобилях (см. Рисунок 1).
Рисунок 1. Переход к общей шине вместо «индивидуального» подключения электроники к соответствующим контроллерам. |
Поколение 2.
Системы помощи водителю и развлечения
Второе поколение автомобильного Ethernet будет заниматься информационно-развлекательными системами и видеонаблюдением для кругового обзора. Современные решения камер заднего вида часто используют LVDS (Low-Voltage Differential Signaling, низковольтная дифференциальная передача сигналов) для передачи видео, что хорошо работает в случае использования одной камеры. В недалеком будущем ожидается применение нескольких камер, а также получение данных с радиолокационного датчика расстояния (рис. 3). LVDS-система становится неэффективной с точки зрения прокладки проводов и дороговизны кабелей и разъемов. Ethernet позволяет видеокамерам быть подключенными к центральному блоку управления для синхронизации и дальнейшей обработки.
Рис. 3. Пример расположения камер и радаров для системы помощи водителю
Ethernet-камеры могут дополнительно использовать «энергоэффективный Ethernet» (IEEE 802.3az), в рамках которого вводится Low-Power Idle (LPI, «режим простоя») и пробуждение по необходимости для экономии энергии, пока камеры не используются. Кроме того, решения для питания через Ethernet (PoE) являются предпочтительнее, поскольку они позволяют уменьшить количество проводов. Преимущества более высокой пропускной способности и низкого времени ожидания очевидны. Использование нескольких камер высокого разрешения для обнаружения объекта требует несжатой передачи данных, чтобы избежать образования артефактов сжатия при обнаружении препятствий, а также сильного драйвера с высокой пропускной способностью.
Последние решения, касающиеся развлекательных систем, основаны главным образом на патентованных и немасштабируемых технологиях. Ethernet в этой новой области применения является экономически эффективным за счет использования стандарта AVB. Синхронизированная передача видео- и аудиоданных с гарантированной задержкой может быть достигнута с применением существующих AVB-компонентов Ethernet 1-го поколения. В этом направлении помогут развиваться как работа по стандартизации AVnu, так и самые последние разработки коммутирования и протоколов физического уровня (PHY) на основе BroadR-Reach.
Введение
Требования к информационным системам современного автомобиля и к их пропускной способности растут вслед за появлением новых сложных приложений — например, систем обеспечения безопасности или систем обработки мультимедийной информации. Существующие сети управления транспортным средством, такие как LIN, CAN и FlexRay, не могут покрыть растущие требования по пропускной способности и расширяемости, которые нужны для различных систем помощи водителю. Новые сетевые технологии должны перенять как можно больше от бытовых и других неавтомобильных областей, но с учетом требований конкретных автоприложений. Это включает в себя как аппаратные компоненты, так и наборы программ. Коммуникационные решения с более высокой пропускной способностью, такие как транзисторы с МОП-структурой, существуют, но слишком дороги для широкого использования в автомобильных сетевых системах. Сегодня автомобильная сетевая архитектура выглядит как гетерогенная система, что обусловлено ее историческим развитием и разрастанием (рис. 1).
Рис. 1. Доменная архитектура — сейчас (слева) и в будущем (справа)
Новая автомобильная сетевая система, построенная с нуля, скорее всего, будет иметь такую архитектуру, как показано справа на рис. 1. Здесь электронный блок управления (ЭБУ) структурирован в виде иерархической архитектуры, где области приложений связаны через магистральные шины. У Ethernet есть все предпосылки для такого комплексного подхода. Он может быть использован в основной магистрали для подключения различных областей, а также для подсетей, которые просто требуют большей пропускной способности.
Использование Ethernet в транспортном средстве означает смену парадигмы в разработке следующего поколения автомобильных компьютерных сетей: подключение различных сетевых доменов, транспортировки различных видов данных (управляющие сигналы, потоковая передача данных и др.) и выполнение строгих требований надежности в тяжелых условиях расширенного температурного диапазона и электромагнитной совместимости.
Движущие факторы внедрения гигабитных Ethernet-подключений в транспортные средства
Учитывая все обстоятельства, станут ли электромобили первыми транспортными средствами на рынке, использующими Ethernet-подключение? Рич из Strategy Analytics утверждает, что сам по себе рынок электромобилей не является основной движущей силой внедрения Ethernet в автомобильной отрасли.
В свою очередь, перечень ключевых факторов, побуждающих OEM-производителей внедрять гигабитные Ethernet-сети выглядит следующим образом: создание централизованной архитектуры транспортных средств, контроллеры доменов, расширение сетевой функциональности транспортных средств, системы ADAS и технологии беспилотной езды.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Создание однопарного Ethernet открывает возможность применения единой технологии для организации обмена данными в такой емкой области, как бортовые информационные системы современных автомобилей и иных транспортных средств. Дальность действия и исполнение аппаратной части однопарного Ethernet открывают перспективы для его внедрения в других областях, в частности в системах автоматизации зданий.
В стандартах на сетевые интерфейсы изначально предусмотрен ряд сервисов, благодаря которым заметно увеличивается практическая эффективность решения в целом. Однопарная схема имеет запас для дальнейшего совершенствования, особенно это касается увеличения дальности действия и скоростей передачи. Сохранение 100-омного волнового сопротивления не только ускоряет и упрощает разработку, но и облегчает тестирование готовых стационарных линий и трактов.
Андрей Семенов, директор по развитию СУПР, профессор МТУСИ
Для создания платформы сетевой инфраструктуры на развивающемся рынке сетевых транспортных средств, компания Marvell полагается на технологию Ethernet.
На этой неделе компания объявила о создании первой в отрасли PHY-микросхемы, работающей на основе гигабитной Ethernet-сети. В эту микросхему также встроена технология контроля доступа к медиаданным (MACsec), обеспечивающая безопасность на втором уровне.
Технология MACsec обеспечивает защиту всех этапов передачи данных в автомобильных сетях. Новая PHY-микросхема защищена от угроз безопасности на 2 уровне (перехватов, атак посредника и атак повторного воспроизведения).
Marvell может похвастаться своим рядом продуктов, формирующих «наиболее полную инфраструктуру для работы с данными». Все продукты в этой линейке специально предназначены для центров обработки данных. В перечень этих продуктов входит широкий спектр устройств: от процессоров каналов прямой передачи и процессоров передающего уровня до PHY-микросхем и коммутаторов для сетевых процессоров и процессоров безопасности.
Уилл Чу, вице-президент и генеральный менеджер автомобильного бизнес-подразделения Marvell, сказал EE Times: «Сейчас мы переносим наш опыт в области передовой инфраструктуры для обработки данных» на автомобильный рынок.
Marvell твердо намерена занять лидирующие позиции на рынке автомобильных Ethernet-сетей. Компаний первой на рынке представила 1000BASE-T1 PHY – защищенный автомобильный коммутатор с поддержкой гигабитного однопарного Ethernet-подключения и мультигигабинтную PHY-микросхему. В мае Marvell также приобрела Aquantia – лидера в области мультигигабитных Ethernet-подключений.
Вне всяких сомнений, все с нетерпением ждут распространения мультигигабитных сетей. В частности, в таких сетях нуждаются транспортные средства, у которых есть значительная потребность в увеличении пропускной способности сети, снижении задержек и повышении скорости подключения.
Впрочем, как заметил Иэн Ричс, вице-президент по общей практике в области automotive в Strategy Analytics, суровая реальность такова, что «на сегодняшний день интерфейсы для работы с гигабитными Ethernet-сетями слабо распространены». В основном такие интерфейсы встраивают в премиумные или новейшие платформы.
ПРОЧИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОДНОПАРНОЙ ТЕХНИКИ
Гарантируемые сетевыми интерфейсами 100Base-T1 и 1000Base-T1 параметры дальности действия, скорости передачи, времени доставки и стоимостных показателей позволяют использовать эти устройства не только в автомобиле.
Так, для систем промышленной автоматизации и робототехники важное значение имеет возможность работы в широком температурном диапазоне. В оборудовании, применяемом для автоматизации объектов общественной и особенно жилой недвижимости, ценятся такие свойства, как небольшие габариты и гибкость кабеля, а также низкая стоимость кабельных изделий и самого контроллера.
О высоких технических и рыночных перспективах направления однопарных решений Ethernet свидетельствует запуск проекта 802.3cg по созданию интерфейса 10Base-T1 c предельной дальностью действия 1200 м. Завершение разработки соответствующих спецификаций намечено на 2018 год. Как и в случае 100- и 1000-мегабитных систем, для создания столь протяженных линий планируется использовать новые разновидности кабелей. Фокусная область применения новой техники — системы промышленной автоматизации.
Кроме того, в рамках поисковых НИР изучается возможность создания однопарных систем 2,5, 5 и 10G Ethernet. Если учесть опыт разработки 40-гигабитных систем, для однопарного 10-гигабитного варианта вполне может быть обеспечена как минимум 30-метровая дальность действия.
Поколение 1.
Диагностика по IP
Первые приложения Ethernet в автомобилестроении — это встроенная диагностика и обновление flash-памяти ЭБУ. Для чтения диагностических данных и обновления программного обеспечения в течение отведенного времени производительность существующих систем, таких как CAN и FlexRay, была недостаточна. Ethernet 100 Base-TX категории 5 был выбран в качестве средства связи между автомобилем и диагностическим оборудованием. Высокая пропускная способность Ethernet экономит затраты на обслуживание и производство. ISO 13400 и ISO 14229 изменили существующие и определили новые, стабильные современные диагностические стандарты. Универсальные продукты и компоненты давно доступны, а такие требования, как прочность и температурные допуски, были смягчены для данного конкретного применения Ethernet в автомобиле.
Читайте также: