Egyszerűbb audiokommunikáció a járművekben: az INICnet-technológia
Félreismerhetetlen trend az autóiparban, hogy a járművek értékében egyre nagyobb hányadot képvisel az elektronika. A gyorsuló növekedés fő hajtóerői közt a szórakoztató és beszédkommunikációs rendszerek szolgáltatásai iránti igény is megtalálható. Természetes a tervezők és gyártók elvárása, hogy az audioinformációkat az autóiparban is egyre szélesebb teret hódító Ethernet-technológiával kompatibilis módon, takarékos erőforrás-felhasználással juttathassák a rendeltetési helyükre.
Az elmúlt években az autóipar egyre erősebben szerez érvényt a járművekben használt hálózati technológiák elterjedésének.
Az elképzelés egy úgynevezett „egységes technológiai hálózat” kiválasztása, amelynek ígéretes jelöltje a más területeken már bevált Ethernet-technológia, amely már bizonyította, hogy az autóipari követelményeket is képes kielégíteni.
Ez a megközelítés megfelel számos autóipari hálózati kihívásnak, ugyanakkor más követelményeket is generál, egyebek közt a „fedélzeti szórakoztatóelektronikai” (infotainment), audio, vagy akusztikus felhasználási területeken. Különösen az audiojelek továbbítása ütközik nehézségekbe, mivel ehhez rendszerint további drága hardver- és szoftverösszetevőkre is szükség van. Mindezek a módszerek összetettek és költségesek, és hátrányosan befolyásolják a tervezés kockázatát, költségeit és a piacra kerülés idejét.
A új INICnet-technológia azzal járul hozzá a megoldáshoz, hogy az összes szükséges audio-jeltovábbítási igényt, köztük több audio- és videocsatorna egyidejű átvitelét magas szolgáltatási minőségben és alacsony latenciaidővel, további hardver vagy szoftver felhasználása nélkül képes kielégíteni. Mindezen felül ez egy Ethernet/IP csatorna is, amely olyan más használati eseteket is kiszolgálhat, mint a szoftverletöltés – beleértve a vezetékmentes szoftverfrissítést (Over The Air – OTA) – és diagnosztika, valamint egy zökkenőmentes kapcsolat a jármű hálózatának többi része felé a megbízható Automotive Ethernet segítségével.
De miért van szükség egy másik nyílt szabványra az autóipari szabványok szinte már zsúfolt választéka mellé?
A választ az adhatja meg, ha egy pillantást vetünk a teljes autóipar előtt álló főbb kihívásokra: küzd, hogy innovatívabbá váljon, hogy követhesse a gyorsan változó fogyasztási cikkek életciklusát, miközben költséget próbál megtakarítani. A középpontban a járműelektronika áll. Egy tipikus jármű elektronikájának mennyisége – amint azt az 1. ábra mutatja – az elmúlt évtizedekben gyorsan emelkedett. Ez a növekedés három megatendencia, a jármű hajtásának villamosítása, az autonóm vezetés felé mutató, egyre kifinomultabb vezetéstámogatás, valamint a járművön belül, más járművekkel és az infrastruktúrával folytatott fokozott kommunikáció köré csoportosul. Ez ahhoz vezetett, hogy hatalmas mennyiségű adatcsere vált szükségessé a jármű különféle részegységei, valamint a jármű és a közlekedési infrastruktúra között, és ez a mennyiség egyre tovább növekszik, új terhet róva a járműbe épülő hálózatokra. Ezek hagyományosan olyan tartományalapú hálózatok, mint a CAN, a Flexray, a LIN és a MOST, amelyek különféle adat- és feladattípusokhoz vannak rendelve, a kommunikáció sávszélességétől és a valósidejű igényektől függően.
1. ábra Az elektronika részarányának növekedése a jármű értékében
Azonban egyre gyakoribb a domain-alapú architektúrák helyettesítése gerinchálózati megközelítéssel, amelyben egy árnyékolatlan, sodrott vezetékpár (UTP) -alapú nagy sebességű Ethernet-gerinchálózat szolgálja ki a hálózati követelményeket. Ennek nyilvánvaló előnye, hogy az Ethernet olyan érett technológia, amely közismert a mérnökök számára, kényelmes, és olcsó fizikai réteggel elérhető. Az UTP mint hálózati médium használata segíthet csökkenteni a fejlesztési költségeket, a projekt kockázatát és az új autók piacra kerüléséhez szükséges időt. A járművön belüli hálózatokban továbbítandó adatok azonban nem mindig állnak rendelkezésre eleve csomagkapcsolt továbbításra alkalmas adatként.
Vizsgáljuk meg például a fedélzeti szórakoztató rendszerben, vagy más akusztikus alkalmazásokban, például aktív zajszűrésben (Active Noise Cancellation – ANC), esetleg az utasok egymás között továbbítandó audioforgalmában keletkező adatok kommunikációját.
2. ábra Az INICnet-technológia és az Ethernet együttélése
Az ilyen típusú alkalmazások Ethernet-hálózatos megvalósítása olyan speciális szabványok használatát igényli (mint például az Audio Video Bridging [AVB] is), amelyek kielégítik az audioalkalmazások minden követelményét, például a szinkronizálást, az alacsony jelkésleltetést és a megbízhatóságot, de a szoftveres megvalósításuk nagyon bonyolult, és a hálózati kommunikáció már önmagában is nagy számítási teljesítményt igényel. A nagy teljesítményű mikrovezérlőn futó komplex szoftvercsomag megvalósítási költségei felemészthetik a hálózati szabvány által kínált összes előnyt.
Hogyan kerüljük el mindezt, és hogyan telepítsünk egy hálózati szabványt az audio, az akusztika és az infotainment számára, a magas megvalósítási költségek elkerülésére?
A kérdésre a választ az INICnet-technológia adja, amelyet 2021-ben nyílt ISO-szabvánnyá nyilvánítanak. Az INICnet támogatja a magas szolgáltatási színvonalú audio- és videocsatornákat, amelyeket teljes egészében az INICnet integrált céláramkörökkel, vagy a rendelkezésre álló egyszerű, „sovány” szoftvermegoldásokkal lehet kezelni. Ennek köszönhetően a mérnökök megtakaríthatják a hálózati forgalom kezelésének megvalósítására irányuló további fejlesztési erőfeszítéseket.
Az INICnet-technológia fizikai rétegként vagy UTP-, vagy koaxiális kábelt használ, és teljes mértékben kompatibilis az Ethernettel, mivel minden csomópontnak saját MAC-címe van, és támogatja az Ethernet összes mechanizmusát, a címzési módokat és a csomagméreteket.
Az INICnet-technológia kétféle sebességfokozatban áll rendelkezésre, 95%-ban kihasználható sávszélességgel: létezik egy 50 Mbit/s és egy 150 Mbit/s sávszélességű változat. Mindkettő támogatja a gyűrű- és a felfűzött (daisy chain) hálózati topológiát. Az 50 Mbit/s-os változat UTP-t, a 150 Mbit/s-os koaxiális kábelt használ fizikai rétegként. Az INICnet-technológia támogatja a fantomtápfeszültséget (az adatkábelen történő távtáplálást – A szerk. megj.), és átfogó diagnosztikát tesz lehetővé minden további triggerkábel használata nélkül. A 2. ábra az INICnet-technológia és az Ethernet-hálózat együttélésére mutat tipikus példát. Ennek a hálózati architektúrának az az előnye, hogy az audio-video alkalmazások az INICnet-technológián alapulhatnak, mivel az az audio- vagy videoadatokat eredeti, natív formátumukban kezeli, a fejlesztők pedig az alkalmazásokra koncentrálhatnak anélkül, hogy bonyolult adatkonvertálással vagy hálózati kommunikációs feladatokkal kellene foglalkozniuk. Másik előny, hogy az INICnet-eszközök gyors firmware-frissítését vezetékmentes kommunikáción keresztül (Over-The-Air – OTA) is meg lehet valósítani, mivel az INICnet-technológia támogatja a natív Ethernet-csomagokat is, és az eszköz többi eszközéhez – például a fejegységhez – a jármű gerinchálózatán keresztül kapcsolódik. Nincs szükség átjáró (gateway) alkalmazására a fejegységben, mivel minden INICnet-eszköz közvetlenül, a saját egyedi MAC-címével címezhető.
3. ábra Az INICnet-technológia helye az ISO/OSI rétegmodellben
Ha az INICnet-technológia Ethernet-csatornájának rétegszerkezetét az ISO/OSI hálózati modellel vetjük össze, láthatjuk, hogy az előbbi csak a modell alsó két rétegét fedi le (amint az a 3. ábrán látható); ezért teljesen elvonatkoztatható a magasabb rétegektől. Ezáltal az egyéb technológiák számára írt szoftverek az illesztőprogram frissítése után továbbra is használhatók maradnak. Jelenleg vannak olyan Linux- és QNX-illesztőprogramok, amelyek az INICnet integrált áramkörökkel együtt használhatók, és lehetővé teszik az INICnet-technológia Ethernet-csatornájának teljesen „átlátszó” integrálását a már létező IP-alapú rendszerekbe. Ebből adódóan tehát a fejlesztőmérnököknek nem kell törődniük a mögöttes hálózati technológiával.
A Microchip az alkalmazásspecifikus termékek teljes családját ajánlja az olyan rövid késleltetési idejű alkalmazások számára, mint az aktív zajelnyomás (Active Noise Cancellation – ANC), a motorhang-generálás, az útzaj elnyomása, automatikus vészhívás (e-call) és minden más, kis késleltetést igénylő alkalmazás, amint azt a 4. ábra is mutatja. Minden INIC integrált áramkör konfigurálható akár hálózati vezérlő (master) vagy alárendelt (slave) működésre, és képes automatikus üzemmódváltásra is, ha – mondjuk baleset következtében – a hálózat megsérül, és az autó használója e-call hívást kezdeményez.
Az INICnet-technológia hálózati erőforrás-kezelése és hálózati konfigurálása a Microchip egységes központi hálózati programverme, az UNICENS segítségével hajtható végre. Az összes többi rendszerkezelési funkció, például az eszközvezérlés végrehajtására IP-vermek érhetők el, mint például a SOME/IP programverem, vagy más távoli eljáráshívás (Remote Procedure Call – RPC) -technika. Az UNICENS egy nyílt forráskódú, ingyenesen elérhető alkalmazás, amely lehetővé teszi, hogy a felhasználó a teljes hálózat konfigurálását egyetlen eszközről végezhesse. Ezzel lehetséges olyan eszközök megvalósítása is, amelyeknek nincs szükségük mikrovezérlőre, mint például a mikrofoncsomópontok. Abban az esetben, ha a hálózatban vannak olyan csomópontok, amelyek csak az Ethernet-forgalommal foglalkoznak, mint például egy intelligens antenna esetében, az ilyen típusú csomópontoknak nem kell semmilyen hálózati szoftvert tartalmazniuk, vagy – még jobb esetben, ha a generált adat natív Ethernet-formátumú – a csomópont megtervezhető anélkül, hogy egyáltalán lenne benne mikrovezérlő.
4. ábra A Microchip INICnet-termékcsaládja alkalmazásorientált, skálázható interfészlehetőségekkel rendelkezik. (ES:=mérnöki mintapéldány, PPAP=Termékjóváhagyási folyamaton átment termék)
A piac megértéssel fogadja az INICnet-technológia előnyeit, amit az is bizonyít, hogy a technológia első autóipari OEM-alkalmazásba vétele már 2018 közepén megkezdődött és 2020-ban kerül gyártásra. Az OEM-ek és az elsődleges beszállítók (Tier1-ek) a világ különböző régióiban már megkezdték a technológia értékelését, és együtt dolgoznak a Microchip szakértőivel egy újabb sikertörténet előkészítésén.
Az érdeklődőknek javasoljuk, hogy az INICnet-technológiával kapcsolatos további információkat kérjék a helyi Microchip képviselőtől, vagy küldjenek e-mailt az Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát. címre.
Szerző: Carmelo De Mola, értékesítés és marketing – Microchip Technology Inc; K2L GmbH & C0. KG
www.microchip.com
még több Microchip
