Mélyreható elemzés – gyorsabb hibaelhárítás

Oszcilloszkóp járműfedélzeti Ethernet-hálózatok hibakereséséhez

A járműfedélzeti Ethernet-illesztővel rendelkező elektronikus vezérlőegységek (ECU-k) fejlesztése során teszteléssel ellenőrizni kell a vezérlők megfelelő működését. Jelátvitelben hibák esetén, a legtöbb esetben nem elegendő csupán az Ethernet-protokoll alapú elemzés. A Rohde & Schwarz oszcilloszkópjaihoz kifejlesztett szinkronizáló-dekódoló csomaggal hatékonyan kezelhetők az ilyen jellegű problémák. 

A járműfedélzeti Ethernet-szabvány, a járműveken belüli alkalmazások – például vezetéstámogató vagy információs-szórakoztató rendszerek – háttereként szolgáló gyors buszrendszer egyre szélesebb körben terjed. Az autóiparban ezért kidolgozták a BroadR-Reach^® technológián alapuló 100BASE-T1 elnevezésű Ethernet-felületet, amelyet az IEEE 802.3bw munkacsoport szabványosított. A 100BASE-T1 teljes duplex Ethernet-kommunikációval működik, átviteli közege pedig árnyékolatlan, csavart érpáras Ethernet-kábel. Jelalakja PAM-3 kódolású hullámforma, szimmetrikus jelszintje –1 V és +1 V közötti. 100 Mbit/s-os adatsebességével lényegesen gyorsabb, mint a hagyományos – például CAN – buszok.
A megbízható átvitel, továbbá az árnyékolatlan kábel rádiófrekvenciás lesugárzásának mérséklése érdekében az adó módosítja a kibocsátandó 100BASE-T1 jelek spektrumát. A forrásnak ezért szabvány szerint kiegyenlítőt kell tartalmaznia. Kapcsolatfelépítés során a 100BASE-T1 kommunikációt biztosító integrált áramkör megméri a kábel frekvenciamenetét, majd a kiegyenlítőjével az adatok továbbítását megelőzően előtorzítja a jeleket, a jó megbízhatóságú átvitel és ezzel egyidejűleg a kábel nagyfrekvenciás szivárgásának minimalizálása érdekében. A kiegyenlítő nélküli Ethernet 100BASE-Tx normához képest ez a rendszer jelentősen torzult jelekkel működik, éppen az előtorzítás miatt, így a fejlesztések során a jelminősége már nem dönthető el kizárólag a buszokon mérhető jelszintek elemzése alapján. (1. ábra) 

1a. ábra  Szimmetrikus 100BASE-Tx jel. Jól kivehető a három jelszint és a meredek átmenetek (Forrás: Rohde & Schwarz)

1b. ábra  Összehasonlításképpen egy járműfedélzeti 100BASE-T1 szabványú jel. A PAM-3 kódolás három szintje nem látható mindig egyértelműen, a kiegyenlítő előtorzítása miatt (Forrás: Rohde & Schwarz)

Járműfedélzeti Ethernet-illesztők tesztelése

Az IEEE testület meghatározta a 100BASE-T1 illesztők jellemzőit. A fejlesztések során, szabványosított megfelelőségi vizsgálatokkal, laboratóriumi körülmények között, oszcilloszkóp és hálózatanalizátor felhasználásával vizsgálhatók e felületek elektromos tulajdonságai. Általában egy Ethernet-protokoll elemző eszköz, például Vector CANoe vagy Wireshark segítségével szokták ellenőrizni, hogy egy elektronikus vezérlőegység (ECU) megfelelően kezeli-e a kommunikációt. Az ilyen jellegű készülékek a teljes Ethernet-adatforgalmat rögzítik, átfogó elemzési lehetőségeket nyújtva. Az átviteli hibák azonban csak telegramsérülésként jelennek meg rajtuk, így a problémák okainak mélységi elemzésére alkalmatlanok. Komolyabb vizsgálatokhoz szinkronizáló-dekódoló képességekkel felvértezett oszcilloszkóp szükséges.
A Rohde & Schwarz által 100BASE-T1 buszokhoz újonnan kifejlesztett szinkronizáló-dekódoló csomag segítségével először nyílik lehetőség az elektromos jelek és a kiküldött üzenetek közötti közvetlen összefüggések elemzésére az elektronikus vezérlőegységek fejlesztése során. Például, ennek segítségével a járműfedélzeti Ethernet-alapú eszközöket összekötő buszon fellépő hibajelenségek ugyanolyan egyszerűen vizsgálhatók, mint a hagyományos CAN esetében (amelyhez szintén rendelkezik hatékony szinkronizáló-dekódoló csomaggal a Rohde & Schwarz).

2. ábra  Az R&S^®RT-ZF5 jelű Ethernet-mérőpanel segítségével a kommunikációs vonalak fizikai szétszerelése nélkül vizsgálható mindkét irányú adatfolyam egy teljes duplex 100BASE-T1 rendszerben (Forrás: Rohde & Schwarz)

A járműfedélzeti Ethernet-busz alapú szinkronizáló-dekódoló csomag különleges képességei

A 100BASE-T1 átvitelben mindkét irányú adatfolyam egyidejűleg áramlik a csavart érpáron. Ha egy oszcilloszkóppal vizsgáljuk a busz jelszintjét, a két végpont adatfolyamának eredőjét mérjük, ezért az irányok elkülönítése nélkül nem végezhető szakszerű elemzés. A Rohde & Schwarz által kifejlesztett, R&S^®RT-ZF5 jelű Ethernet-mérőpanel e célból megfelelő iránycsatolókat tartalmaz. A kommunikációs jelútba beiktatva különválasztja az adatáramokat, lehetővé téve a 100BASE-T1 átvitel oszcilloszkóppal történő vizsgálatát, a vonalak fizikai szétszerelése nélkül. (2. és 3. ábra)

3. ábra  100BASE-T1 busz mindkét irányú adatfolyamának dekódolása teljes duplex kommunikáció esetén. A közeghozzáférési (MAC) keret színes, míg a folyamatosan küldött, „üres” keretek szürkén jelennek meg (Forrás: Rohde & Schwarz)

Az irányok szétválasztása ellenére jelentősen torzultak a rögzített jelek, a 100 BASE-T1 szabványú adó kiegyenlítője miatt.
A további feldolgozást megelőzően ezért – összetett algoritmusok segítségével – kompenzálni kell ezeket, a dekódolás ezután következhet csak. Az oszcilloszkóp a dekódolás során megszűnteti a telegramok véletlenszerűsítését, majd megjeleníti az összes adatcsomagot és „üres” keretet. A dekódolt telegramok színskálás ábrázolással kirajzolt buszjelként és táblázatos formában egyaránt láthatók, lehetővé téve a fizikai 100BASE-T1 jelek és az átviteli protokoll közötti összefüggések közvetlen vizsgálatát, elősegítve a mélységi analízist is. (4. ábra)
A műszer sokrétű szinkronizálási (triggerelési) lehetőségeinek köszönhetően, például, egyedi forrás- vagy célcímmel rendelkező telegramok elkülönítetten is megjeleníthetők.

4. ábra  A 100BASE-T1 szabványú busz jeleinek dekódolása. Jól kivehető a szimmetrikus 100BASE-T1 jel két szintje a dekódolt telegramtartalommal együtt (Forrás: Rohde & Schwarz)

Telegramhibák elemzése

A 100BASE-T1 szabványú busz forgalmának dekódolása révén felfedhető az adatkommunikációs jelek és egyéb jelek közötti időbeli kapcsolat. Például, hibakeresés esetén egy elektronikus vezérlőegység éledési ideje megállapítható oly módon, hogy az oszcilloszkóp indítását (triggerét) a 12 V-os tápfeszültségre állítjuk, és megmérjük az első érvényes telegram megérkezéséig eltelt időt. A busz kommunikációjának stabilitása hasonlóképpen egyszerűen ellenőrizhető: indítási (trigger) feltételnek a tápfeszültség rövid idejű leesését kell beállítani, majd elemezni kell, hogy ennek hatására megszakad-e az átvitel. Ha a kommunikáció túl gyakran omlik össze, akkor a stabilitással komoly problémák vannak. (5. ábra)

5. ábra  A szinkronizáló-dekódoló csomaggal rendelkező oszcilloszkópok segítségével mind a hét OSI-rétegre (Open Systems Interconnection) kiterjedően végezhetők mérések, sokrétű tesztelésre és elemzésre adva lehetőséget (Forrás: Rohde & Schwarz)

Különféle zavarforrások becsatolódó jelei következtében fellépő, véletlenszerűen jelentkező buszhibák nehezen fedhetők fel járulékos elemzési képességek nélkül. A 100BASE-T1 szabványú kommunikáció dekódolásával az összes protokollrétegre kiterjedően, a különféle jelek között időben korreláltan analizálható az átvitel, így a becsatolódó zavarjelek is kimutathatók.
Például, a 6. ábrán látható mérés esetén a jelek rögzítésének kezdetén helyesen érkeznek meg a közeghozzáférési- (MAC-) és „üres” keretek. Az adatfolyam azonban hirtelen összeomlik a rögzítés közepén. A képernyő alsó részén a (szürke mezővel kiemelt) zavarjel spektruma látható, amelyen jól kivehető egy 2 MHz-es csúcs. A busz összeomlását nyilvánvalóan ez okozta. A dekódolás és az oszcilloszkóp egyéb elemző eszközei (például frekvenciatartománybeli analízis) lényegesen megkönnyítik az ilyen jellegű hibakereséseket. Az egyéb módszerekkel igen nehezen felfedhető zavarok, például, egy szempillantás alatt kimutathatók e műszerrel. (6. ábra)

6. ábra  A busz kommunikációjában véletlenszerűen bekövetkező összeomlás vizsgálata protokollanalízis és frekvenciatartománybeli elemzés együttes alkalmazásával (Forrás: Rohde & Schwarz)

Összefoglalás

A járműfedélzeti Ethernet-illesztővel rendelkező elektronikus vezérlőegységek (ECU-k) fejlesztését a Rohde & Schwarz immár teljes körű, 100BASE-T1 szabványú szinkronizáló-dekódoló csomaggal is támogatja, amelyhez kiegészítő mérőpanel is tartozik. Ez utóbbi segítségével a vonalak fizikai szétszerelése nélkül férhetünk hozzá a jelekhez. A hibakereséseket a kiküldött telegramokhoz kapcsolódó, sokrétű szinkronizálási (triggerelési) és megjelenítési funkciók támogatják. A képernyőn látható dekódolási információk szoros időbeli kapcsolatban állnak a fizikai jellel, aminek következtében a hibakeresés során a protokoll is elemezhető és gyorsan felfedhető a buszon fellépő bármilyen hiba oka.
Az itt ismertetett, 100BASE-T1 szabványú szinkronizáló-dekódoló csomag mellett a Rohde & Schwarz teljes körű mérési elrendezéseket is kínál 100BASE-T1, illetve 1000BASE-T1 norma szerinti, oszcilloszkópokra és hálózatanalizátorokra épülő járműfedélzeti Ethernet-megfelelőségi vizsgálatokhoz, illetve összeköttetés-mérésekhez.

Szerző: Ernst Flemming – oszcilloszkópokért felelős termékmenedzser, Rohde & Schwarz, München

Rohde & Schwarz Budapesti Iroda
1138 Budapest, Madarász Viktor u. 47-49.
Tel.: +36 1 412 4460
E-mail: Ez az e-mail-cím a szpemrobotok elleni védelem alatt áll. Megtekintéséhez engedélyeznie kell a JavaScript használatát.
www.rohde-schwarz.hu

Még több Rohde & Schwarz