ABONAMENTE VIDEO JOBS REDACȚIA
RO
EN
×
▼ LISTĂ EDIȚII ▼
Numărul 58
Abonament PDF

Automotive ENET Interface Broadcast

Flaviu Nistor
Hardware Development Engineer @ Continental Sibiu
Dan Colceriu
Hardware Development Engineer @ Continental Sibiu
PROGRAMARE

A trecut deja ceva vreme de la lansarea ideii că e timpul pentru Ethernet in Automotive. În toată această perioadă, metodele s-au îmbunătățit, modelele de implementare s-au desăvârșit și ideea poate fi aplicată. De aceea, pentru a vă face o impresie cât mai bună, detaliile prezentate în rândurile următoare sunt sugestive în acest sens.

În ziua de astăzi o mașină din gama de top, conține puțin peste 100 de ECU-uri și vă puteți imagina că partea de software depășește pragul de GBytes. Așadar, o rețea funcțională care să confere încredere deplină nu este o chestiune numai de dorit dar este chiar obligatorie. Practic, industria automotive a dezvoltat în fiecare moment soluții menite să-i asigure nevoile, pe baza diverselor tehnologii ca: LIN (Local Interconnection Network), CAN (Control Area Network), FlexRay … MOST (Media-Oriented System Transport). Fiecare dintre acestea au fost și sunt în continuare foarte bune dar niciuna dintre variante nu oferă o opțiune comună pentru interconectare din moment ce sunt bazate pe protocoale de comunicație specifice. Mai mult decât atât, nu există un model cu nivele multiple care să ofere utilitatea de a crea o rețea cu posibilități de comutare. Dar Ethernetul (ENET) poate oferi acest lucru.

În contrast cu soluțiile deja existente, ENET-ul vine cu această flexibilitate a nivelelor care merge de la nivelul aplicației unde alegerile de software pot fi multiple, refolosirea și interschimbarea pe aceleași nivele de protocol, viteze diferite pe nivele, până la faptul că adăugarea unui nou participant la rețea nu va duce la perturbarea tuturor celor conectați și limitarea benzii de comunicație, ci doar a acelui participant la care se face conexiunea în mod direct. De asemenea, veți beneficia de un mediu capabil să treacă testele de emisie și imunitate până la reducerea de costuri și disponibilitatea de noi funcționalități.

Însă a nu se înțelege că se poate beneficia de toate aceste avantaje aduse de implementarea ENET-ului în arhitectura unei mașini prin simpla lui înglobare, fără a avea o interfață de comunicare Ethernet PHY (ENET PHY), care este una dintre componentele cheie a nivelului fizic. Modulul de ENET (integrat ca periferic în arhitectura unui microcontroller) nu este îndeajuns pentru ca un NODE_A să trimită date către un NODE_B al rețelei Ethernet. Ca parte a nivelului fizic, fiecare nod (modul de ENET) are nevoie de un ENET PHY ce are grija să-l interconecteze. înseamnă că acesta va întruni toate cerințele legate de modulația semnalelor. Interesant de menționat este că mai multe PHY-uri (pana la 32) pot fi conectate la un modul de ENET.

Actualmente există mai multe soluții pentru interfețele de ENET PHY, dar toți furnizorii folosesc o interfață standard de semnale pentru a crea posibilitatea de interconectare între PHY și modulul de bază. Această interfață standard se numește Media Independent Interface (MII) și este folosită pentru a lega nivelul de MAC (Media Access Control) al unui modul ENET cu PHY-ul aferent.

Semnalele unei interfețe MII sunt prezentate în figura de mai jos:

MII conține 18 pini în două grupuri diferite:

Într-un switch, router sau PC, PHY-ul folosit este de tipul 10/100BASE-TX pentru legătura între modulul ENET gazdă și o mufă de tip RJ45. Pe de o parte, dacă ne gândim la o schemă bloc, PHY-ul este conectat prin interfața MII la gazdă, iar în cealaltă parte are 4 pini conectați la mufa de tip RJ45. Adică două perechi de fire diferențiale care transmit date pe cablul UTP. Se transmit 100Mbits/s pe fiecare dintre perechile răsucite, la viteza de 125MBaud unidirecțional folosind Block Coding (4B5B) si MLT-3 (Multi Level Transmit pe trei nivele).

Cablurile de tip UTP Cat-x au 4 perechi de fire răsucite. În total sunt 8 fire din care sunt folosite 4 pentru transmisia de date de către 10/100BASE-TX ENET PHY's. Din perspectiva domeniului automotive, aceasta înseamnă costuri mari, emisii EMI și poate cel mai important … un punct de îmbunătățire. De aceea, a fost dezvoltat PHY-ul de tip BroadR-Reach. Cea mai mare inovare ar fi faptul că BroadR-Reach PHY are nevoie de doar o pereche de fire răsucite și este totuși full-duplex. Este așadar o soluție mai ieftină ce reduce costurile pentru cablare din moment ce cablul de tip CAT-x nu este necesar. Modularea semnalelor folosită în acest caz ajută la mai mult decât satisfacerea standardelor de automotive în ceea ce privește zgomotul și nivelul de jitter, fiind astfel o variantă perfectă pentru înlocuirea 100BASE-TX în automotive.

BroadR-Reach este dezvoltat și promovat de către OPEN Alliance SIG (One-Pair Ether-Net Alliance Special Interest Group) sub standardul IEEE 802.3 pentru 100BASE-T1 [3].

Așa cum deja am menționat, datele sunt transmise pe o singură pereche de fire de cupru folosind Physical Coding Sublayer (PCS) și 3 bits per simbol - PAM3 (Pulse-amplitude Modulation pe trei nivele). Suportă doar formatul de comunicare full duplex, transmițând date în ambele direcții simultan. Perechea de fire răsucite trebuie să suporte 100Mbps, pentru o lungime de maxim 25m. Datele sunt transmise cu 66Mbaud bidirecțional. Nu are nevoie de un conector specific.

O mențiune importantă este faptul că pentru o conexiune de tipul BroadR-Reach între două PHY-uri, unul trebuie configurat ca master și celălalt ca slave. Când facem referire la un nod, acesta poate fi un microcontroller, un PC sau portul unui switch sau router. Dacă PHY-ul conectat la microcontroller (pe interfața MII) este de tip master atunci portul de la switchul/routerul cu care este în legătură trebuie configurat ca slave. În comparație cu PHY-urile de tip 100BASE-TX, aceasta este o diferență importantă.

Practic, transceiverul fizic constă într-un cip integrat de tip CMOS ce poate fi găsit la Broadcom ca BCM89810, pentru un singur port de comunicație sau de la NXP ca si TJA1100.

Ca exemplu de utilizare, în faza de dezvoltare a fost necesară conectarea modulului de ENET (de la microcontroller) într-o rețea de test, folosind un router. Mai multe noduri au fost conectate pentru a comunica pe TCP/IPV4. Numai un singur nod a folosit BroadR-Reach PHY care nu poate fi direct conectat la 10/100BASE-TX PHY. Vă amintiți că interfața fizică de 100BASE-TX folosește două perechi răsucite unidirecționale în timp ce BroadR-Reach folosește o pereche răsucita bidirecțională. Problema a fost rezolvată utilizând un media convertor (în acest caz de tip Easy CON Converter care poate fi configurat ca master sau slave) care să lege PHY-ul BroadR-Reach la PHY-ul 10/100BASE-TX (ce poate fi un alt nod, switch sau router).

Astfel, dintre toate cele prezentate aici, avantajul clar al compatibilității software-ului, ușurința în implementare și eficiența costurilor îl recomandă drept cea mai bună soluție existentă în acest moment.

Referințe:

  1. In-Vehicle Networking Solutions

  2. NXP internal documentation

  3. www.opensig.org

  4. https://www.broadcom.com/collateral/pb/89810-PB00-R.pdf

LANSAREA NUMĂRULUI 59

Cluj-Napoca
Marți, 23 Mai, ora 18:00

Înregistrează-te gratuit

Facebook Meetup

Târgu-Mureș
Miercuri, 24 Mai, ora 17:00

Înregistrează-te gratuit

Facebook Meetup

În aceeaşi ediţie ... (58)

▼ TOATE ARTICOLELE ▼

Sponsori

  • Endava
  • 3PillarGlobal
  • Gemini Solutions
  • Betfair
  • Accenture
  • Telenav
  • Siemens
  • Bosch
  • ntt data
  • FlowTraders
  • Crossover
  • Hewlett Packard Enterprise
  • Colors in projects
  • SmartSoft