SEIS Statusseminar 20. September 2011, München

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1 SEIS Statusseminar 20. September 2011, München Ethernet AVB als Backbonenetzwerk auf Basis eines QoS Gateways - Application and Realization of Gateways between conventional Automotive and IP Ethernet based Network Vorläufige Ergebnisse des Arbeitspaketes 2.5/2.7 Helge Zinner Seite 1

2 Stand der Technik und Ausblick IAA 2011 Motto: future comes as standards Eine Vielzahl von unterschiedlichen Netzwerktechnologien zur Verbindung von ~ 70 ECUs (LIN, CAN, MOST, FlexRay) Steigender Bedarf an Bandbreite Synchronisation verteilter Anwendungen Ethernet erhält zunehmend Einzug ins Bordnetzwerk MOST/FlexRay Netzwerke werden noch weiterhin bestehen Echtzeitverhalten muss garantiert werden Gateways sind notwendig um zwischen automotive Netzwerken zu vermitteln und QoS zu übertragen Seite 2

3 Dienstgüte der Automotive Netzwerke Seite 3

4 Herausforderung Automotive Backbone Eine physikalische Datenleitung zur parallelen Übertragung von Streaming- und Kontrolldaten Garantierte und zugesicherte Übertragung (Dienstgüte) Ausfallsicherheit und schnelle Wiederherstellung des Netzwerkes im Fehlerfall Einbettung und Übertragung von Automotive Netzwerken Heute Morgen Seite 4

5 Dienstgüte der Automotive Netzwerke Netzwerk Daten Zugriff Anwendung CAN Kontrolldaten CSMA/ CA FlexRay MOST Kontrolldaten Kontrolldaten, Multimedia Geschwindigkeit Dienstgüte Alle Fahrzeugbereiche bis zu 1 MBit/s Keine Garantie, nur Prioritäten TDMA Motorsteuerung, Fahrwerk& Safety bis zu 10 MBit/s Garantierte Verzöerung, Synchrones Netzwerk TDMA Infotainment bis zu Synchrones Netzwerk, 150 MBit/s Reservierte Bandbreite Focus: MOST und FlexRay Seite 5

6 Heutige Gateways bieten keine QoS zwischen den QoS-Netzwerken QoS domains Ressourcen Reservierung Zeitsynchronisierung TDMA MOST Ethernet MOST Ethernet Switch MOST Ethernet AVB Ressourcen Reservierung Zeitsynchronisierung Traffic Shaping Ethernet Switch Ethernet Gateway CAN CSMA/CA? Prioritäten? Keine QoS CAN CAN FlexRay Stern CAN FlexRay TDMA Reservierte Slots FlexRay Seite 6

7 Ethernet Audio/Video Bridging (AVB) IAA 2011 Motto: future comes as standards IEEE 802.1AS Zeitsynchronisation IEEE 802.1Qav Weiterleitungsmechanismen IEEE 802.1Qat Stream Reservierungsprotokoll Switch Switch DVD ABS HU ACC Qav AS Master Clock Slave Clock Qat Resource Reservation Seite 7

8 QoS Backbonekonzept Gemeinsame Zeit als Basis für Dienstgüte 1. Zeitübermittlung Genauigkeit hängt vom ab Nicht zur Synchronisation zweier Netzwerke geeignet Daten Zeitstempel von Netzwerk A B A Gateway A A B B 2. Zeitsynchronisation Sehr hohe Genauigkeit Gateways als Synchronisationsknoten zwischen den Netzwerken Sync-Nachricht B A A Gateway A B B Interne Aufsynchronisation eines Zeitgebenden s Seite 8

9 MO S T Do ma i n MOST/AVB Streaming Fs_m= 48khz Clocksource MOST Et he r ne t AV D Bo ma n Fs_ε = 8khz Missing sample AVB Channel Fs_α = 48khz Audiosink Clocksink Audiosource Clocksource Fs_β = 48khz Asynchronous Clocksource Fs_γ = 47,9khz Seite 9

10 MOST/AVB QoS Gateway Aufbau QoS Gateway based on Multimedia Platform (MMP) Amplifier AuxIn Head Unit AVB endpoint Master Functionality: Network Master, Connection Master Audio Source, Sink, Multimedia Node (MMP based) Audio Source, Sink Evaluation Setup Seite 10

11 MOST/AVB QoS Gateway Ergebnisse MOST Referenztakt 44,1 khz Transport des MOST Taktes in die AVB Wolke Zeitsynchronisation AVB 10ms Sync-Intervall Seite 11

12 FlexRay/AVB - Übertragung von Kontrolldaten Integration von 802.1AS in ein Automotive Gateway Verifikation der Tauglichkeit (Speicher, Prozessorlast) Synchronisation FlexRay Takt zur Ethernet AVB Zeit Einbettung von Kontrolldaten in IEEE1722 Frames Automotive Switch/Gatway - AUTOSAR OS - LIN, CAN, FlexRa-Stern, Ethernet AS (AVB) + IEEE1722 Seite 12

13 FlexRay/AVB QoS Gateway Konzept und erste Ergebnisse Referenztakt des Ethernet Netzwerkes Aufsynchronisation des FlexRay Clusters zur AVB Zeit Ohne Synchronisation: Uhrendrift von 1.75µs / 10ms Mit Synchronisation: kein Drift Jitter +/- 1µs Seite 13

14 1 Cycle (e.g. 5ms) Slot FlexRay cluster B QoS gateway B Fs = 8kHz AVB/FlexRay data flow Async. Channel Ad mi ni st rat ion Sync. Stream Channel Co n t rolda t a Payload Ad mi ni st rat ion CR C 3 2 Et he r ne t He ade r He ade r Static part Sy mb o l Wi nd o w NI T Dy n a mi c pa r t Systemaufbaukonzept Fs = 48kHz QoS gateway A MOST25 Ethernet AVB switches Ethernet AVB Audio Source/Sink AVB cloud AVB/MOST Streaming MOST Audio Source/Sink FlexRay cluster A Seite 14

15 Media Independent QoS Manger SEIS AP2.5/2.7 Konzept Seite 15

16 Zusammenfassung und Ausblick Mitarbeit gestartet bei der Arbeitsgruppe IEEE1722A Arbeitsgruppe Automotive wird gegründet Konzeptvorstellung der Einbettung von Kontrolldaten Erweiterung und Verbessung des AVB Switches Fokus auf Kontrolldatentransport Seite 16

17 Zusammenfassung und Ausblick Ethernet hat Potential für viele Fahrzeugbereiche Ethernet AVB erfüllt automotive Anforderungen Kurzfristig: Interoperabilität zwischen Netzwerken durch ein QoS Gateway Auf lange Sicht: Migration zu einem All IP/Ethernet Car möglich und gewünscht Kollisionen (CSMA/CD) gibt es heute nicht mehr!!! Seite 17

SEIS Statusseminar 20. September 2011, München

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