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Ofreciendo la próxima generación de info-entretenimiento con Ethernet del automóvil

Las soluciones de silicio cualificado soportan Ethernet en el coche conectado

Desde los sistemas de navegación de alto rendimiento, al entretenimiento de alta gama y la telemática, los requisitos del sistema del “siempre encendido / automóvil conectado” están alimentando la demanda para aumentar el ancho de banda disponible en la comunicación de datos a bordo de vehículos. Como resultado, los ingenieros están recurriendo a Ethernet, una tecnología probada que no sólo es compatible con las altas velocidades de datos exigidos por los sistemas de información y entretenimiento de próxima generación, sino que también puede simplificar las interfaces de red y cableado y reducir los costes. Y las últimas tecnologías de semiconductores están ayudando a simplificar y acelerar la implementación de Ethernet en el vehículo. Cada vez más, los sistemas de información y entretenimiento inteligentes están haciendo del coche una extensión del estilo de vida digital de su dueño, manteniéndolos conectados a las redes sociales y correo electrónico mientras está en movimiento, así como facilitando, suavizando y haciendo más eficientes los desplazamientos, por ejemplo, estando conectados a los informes de tráfico y a la información climática. De hecho, los sistemas de información y entretenimiento se están convirtiendo en un diferenciador clave a los ojos del consumidor. Al mismo tiempo, los sistemas de seguridad establecidos por los órganos normativos, tales como las cámaras de marcha atrás, están contribuyendo a la necesidad de comunicaciones de datos eficaces, fiables y rápidas. Y, ya que el coche cada vez consume más datos, la demanda de comunicaciones eficaz, fiable y de alta velocidad, está creciendo.

Opciones de comunicación para los diseñadores

Hay varias opciones de protocolo de comunicaciones para medios disponibles para el diseñador, los sistemas más conocidos hasta la fecha son los MOST (Media Oriented Systems Transport). El bus (MOST) es una tecnología de red multimedia de alta velocidad cuya última encarnación (MOST150) es compatible con velocidades de datos de hasta 150 Mbit /s (seis veces mayor que la de la MOST25 original) y es capaz de proporcionar una capa física para transmitir todo tipo de datos, incluyendo vídeo. Sin embargo, Ethernet se está convirtiendo rápidamente en una opción popular para los sistemas de información y entretenimiento ya que esta tecnología se comprende bien. Actualmente, Ethernet ofrece hasta 100 Mbit /s en aplicaciones de automoción, pero el estándar de un 1 Gbit/s basado en la reducción de par trenzado (RTPGE) está a punto de ser finalizado por el IEEE, a la vez que las velocidades de 10 Gbit / s se están analizando. Una de las limitaciones de Ethernet es la gestión de la contención de la red. Por lo que, como Ethernet adquiere un papel más amplio dentro de los vehículos, se está desarrollando una mejor solución en forma de una Ethernet determinista.

El mercado para Ethernet en automoción

Durante el año 2013, había aproximadamente 3.8 M de nodos Ethernet automóviles vendidos. El analista japonés Yano Research (Figura 1) predice 50 M de nodos este año y prevé una cifra superior a 200 M de nodos en 2020. Se pronostica que las aplicaciones basados en cámaras representarán alrededor del 75% de esta cifra, información y entretenimiento en torno al 25%. Diagnósticos a bordo (OBD) y el esqueleto fundamental estarán presentes, pero pequeños. Un pronóstico de Strategy Analytics está de acuerdo en líneas generales (175 M de nodos en 2020), pero ve una fracción mucho más igualitaria entre OBD, cámaras e infoentretenimiento.

El estándar Gigabit Ethernet AVB

El Audio Visual Bridging (AVB) permite transmisiones estables, fiables y multimedia y se refiere a un conjunto de normas técnicas que está desarrollando el IEEE. El grupo de trabajo fue renombrado como el grupo de trabajo “Time-Sensitive Networking Task Group” en 2012 para reflejar el mayor alcance de su papel. Los estándares IEEE relevantes están todos bajo el comité de estándares 802.1 y comprenden:

• IEEE 802.1BA: Sistemas Audio Video Bridging (AVB) Sistemas;

• IEEE 802.1AS: Temporización y Sincronización para aplicaciones sensibles al tiempo (PTP);

• IEEE 802.1Qat: Protocolo de reserva de stream (Stream Reservation Protocol); y

• IEEE 802.1Qav: Reenvío y espera para streams sensibles al tiempo (Forwarding and Quering for Time- Sensitive Streams).

¿Por qué son necesarios los SoCs Ethernet dedicados para la automoción?

Una de las razones por las que Ethernet dominará el mercado AVB es que la arquitectura Ethernet está muy bien comprendida y utilizada en muchas aplicaciones de gran volumen. Sin embargo, los componentes están diseñados y calificados principalmente para aplicaciones de oficina o industriales, tal y como están no son adecuados para aplicaciones de automoción. Los componentes tienen que estar calificados para el estándar AEC (Automotive Electronics Council), AECQ100. El estándar AEC-Q100 define un número considerable de pruebas eléctricas, de duración y fiabilidad que son más estrictas que las de un CI comercial o industrial. AEC-Q100 define cinco rangos de temperatura dependiendo de en qué parte del vehículo se desplegará el CI. Grado 0 es el más riguroso (-40 ° C a + 150 ° C) y es para componentes del sistema de transmisión. En el nivel inferior, la temperatura varía para los Grados 3 y 4, que corresponden estrechamente a niveles industriales y comerciales.

Soporte de silicio para aplicaciones multimedia de alta resolución y conectividad de la cámara

Uno de los últimos dispositivos en entrar en el mundo AVB es una solución puente Ethernet de tipo automotriz para info-entretenimiento en el vehículo (IVI), la telemática, y otras aplicaciones de automoción de Toshiba Electronics Europe (TEE). El TC9560XBG es compatible con IEEE 802.1AS e IEEE 802.1Qav. El dispositivo ha sido desarrollado bajo el sistema de calidad de diseño de automóvil ISO / TS 16949 y APQP y está en proceso de ser clasificado AEC-Q100 Grado 3. Cuando está conectado a un procesador de aplicaciones u otro host del sistema en chip (SoC), el TC9560XBG permite que el dispositivo host pueda ofrecer audio, vídeo y otros datos a través de la red AVB de automoción. Un procesador ARM Cortex-M3 en el chip, libremente programable, funcionando a 187.5 MHz lleva a cabo el control y gestión del sistema y con los controladores DMA, dan un amplio acceso a todos los recursos del sistema que incluyen la versión 2.0 y 1.0 compatibles con PCIe bus (5 GT/s ó 2,5 GT/s) para el futuro extensión y desarrollo. Como muestra la Figura 2, la solución puente Ethernet incorpora 512 kB de SRAM, 6 canales de DMA, un UART dúplex completo y múltiples interfaces de control incluyendo USB HSIC (480 Mbit/s), I2C, quad SPI, TDM / I2S y hasta 36 pines GPIO. La gestión de energía se logra a través de un modo de bajo consumo con el soporte Wake-on-LAN (WoL), mientras que las características de seguridad incluyen SHA2 integrado y soporte eFUSE. El TC9650XBG también ofrece dos canales de soporte CAN-FD para conectarse a la red CAN del automóvil. La principal aplicación del TC9560XBG es proporcionar la interfaz entre el nodo de Ethernet y el SoC elegido. Como tal, el puente es adecuado para diferentes aplicaciones en todo el vehículo, incluyendo la telemática, subsistemas de audio, instrumentación, además de en la unidad principal. En cada caso, el TC9560XBG es responsable de asegurar la correcta implementación y el funcionamiento de los protocolos IEEE AVB dentro del sistema. El puente AVB es parte clave de la línea de productos de la automoción TEE, que también incluye el chip acompañante del automóvil TC358791XBG, que controla la alta resolución multimedia (audio, vídeo) y la conectividad de la cámara, para aplicaciones de info-entretenimiento de próxima generación en el coche conectado. Soportando el último estándar Gigabit Ethernet AVB de automoción para una amplia gama de aplicaciones, tales como cámaras de visón de entorno / delantero / trasero, audio digital y la transferencia de contenido de vídeo de alta resolución a la centralita y sistemas traseros de entretenimiento, el TC358791XBG también puede interactuar y soportar muchos procesadores de vanguardia para aplicaciones automotrices, debido a su conectividad USB 3.0 y MIPI® CSI2 y DSI para audio y vídeo. El TC358791XBG puede dividir una entrada de video en dos imágenes y puede controlar al mismo tiempo dos pantallas digitales LVDS (Low Voltage Differential Signalling) de alta resolución. Los ejemplos incluyen centralitas, el tablero de instrumentos y sistemas de visión de ayuda de aparcamiento. El chip también puede enviar datos de audio y vídeo de alta resolución desde el procesador maestro a varias pantallas u otras unidades de control electrónico en el coche, y tiene un interfaz receptor HDMI® (High Definition Multimedia Interface) de alta definición para conectar los teléfonos inteligentes y otros dispositivos habilitados HDMI, al procesador de la aplicación. TEE está apoyando además el rápido desarrollo de los sistemas de AVB proporcionando dos sistemas de desarrollo, incluyendo una placa de evaluación con conectividad total y una placa de factor de forma PCIe, que puede ser conectada directamente a un PC o utilizar en un modo autónomo.

El futuro – esperada evolución de Ethernet del automóvil

Automotive Ethernet ha llegado a un punto crucial en su desarrollo. A medida que más conjuntos de chips están calificados para el grado de automoción y fabricantes compatibles con la función de diseño con herramientas sofisticadas, diseños de referencia y placas de desarrollo, por lo que el ritmo de aplicación y la adopción se acelerará. Inicialmente, la atención se centrará en los dispositivos de info-entretenimiento y gran ancho de banda, tales como cámaras, pero el desarrollo de Ethernet del automóvil a una velocidad de 1 GB y, en última instancia, 10 GB, de por sí, trae nuevas oportunidades a medida que la industria continúa la tendencia hacia el coche de conducción autónoma completamente conectado.


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