12. díl - Automotive Ethernet ve vozidle

Vzhledem k tomu, že všechny technologie Automotive Ethernet využívají jeden kroucený párový kabel (T1) a topologii sítě point-to-point, liší se především rychlostí dat a metodami kódování.

Rychlost přenosu dat z větší části určuje aplikace, pro které lze použít konkrétní standard Automotive Ethernet.

Vezmeme-li případ automatického asistenčního systému řidiče (ADAS), uvidíme, kde by každá varianta Automotive Ethernet mohla být nejlépe použita k nahrazení stávajících automobilových protokolů.

Obrázek 1: Blokový diagram typického systému ADAS znázorňujícího použité sítě ve vozidle.

10Base-T1S

10Base-T1S je 10Mb/s Automotive Ethernet popsaný ve standardu IEEE 802. Je určen pro aplikace o krátkém dosahu 10 až 25 metrů.

Pomocí diferenciálního kódování Manchester (DME) musí všechny fyzické vrstvy používající 10Base-T1S podporovat topologii point-to-point až do dosahu 15 metrů s plným duplexním provozem.

Multidrop je volitelná topologie pro 10Base-T1S, kde lze podporovat osm nebo více uzlů na maximální délce sběrnice 25 metrů.

10Base-T1S se nejlépe používá pro datovou komunikaci s nižší rychlostí mezi ecu napájecí sběrnice, senzory, ecu karoserie a audio měniči, jako jsou reproduktory a mikrofony (obrázek 2). Zde by nahradil tradiční sítě vozidel, jako jsou CAN, LIN nebo FlexRay, odstranil by potřebu spravovat více technologií a zjednodušil design.

Obrázek 2: 10Base-T1S se nejlépe hodí pro komunikaci s nižší šířkou pásma ze senzorů a ECU.

100Base-T1

100Base-T1 je ethernetový standard 100 Mb/s popsaný v IEEE 802.3. Broadcom ji původně specifikovat jako BroadR-Reach. 100Base-T1 používá kódování PAM3, plně duplexní komunikaci a topologii point-to-point.

100Base-T1 se používá v aplikacích, kde jsou vyžadovány mírně vysoké přenosové rychlosti (obrázek 3), jako jsou systémy infotainmentu, kde nahrazuje ukončovací technologie, jako je MOST a LVDS, které používají těžší a dražší kabeláž. Může být také použit v pasivních operacích ADAS, jako jsou varování před překročením jízdního pruhu a záložní kamery.

Obrázek 3: 100Base-T1 se používá pro aplikace vyžadující střední přenosové rychlosti, jako jsou infotainment a pasivní systémy ADAS .

1000Base-T1​

1000Base-T1 je 1 Gb/s Automotive Ethernet popsaný v IEEE 802.3bp. Stejně jako 100Base-T1 používá kódování PAM3, plně duplexní komunikaci a topologii point-to-point.
Vyšší přenosová rychlost 1000Base-T1 je vhodná pro aktivní ADAS, systémy, jako je asistent vyhánění z jízdního pruhu nebo automatické nouzové brzdění (obrázek 4). V těchto aplikacích jsou systémy připojeny k pohonům a mohou převzít kontrolu nad vozidlem. Může být také použit jako komunikační páteř, virtuální "dálnice" pro přenos dat ve vozidle.

  Obrázek 4: 1000Base-T1 se používá v aplikacích, kde je nezbytná vysoká přenosová rychlost, jako je aktivní ADAS nebo jako páteř komunikace.  

MultiGBase-T1​

MultiGBase-T1 poskytuje nejvyšší šířku pásma variant Automotive Ethernet (zatím) pro podporu vysokorychlostních aplikací. Je definován v IEEE 802.3 pro tři datové rychlosti: 2.5GBase-T1 při 2,5Gb/s, 5GBase-T1 při 5Gb/s a10GBase-T1 při 10Gb/s. MultiGBase-T1 využívá kódování PAM4, plně duplexní komunikaci a topologii point-to-point.

MultiGBase-T1 umožňuje vysokou rychlost přenosu dat potřebnou pro systémy spojené s autonomním řízením (obrázek 5). Tyto aplikace vyžadují bezztrátový přenos videa, aby poskytovaly video s vysokým rozlišením pro rozpoznávání obrazu. Systémy autonomního řízení jsou připojeny k pohonům, které mohou převzít kontrolu nad vozidlem, a ve video streamu nebo jiné komunikaci nemohou být žádné odpadlé packety.

Obrázek 6: MultiGBase-T1 se používá pro aplikace s velmi vysokou přenosovou rychlostí, jako jsou systémy autonomního řízení.

Co bude dál?

Standardy 25 a 50Gb/s Automotive Ethernet jsou nyní vyvíjeny v IEEE 802.3, které mají být vydány koncem roku 2023, i když nasazení se neočekává dříve než v roce 2030. Tato varianta by byla ideální pro přenos dat do centrálního systému pro zpracování a rozhodování. 

[1] Automotive Ethernet in the Vehicle 
https://blog.teledynelecroy.com/2021/06/automotive-ethernet-in-vehicle.html
[cit. 23.06.2021]

V tomto seriálu si neklademe za cíl hodnotit, která značka je nebo není nejlepší. Chceme pouze čtenáře upozornit na častá omezení a úskalí, která nemusí být na první pohled při výběru osciloskopu pro vaší práci zřejmá. Chceme vám poskytnout určitý nadhled při výběru nového osciloskopu. Informace, které v seriálu uvádíme, vychází z našich dlouholetých zkušeností s osciloskopy a především s přístroji Teledyne LeCroy, z veřejně dostupných informací a technické dokumentace ostatních výrobců. Abychom se nezabývali touto problematikou jen v teoretické rovině, zaměříme se na technické parametry přístrojů a různé způsoby měření. 

Obsah tohoto seriálu můžete také ovlivnit! Uvítáme vaše komentáře, návrhy témat, vaše zkušenosti, které můžete zasílat na e-mail bohumil.vitovec@blue-panther.cz.

Stejně tak se můžete ozvat, pokud potřebujete radu na míru!

Další díl / Všechny díly