Această abordare rezolvă multe dintre provocările legate de rețea în industria auto; totuși, ea generează alte provocări în unele cazuri clare, precum infotainment (informare și distracție), audio sau aplicații de acustică. În mod particular, transmisia semnalelor audio este marea provocare, necesitând componente hardware și software adiționale costisitoare. Toate măsurile sunt complexe și au impact negativ direct asupra riscurilor, costului și duratei până la lansarea pe piață.
Noua tehnologie INICnet oferă toate caracteristicile audio necesare, precum transferul de mai multe canale dedicate audio și video, în paralel cu o înaltă calitate a serviciului și latență scăzută fără necesitatea de hardware și software suplimentar. Mai presus de toate, aceasta oferă, de asemenea, un canal Ethernet/IP, permițând cazuri de utilizare precum descărcare de software (inclusiv OTA – Over The Air) și diagnoză, plus o legătură fără egal cu restul rețelei vehiculului, ceea ce reprezintă cu siguranță Automotive Ethernet.
Figura 1: Tendința de conținut electronic din vehicule
Dar de ce avem nevoie de un alt standard deschis în peisajul deja aglomerat al standardelor auto?
Acest răspuns poate fi găsit aruncând o privire asupra provocărilor majore cărora trebuie să le facă față, în general, industria auto. Aceasta se străduiește să devină mai inovativă, începând să imite ciclurile de viață ale produselor de consum cu evoluție rapidă, încercând, în același timp, să reducă costurile implicate. Electronica vehiculelor este nucleul acestor provocări. Există o evoluție rapidă a contribuției electronicii dintr-un vehicul uzual, după cum se poate observa în Figura 1. Această creștere va continua datorită celor trei mega-tendințe ale electrificării vehiculelor: asistență șofer mai complexă cu privire la conducerea autonomă, o conectivitate crescută în cadrul vehiculului, precum și conectivitatea cu alte vehicule și cu infrastructura.
Acest lucru a condus la transferul unei cantități foarte mari de date între diferitele componente din cadrul unui vehicul, precum și între vehicul și infrastructură, iar aceste cantități nu fac decât să crească. Apare astfel o nouă povară asupra rețelelor din vehicul, care au fost în mod tradițional rețele bazate pe domeniu, precum CAN, Flexray, LIN și MOST, acoperind sarcini dedicate pentru diferite tipuri de date, în funcție de lățimea de bandă și cerințele de timp real ale comunicațiilor.
Ca atare, devine din ce în ce mai uzual ca arhitecturile bazate pe domeniu să fie înlocuite de o abordare de tip coloană vertebrală (backbone*), în care o rețea Ethernet backbone de mare viteză, cu transmitere de date prin cablu UTP (Unshielded Twisted Pair – Cablu torsadat neecranat), acoperă cerințele rețelei.
Figura 2: Tehnologie INICnet – coexistență Ethernet
Această abordare are avantajul evident că Ethernet este o tehnologie matură, cu care sunt obișnuiți un număr mare de ingineri, iar costurile unui nivel fizic** Ethernet sunt mai mici. UTP poate ajuta la reducerea costurilor de dezvoltare, riscurilor legate de proiect, precum și la reducerea duratei de timp până la lansarea pe piață a unui autoturism nou. Totuși, nu toate datele transferate în rețelele din vehicul sunt disponibile nativ ca pachete de date.
Să luăm de exemplu datele audio dintr-un sistem infotainment sau dintr-o aplicație acustică, precum atenuarea activă a zgomotului (ANC – Active Noise Cancellation) sau comunicațiile între pasageri. Implementarea acestor aplicații cu o rețea Ethernet va implica utilizarea unor standarde speciale precum AVB (Audio Video Bridging) care îndeplinește toate cerințele aplicațiilor audio, precum sincronizare, latență scăzută și siguranță în funcționare, dar este foarte complex de implementat în software și necesită putere de calcul de înaltă performanță doar pentru manevrarea rețelei. Costul de implementare a unui pachet software complex pe un microcontroler de înaltă performanță conduce la pierderea aproape a tuturor avantajelor legate de utilizarea unei rețele standard.
Cum să se evite acest neajuns și să se implementeze o rețea standard audio, acustică și de infotainment, fără costuri ridicate de implementare?
Răspunsul la această întrebare este tehnologia INICnet. Tehnologia în discuție va deveni un standard ISO deschis în 2021 și suportă canale de servicii audio și video de înaltă calitate, care sunt complet gestionate prin circuitele integrate INICnet sau prin software-ul disponibil, astfel încât inginerii nu au nevoie de efort suplimentar de dezvoltare pentru manipularea traficului prin rețea. Tehnologia INICnet oferă cablu UTP sau coaxial ca nivel fizic, este complet compatibilă cu Ethernet, după cum fiecare nod are propria adresă MAC și suportă toate mecanismele legate de Ethernet, moduri de adresare și dimensiuni pachet.
Figura 3: Tehnologie INICnet în model ISO/OSI
Tehnologia INICnet este disponibilă cu două grade diferite de viteză, cu un randament al lățimii de bandă mai mare de 95%: 50Mbiți/s sau 150MB/s. Ambele opțiuni suportă legare în inel sau cu înlănțuire (daisy). Viteza de 50 Mb/s este disponibilă prin UTP, iar 150Mbit/s prin cablu coaxial.
Tehnologia INICnet suportă sursă de alimentare fantomă (phantom power***) și oferă o diagnoză cuprinzătoare fără necesitatea de cabluri suplimentare pentru declanșare (trigger). Figura 2 prezintă un exemplu tipic al modului în care tehnologia INICnet și o rețea Ethernet pot coexista. Avantajul acestei arhitecturi de rețea este acela că aplicațiile audio video se pot baza pe tehnologia INICnet, deoarece manipulează datele audio și video în format nativ; dezvoltatorii se pot concentra pe aplicațiile lor fără a avea grijă de transformări de date complexe sau sarcini de rețea. Un alt avantaj este acela că, prin aer, poate avea loc o actualizare rapidă de firmware în fiecare dispozitiv INICnet, de vreme ce tehnologia INICnet suportă nativ pachete Ethernet și este conectată la restul coloanei vertebrale a vehiculului printr-unul dintre dispozitivele sale, cum ar fi de exemplu o unitate de interfațare de la bord. Nu este nevoie de o aplicație de tip gateway în unitatea de interfațare, deoarece fiecare dispozitiv INICnet poate fi direct adresat prin propria sa adresă MAC unică.
Considerând modelul de referință ISO/OSI **** pentru canalul Ethernet al tehnologiei INICnet, acesta acoperă doar primele două niveluri ale modelului, după cum se poate observa în Figura 3; de aceea el poate fi complet absent din nivelurile superioare, astfel încât software-ul care a fost scris pentru alte tehnologii poate fi reutilizat după o actualizare de driver. În mod curent, sunt disponibile drivere pentru Linux și QNX, ce pot fi utilizate împreună cu circuitele integrate INICnet și permit canalului Ethernet în tehnologie INICnet să fie integrat într-un sistem bazat pe IP deja existent, într-un mod complet transparent, astfel încât inginerii de dezvoltare să nu aibă grijă de tehnologia de rețea de la bază.
Figura 4: Familia INICnet de la Microchip cu opțiuni de interfațare scalabile gestionate de aplicația țintă
Microchip oferă o familie completă de produse specifice aplicației, având ca țintă aplicații de latență joasă precum: ANC, generator sunet motor, atenuare zgomot de drum, e-call (de exemplu: apel de urgență de la bordul vehiculului) sau alte aplicații care necesită latență redusă, după cum se poate observa în Figura 4. Fiecare circuit integrat INIC poate fi configurat ca dispozitiv de rețea de tip master sau slave și își poate schimba modul său, automat dacă, de exemplu, după un accident rețeaua este deteriorată și utilizatorul mașinii dorește să apeleze un serviciu de urgență.
Managementul resurselor de rețea și configurația de rețea din tehnologia INICnet pot fi realizate prin tehnologia (proprietară Microchip) – UNICENS (Unified Centralized Network Stack). Toate celelalte funcții de management al sistemului (de exemplu controlul sistemului), pot fi suportate de stive IP disponibile precum stiva SOME/IP sau de orice alte tehnici RPC (Remote Procedure Call). UNICENS este o aplicație open source, disponibilă gratuit, care permite utilizatorilor să configureze întreaga rețea de la un singur dispozitiv; acest lucru face posibilă implementarea de dispozitive care nu au nevoie de un microcontroler, precum noduri de microfon. În cazul în care există noduri în rețea, care au de-a face numai cu traficul ethernet, de exemplu o antenă inteligentă, acest tip de nod nu trebuie să conțină niciun fel de software de rețea, sau în cel mai bun caz, dacă datele generate sunt native ethernet, este posibilă proiectarea nodului fără utilizarea unui microcontroler.
Piața înțelege avantajele tehnologiei INICnet, după cum s-a evidențiat la prima adoptare de către organizația OEM (pentru industria auto) a acestei tehnologii, care a început pe la mijlocul anului 2018, cu intrare în producție în 2020. OEM-uri și companii Tier1 din diferite regiuni de pe glob au început evaluarea tehnologiei și lucrează împreună cu experții Microchip pentru a construi o nouă poveste de succes.
Pentru mai multe informații despre tehnologia INICnet, vă rugăm să contactați reprezentanța locală Microchip sau să trimiteți un e-mail la INICnet@microchip.com
Resurse:
*) Backbone-urile sunt în general trunchiuri de fibră optică, având mai multe linii de fibră optică combinate pentru a crește capacitatea liniei de transmisie
**) Nivelul fizic (physical layer) are rolul de a transmite semnale electrice de la un dispozitiv la altul printr-un canal de comunicație. Acesta nu are niciun mecanism pentru determinarea semnificației biților pe care îi transmite sau îi primește, ci este preocupat exclusiv de caracteristicile fizice ale tehnicilor de transmitere a semnalelor electrice.
***) Phantom Power, în contextul echipamentelor audio profesionale, este o sursă de alimentare de curent continuu transmisă prin cablurile microfonului pentru a alimenta microfoanele care conțin circuite electronice active. Este des utilizată ca sursă de alimentare pentru microfoanele cu condensator. Tehnica este folosită și în alte aplicații unde alimentarea cu energie și transmiterea semnalului au loc pe același fir.
****) Modelul de Referință OSI (Open Systems Interconnection – interconectarea sistemelor deschise) este o stivă de protocoale de comunicație. Modelul oferă metode generale pentru realizarea comunicației între dispozitive pentru ca acestea să poată schimba informații, indiferent de particularitățile constructive ale sistemelor. Modelul OSI divizează problema complexă a comunicării între două sau mai multe sisteme în 7 straturi numite și niveluri (layers) distincte, într-o arhitectură ierarhică. Fiecare strat (nivel) are funcții bine determinate și comunică doar cu straturile adiacente. Cele 7 niveluri ale Modelului de Referință se numesc: Aplicație (nivelul 7, superior), Prezentare, Sesiune, Transport, Rețea, Legătură de date, Fizic (nivelul 1, inferior). (sursă: https://ro.wikipedia.org/wiki/Modelul_OSI)
Autor: Carmelo De Mola,
Manager Vânzări & Marketing, Microchip Technology Inc; K2L GmbH & C0. KG.
Microchip Technology | https://www.microchip.com
