Bordnetze Echtzeit-Ethernet als Automotive-Netzwerk

Ethernet eröffnet sich immer mehr Anwendungen im Auto. Wir verraten Ihnen, wie sich mithilfe Automotive-qualifizierter Ethernet-Bausteine die Potenziale des Bussystems im Auto nutzen lassen.

Anbieter zum Thema

Heitec AG

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Ethernet wird heute vielfach von der Automobilindustrie als die bevorzugte Schnittstelle für die On-Board-Diagnose (OBD) für Autos der nächsten Generation akzeptiert. Diese Übernahme wird mit der Einführung von standardisierten IP-Diagnose-Schnittstellen, wie in ISO 13400 spezifiziert, mit Ethernet als physikalischer Schicht noch schneller vorangetrieben werden.

High-Speed-Ethernet reduziert Download-Zeiten

Mit der erhöhten Geschwindigkeit von 100-Mbps-Ethernet (oder 1000-Mbps-Ethernet) und durch das Netzwerk erhältliche Vollduplex-Bandbreite werden Download-Zeiten von Stunden auf Minuten reduziert. Die Kosten werden ebenfalls gesenkt durch den direkten nahtlosen Anschluss des Autos an ein Service-Center-Netzwerk oder einen fernbetriebenen Laptop.

AEC Q100-qualifizierte Ethernet-Bausteine

Micrel hat bereits 2008 die ersten AEC Q-100-qualifizierten Ethernet-Bausteine vorgestellt und das Portfolio mittlerweile auf acht verschiedene Bausteinen erweitert, von Single-Port-PHYs und MAC/PHY-Controllern bis hin zu Multi-Port-Switch-Lösungen.

Immer mehr Audio-und Video-Anwendungen im Auto

Allerdings macht Ethernet im Auto kaum nur bei OBD-Schnittstellen-Anwendungen halt. Die Nachfrage der Verbraucher nach Audio-und Video-Anwendungen im Auto wie DVD, Kameras und Navigation hat sich in den letzten Jahren rasch entwickelt. Ursprünglich nur in Fahrzeugen der Luxusklasse zu finden, werden diese Anwendungen schnell zur Standardausstattung von Fahrzeugen der Mittelklasse und sogar Basismodellen. Fahrzeug-Netzwerke mit hoher Bandbreite werden durch verschiedene selbst entwickelte Lösungen implementiert, was zu hohen Betriebskosten führt.

Ethernet als Alternative zu MOST

Eine beliebte Infotainment-Netzwerktechnologie ist MOST. Das proprietäre MOST wird jedoch oft beschuldigt, nicht den Kostenbedürfnissen der Automobilhersteller zu entsprechen, wie dargelegt im Hansen-Bericht, November 2008: „Zulieferer und Autohersteller sind der Ansicht, dass mehr Zugang zu den Eigentumsrechten der SMSC MOST-Technologie die Kosten von MOST senken und die Marktakzeptanz erhöhen würde. Ethernet wird von manchen als eine mögliche Alternative gesehen.“

Ethernet bietet besonders niedrige Betriebskosten

Es gibt eine starke Bewegung in der Branche hin zur Nutzung von standardmäßigen, bewährten, offenen Netzwerk-Lösungen zur drastischen Reduzierung der Betriebskosten. Autohersteller können dann ihre Anstrengungen und Investitionen auf wahre Produkt-Unterscheidungsmerkmale konzentrieren anstatt auf standardmäßige homogene Infotainment-Ausrüstung. Ethernet ist die offenkundige Wahl mit den niedrigsten Betriebskosten, wie sich bereits heute in Heim, Büro und Fabrik-Netzwerken zeigt.

Tabelle 1 zeigt einen Vergleich der Ethernet-und MOST-Technologie.

So wird das Ethernet fit für Echtzeit-Anwendungen

Damit Ethernet die notwendige Servicequalität (QoS) für Echtzeit-Anwendungen bieten kann, müssen die jüngsten Spezifikationen für IEEE-Audio/Video-Brücken (AVB) in Erwägung gezogen werden, um das gewünschte deterministische Verhalten zu gewährleisten. Das AV-Brücken-System basiert auf drei Vorgaben:

• IEEE 802.1as Zeit-Synchronisation,

• IEEE 802.1Qat Datenfluss-Reservierung,

• IEEE 802.1Qav Warteschlangen & Weiterleiten für AV-Brücken.

Zeitkritischer Datenverkehr in der AVB-Wolke

Auf Basis dieser Standards kann lassen sich in einem Standard-Ethernet-Netzwerk gemäß IEEE-802.3 sowohl Multimedia-Daten als auch nicht-zeitkritische Daten übertragen, indem innerhalb des Netzwerks eine „AVB-Wolke“ geschaffen wird. Zeitkritischer Verkehr wird auf die AVB-Wolke begrenzt, wo alle Geräte die AVB-Fähigkeit unterstützen müssen. Um die Interoperabilität mit standardmäßigen Nicht-AVB-Ethernet-Switches anbieten zu können, sind AVB-Pakete normale IEEE-802.3-Ethernet-Rahmen, die durch einen speziellen Feldtyp charakterisiert sind. Das AVB-Paket wird innerhalb des Ethernet-Datenfelds eingekapselt. Das AVB-Paket, definiert in IEEE-1722 (AVB Layer 2 Protokoll-Spezifikation), besteht aus einem Header mit Typ, einer 802.1Qat Datenfluss-Reservierungsinformation und einem 802.1as Zeitstempel gefolgt von Nutzdaten.

Ein Beispiel für den Standard IEEE-802.3 Ethernet-Rahmen mit AVB-Einkapselung ist in Bild 1 dargestellt.

(ID:28916680)