Introducción
El entretenimiento en el automóvil es casi tan antiguo como el automóvil fabricado en masa. En la década de 1920, Chrysler ofreció una radio Westinghouse como opción por 200$, casi la mitad del precio del vehículo. Teniendo en cuenta que muchos hogares ni siquiera poseían una radio, y mucho menos un vehículo, la instalación de una radio en uno habría sido todo un símbolo de status. Los propietarios de vehículos de hoy en día esperan mucho más de sus sistemas de entretenimiento en el automóvil y gran parte de esto es un estándar hoy en día. Las interfaces USB permiten a los pasajeros llevar horas, si no días, de música al vehículo, mientras que Bluetooth y el teléfono inteligente, junto con aplicaciones de transmisión, ofrecen estimulación auditiva ilimitada. Con la introducción de Ethernet para automoción, son posibles nuevos enfoques y topologías para sistemas de audio. Esto proporciona un bus de gran ancho de banda con ancho de banda garantizado y latencia para datos de audio y video a través de cableado simple y ligero. Con los vehículos moviéndose hacia trenes de propulsión híbridos y totalmente eléctricos, los desarrolladores pueden beneficiarse del ahorro de peso y energía al implementar nuevas topologías de info-entretenimiento que satisfacen las demandas de la generación de teléfonos inteligentes y vehículos compartidos.
Cambiar el enfoque del infoentretenimiento
Los sistemas de información y entretenimiento de hoy en día son extremadamente complejos e integran no solo la reproducción de audio, sino también la navegación, la telefonía, el acceso a Internet a través de LTE, la reproducción de video y las funciones de asistencia al conductor, como las cámaras de estacionamiento y de visión envolvente. Construido alrededor de un potente sistema en chip (SoC), la solución completa integra la mayoría de la solución embebida dentro de una unidad central. Sin embargo, esto no siempre es óptimo (figura 1). Las soluciones inalámbricas, como el GPS o la conectividad celular, se implementan mejor con su antena como módulos integrados en el exterior del vehículo. La conectividad USB puede estar mejor ubicada en el centro del vehículo, o incluso en varios lugares, para permitir que los pasajeros carguen sus dispositivos y compartan su música. Ethernet para automoción permite tales enfoques distribuidos para estos desafíos, con nodos dedicados que manejan funcionalidades específicas.
Presentación de Ethernet para automoción En el contexto del vehículo, el Ethernet clásico utilizado en nuestros hogares y oficinas plantea algunos desafíos serios. El primero está relacionado con el cableado, que generalmente es rígido y voluminoso debido a los múltiples pares trenzados y al blindaje implementado en CAT5e y cables similares. Esto se ha resuelto modificando la señalización de la capa física para que pueda usar un solo par trenzado full-duplex que pueda funcionar sin blindaje. Muchas aplicaciones de automoción, especialmente la transferencia de audio y video, requieren que se reserve el ancho de banda para garantizar una reproducción ininterrumpida. Esto también se ha abordado en las especificaciones de Audio Video Bridge (AVB) y el soporte de hardware relacionado para AVB. Esto garantiza que los puentes adecuados puedan reservar ancho de banda en la ruta entre dos nodos en la red. Un último desafío es el tema de la sincronización de audio y video en muchos nodos.
Esto se logra mediante el uso de un mecanismo de presentación que garantiza que las muestras se presenten en el mismo momento en diferentes nodos de la red. Esta característica también se puede utilizar para sincronizar el muestreo de audio de los micrófonos como parte de una implementación de automóvil manos libres o cancelación de ruido. La eficiencia energética a través de la red se admite a través de una implementación de Ethernet de eficiencia energética (EEE) que permite que los nodos ingresen a un nodo de baja potencia pero que aún se despierten a través de la red.
Simplificando la implementación de Ethernet para automoción con una solución de chip único
Muchos de los SoC utilizados en el espacio del vehículo tienen una amplia gama de interfaces de conectividad, pero a menudo no tienen integrado un periférico de automoción compatible con AVB / TSN-Ethernet. Cuando se busca una solución adecuada, obviamente tendría sentido si la solución elegida pudiera usarse tanto en la unidad principal como en los diversos nodos finales con los que se comunica. Esto requiere que los ingenieros de desarrollo solo necesiten aprender la funcionalidad de un solo dispositivo mientras lo implementan en una variedad de aplicaciones. El TC9562 de Toshiba es una solución de este tipo (figura 2).
Proporciona funcionalidad Ethernet para automoción en unidades principales a través de su interfaz PCI express (PCIe), que actúa como un periférico. Sin embargo, gracias a la CPU integrada ARM® Cortex®-M3, está igualmente en casa como una solución independiente en un nodo final, como una unidad de audio. El MAC Ethernet admite las características de las especificaciones AVB destacadas anteriormente, junto con la capacidad de Redes Sensibles al Tiempo (TSN). Además de la función base PCIe-a-Ethernet-AVB / TSN, los CODEC de audio son compatibles con un motor y una interfaz TDM / I2S a Ethernet-AVB, mientras que otras interfaces seriales, como I2C, SPI y UART completan las interfaces ofrecidas. Para aplicaciones de unidades principales, el TC9562 puede ser mucho más que un simple dispositivo de interfaz. La CPU integrada se puede programar para realizar lo que se podría denominar funciones de aceleración, lo que permite reducir la carga en la CPU del host. Los datos de audio del host se pueden transferir a través de la interfaz TDM / I2S al TC9562, con lo cual se insertan en los paquetes Ethernet salientes, y se programan automáticamente en las tramas AVB. Los datos de audio entrantes se recuperan automáticamente de la interfaz Ethernet y se devuelven a la CPU del host a través de TDM / I2S. Alternativamente, la CPU host puede manejar transmisiones de audio usando su propia pila de software AVB, intercambiando los datos con el TC9562 a través de la interfaz PCIe. La CPU integrada también se puede utilizar para clasificar los paquetes de datos entrantes de acuerdo con su dirección IP, colocándolos directamente en ubicaciones de memoria predefinidas de la DRAM de la CPU host a través de la interfaz PCIe (figura 3).
Nodos independientes para aplicaciones de audio
El TC9562 se encuentra igualmente en casa en aplicaciones de nodo final, como dispositivos de audio. Aquí pueden interactuar con amplificadores de audio y altavoces para la salida, al mismo tiempo que adquieren audio a través de micrófonos, proporcionando una solución compacta Ethernet AVB (figura 4). Se admite una variedad de métodos de transmisión de audio, incluido el formato de audio AVTP (AAF) y el IEEE 61883-6 con el formato de transmisión AM824. El PLL (Phase-Locked Loop) proporciona tres métodos de sincronización diferentes para recuperar el reloj de los medios de audio de las secuencias de audio. Se pueden manejar hasta 32 canales de audio a 16, 24 o 32 bits a través de la interfaz TDM / I2S. Para apoyar a los desarrolladores con sus propios diseños de aplicaciones, también hay disponible una aplicación de muestra AVB Audio Node. Esto es compatible con las herramientas de desarrollo estándar de la industria y los depuradores JTAG, basados en un sistema operativo en tiempo real (RTOS) compacto y eficiente y una pila de red embebida. Los controladores periféricos de metal desnudo también están disponibles como bibliotecas compatibles con CMSIS.
Resumen
Automotive Ethernet o Ethernet para automoción ofrece una gran oportunidad para volver a visitar la arquitectura eléctrica del vehículo. Ha sido diseñado teniendo en cuenta las duras demandas de la industria de la automoción, a la vez que se adapta a la necesidad de reservar ancho de banda y proporcionar baja latencia para los paquetes de datos críticos. Gracias a su procesador interno programable y sus funciones de Audio / Ethernet-AVB, el TC9562 proporciona a los desarrolladores la solución de silicio que necesitan para utilizar esta nueva capacidad de red de manera óptima, independientemente de si se encuentra en una unidad de control electrónico altamente compleja o en una aplicación más simple como un nodo de audio.
