启用以太网时效性与Automotive-Certified IP网络

汽车系统变得越来越复杂,因为他们结合ADAS申请紧急制动,防撞,车道偏离警告完全自主驾驶,使可预见的延迟和保证带宽在汽车网络至关重要。这些应用程序需要大量的数据来自不同地区的汽车进行处理和决策。由于大容量的数据,使高性能网络连接已成为汽车SoC设计师与以太网克服的挑战。除了高性能需求,以太网和时间敏感的网络(听)给工程师他们需要的工具来设计汽车网络具有可预测的延迟和保证带宽。

IEEE听工作组发布了许多标准和继续定义新的和现有规范适应满足以太网的发展需要积极ADAS需要实时网络的应用程序。积极ADAS应用控制汽车的反应情况,如避免与行人发生碰撞,对象,或另一辆车。本文描述了以太网听标准汽车soc和简要解释了设计师与automotive-certified以太网可以使周围的IP。

对时间敏感的网络
随着实时网络变得必要,特别是对于对安全性要求苛刻的应用,如ADAS,以太网与听成为一个理想的网络的选择。要启用ADAS,多个系统必须经常同步,需要大量的数据通过网络部署。例如,紧急制动系统必须考虑制动距离和人类的反应时间。当检测到障碍物时,避碰系统通知司机和制动系统激活。检测和制动系统之间的通信是至关重要的,延迟刹车将是灾难性的。

听的进化开始引入音频视频连接(真空断路)。真空断路是用于音频视频应用程序包括汽车信息娱乐和车载网络系统。大气真空断路阀在网络,电台的音频,视频的信息娱乐系统,汽车的指挥中心的数据,并从运行诊断文件传输流和桥接在一个共同的网络。这种网络的延迟没有约束,关键时刻数据安全性至关重要的ADAS应用程序像一个自动刹车系统。此外,ADAS应用程序所需的数据量会更大。因为这些原因,IEEE委员会扩大了功能和特性最初定义为真空断路,改名为工作组听。IEEE工作组创建了多个听标准见表1。

表1:听工作组介绍了多个标准

Time-aware牛头刨床
汽车网络是为了保证可预测的延迟;这种类型的网络被称为一个工程网络。time-aware成型机是用于一个工程网络和允许调度关键交通队列是不阻塞。这是完成了一次门,允许实时数据流并进行畅通而挡住了本文的关键数据;如图1所示。IEEE 802.1 qbv调度程序的逻辑决定了盖茨的时间间隔必须打开和关闭。在以太网MAC Time-aware牛头刨床实现。

图1:Time-aware牛头刨床允许调度

抢占
抢占也可以用来减少延迟时间关键型数据流。在一个以太网网络,抢占允许时间关键型数据帧中断本文的关键数据帧的传输。一旦时间关键型数据帧到达目的地,本文的关键数据帧继续传播。任何分散的数据帧必须重组才能继续传播。参见图2。

图2:抢占减少延迟的时间关键型数据流

让我们用紧急制动系统作为一个例子。两个以太网mac传播时效性的数据帧(绿色)和本文的关键数据帧(橙色)。可抢占的MAC让绿色穿越前的橙色帧实时到达目的地。系统还适用于刹车,在真正的时间,不管其他网络上的数据帧。时间关键型数据帧就抢占本文的关键数据帧提供改善显著延迟,但更重要的是,它提供了一个可预测的延迟。

循环队列和转发
循环队列和转发支持延迟的网络拓扑。它的主要作用是使网络延迟更一致的桥梁。参见图3。根据IEEE P802.1Qch标准,循环队列和转发修正案”,指定一个传输选择算法,允许确定性延迟通过桥接网络很容易计算无论网络拓扑。这是一个改进现有的技术,它提供了更简单的确定网络延迟,减少交付抖动,简化了跨桥接局域网提供确定性的服务。”

图3:循环队列和转发支持延迟的网络拓扑

每流过滤和监控
每流过滤和警务使桥梁,或端点组件检测网络中的组件是否符合约定的规则。例如,一个节点被分配一定的带宽,当这带宽超过由于组件失败,或恶意的行为,可以采取行动来保护网络。这个标准包括程序执行帧计数、过滤、治安、等警务和过滤功能尤其有价值,可用于检测和随后的消除破坏性的传输,从而提高网络的鲁棒性和安全性。

帧复制和消除
帧复制和消除支持无缝的数据冗余。它检测和减轻问题引起的循环冗余校验(CRC)错误,断丝,松散的联系。时间关键型数据帧是扩大到包括一个序列号和复制,每一帧是一个单独的网络路径。在任何桥或合并点网络中,当独立路径加入,从流,消除重复帧允许应用程序接收帧的顺序。见图4。

图4:帧复制和消除检测和减轻问题引起的CRC错误,断丝,松散的联系

例如,当自适应巡航控制系统发出信号控制系统保持一定的速度和距离汽车之前,创建单独的路径通过网络让这个信号和信号从其他应用程序无缝地旅行。一旦信号合并在一起,复制允许不间断信号传输的帧被淘汰。IEEE定义了三个框架的实现复制和消除讲述人发送信号和监听器接收的信号:

• 删除重复的说话复制,侦听器
• 删除重复的复制,侦听器
• 桥复制,删除重复的

增强通用的精确时间协议
增强通用的精确时间协议支持跨网络冗余时钟同步时钟,在两个方面:一个大师或多个大师。系统有一个主时钟同步和大师引用根时间在网络上。在一个大师模型中,时钟时间信息传播网络的监听器在一个段,然后传达到另一段在同一网络。只有大师知道准确的时钟时间。在多个大师模型中,时钟时间传播在整个网络在不同的方向在中断的情况下,准确的时钟时间仍然是整个网络。

图5:单大师使用单独的路径传送副本2份

图5 b:多个大师传输2副本使用独立的路径

上面听规范以及其他类似IEEE P802.1Qcc P802.1Qcr,进化来满足汽车设计师的连续实时网络需要ADAS的应用程序。以太网最初是用于诊断和软件更新而介绍了音频视频连接汽车信息娱乐系统和高端消费音频视频系统。今天,听已经成为必不可少的高端ADAS SoC,创造新的需求进入SoC的组件,包括集成IP。

结论
气囊的关键安全技术的发展,电子稳定,主动巡航控制ADAS需要带宽和可预见的延迟。这种进化是驾驶高性能汽车的使用半导体使ADAS的应用程序。虽然有很多可用的选项来连接这些系统,以太网已经成为有线连接汽车soc的首选技术。这是由于以太网支持所需的能力范围的数据速率,证明可靠性和互操作性和听。听——至关重要的应用程序与关键的时间限制和以太网与周围的发展,以满足日益增长的汽车需求预测的延迟和保证带宽。IEEE听工作组定义新的听规范扩展其功能从之前的音频视频连接规范包括:多个time-aware塑造者,抢占,循环队列和转发,每流过滤和治安,复制和消除帧,和一个增强的通用的精确时间协议。

与消费电子产品、汽车电子和SoC和IP组件必须满足严格的汽车标准:ISO 26262功能安全,AEC-Q100可靠性和质量管理。ISO 26262认证的所有进程定义和文档,开发工作,标准和安全目标计划(ASILs)汽车安全完整性水平。四个不同的ASILs - A, B, C, D -确定最低的(A)和(D)功能安全的最高水平。SoC和IP测试必须满足极低的缺陷密度测量的缺陷ppm (dppm)。

使听并加速SoC-level ISO 26262认证,设计师可以集成automotive-certified IP如Synopsys对此DesignWare以太网Quality-of-Silicon (QoS) IP。ASIL B准备好了ISO 26262认证与汽车安全IP包支持以太网速度高达2.5 g,实时网络,最初的IEEE音频视频连接规范,现在听。