Einführung in Ethernet und IP im Kraftfahrzeug
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- Clara Falk
- vor 8 Jahren
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1 Einführung in Ethernet und IP im Kraftfahrzeug Webinar V
2 Agenda > Informationen 3 Einführung 6 Physikalische Schichten 8 IEEE Ethernet MAC + VLAN 14 Internet Protocol (IPv4/IPv6) 18 TCP und UDP 22 Anwendungsbezogene Protokolle 27 Zusammenfassung und Ausblick 32 Slide: 2
3 Informationen Moderator Dipl. Ing. (FH), M.Sc. Jan Bossert Technical Trainer Schulungsgebiete CAN, FlexRay, Ethernet und IP CANoe und CANalyzer Slide: 3
4 Informationen Vector Schulungen/Workshops VectorAcademy Grundlagen: > CAN, LIN, Ethernet und IP, Produkte: > CANoe, CANalyzer, CANape, Software Komponenten: > AUTOSAR, OSEK/VDX, Weitere Information: > Slide: 4
5 Agenda Informationen 3 > Einführung 6 Physikalische Schichten 8 IEEE Ethernet MAC + VLAN 14 Internet Protocol (IPv4/IPv6) 18 TCP und UDP 22 Anwendungsbezogene Protokolle 27 Zusammenfassung und Ausblick 32 Slide: 5
6 Einführung Anwendungsbereiche Service Control/Discovery Diagnostics and Flash Update Measurement and Calibration Audio/Video Time Sync Smart Charging 7 6 SOME/IP DoIP XCP 5 AVB ISO Part TCP/UDP 3 IPv4/IPv6 2 1 IEEE Ethernet MAC + VLAN Ethernet PHY (Open Alliance BroadR-Reach, IEEE 100Base-TX/1000Base-T) ISO Part 3 Slide: 6
7 Agenda Informationen 3 Einführung 6 > Physikalische Schichten 8 IEEE Ethernet MAC + VLAN 14 Internet Protocol (IPv4/IPv6) 18 TCP und UDP 22 Anwendungsbezogene Protokolle 27 Zusammenfassung und Ausblick 32 Slide: 7
8 Physikalische Schichten Ethernet Topologie im Kfz Slide: 8
9 Physikalische Schichten Komponenten im Steuergerät (ECU) µc: HOST Beinhaltet Anwendungs- und Basissoftware des Steuergerätes Verfügt über IEEE Ethernet MAC sowie höhere OSI Schichten MII: Medium Independent Interface Schnittstelle vom µc zum Ethernet PHY MDI: Medium Dependent Interface Verbindung vom Ethernet PHY zum physikalischen Medium Slide: 9
10 Physikalische Schichten Open Alliance BroadR-Reach ECU 1 Kodierung/Dekodierung: ECU 2 4B3B, 3B2T, PAM3 MASTER BroadR-Reach PHY MDI Taktrückgewinnung/Synchronisation: Master-Slave Verfahren Konfiguration im PHY SLAVE BroadR-Reach PHY MDI UTP: Unshielded Twisted Pair 100 Mbit/s FULL DUPLEX Slide: 10
11 Physikalische Schichten IEEE 100Base-TX Kodierung/Dekodierung: NRZI, 4B5B, MLT-3 ECU 1 ECU 2 Taktrückgewinnung/Synchronisation: Jeweiliger Pfad wird von Sender aktiv gehalten 100Base-TX PHY Kontinuierliche Synchronisation 100Base-TX PHY MDI MDI Tx Rx Tx Rx 100 Mbit/s FULL DUPLEX Slide: 11
12 Physikalische Schichten IEEE 1000Base-T Kodierung/Dekodierung: 4D-PAM5, 8B1Q4 Taktrückgewinnung/Synchronisation: Master-Slave Verfahren Rollen können konfiguriert oder ausgehandelt werden Slide: 12
13 Agenda Informationen 3 Einführung 6 Physikalische Schichten 8 > IEEE Ethernet MAC + VLAN 14 Internet Protocol (IPv4/IPv6) 18 TCP und UDP 22 Anwendungsbezogene Protokolle 27 Zusammenfassung und Ausblick 32 Slide: 13
14 IEEE Ethernet MAC + VLAN Eigenschaften Vom Übertragungsmedium unabhängige Schicht Definiert Grundfunktionen für Ethernet-basierte Kommunikation: > Zugriffsverfahren: CSMA/CD > Frame-Format: Ethernet Frame > Adressierung: Teilnehmeradressierung Detaillierte Unterteilung von Schicht 2: > LLC: Logical Link Control Regelt mehrere Verbindungen höherer Schichten > MAC: Medium Access Control Stellt die o.g. Grundfunktionen zur Verfügung Slide: 14
15 IEEE Ethernet MAC + VLAN MAC-Adressen und VLAN Slide: 15
16 IEEE Ethernet MAC + VLAN Ethernet Frame PRB: Präambel (Übertragungsbeginn) Type: Wert 1500 (0x05DC) DA: Destination Address (Ziel-MAC) > Ethernet Frame > Längenangabe in Byte SA: Source Address (Quell-MAC) Type: Wert > 1536 (0x0600) Payload: Datenfeld ( Byte) > Ethernet II Frame > 0x8100: VLAN Tag CRC: Cyclic Redundancy Check Slide: 16
17 Agenda Informationen 3 Einführung 6 Physikalische Schichten 8 IEEE Ethernet MAC + VLAN 14 > Internet Protocol (IPv4/IPv6) 18 TCP und UDP 22 Anwendungsbezogene Protokolle 27 Zusammenfassung und Ausblick 32 Slide: 17
18 Internet Protocol (IPv4/IPv6) Einführung Ermöglicht netzübergreifende Adressierung Kommt in zwei Versionen zum Einsatz > IPv4: Vier-Byte-Adressen (32 Bit) > IPv6: Sechzehn-Byte-Adressen (128 Bit) Verwendet Ethernet Frames: > IPv4: Type 0x0800 > IPv6: Type 0x86DD Slide: 18
19 Internet Protocol (IPv4/IPv6) IP-Adressen (Beispiel IPv4) Slide: 19
20 Internet Protocol (IPv4/IPv6) IP-Paket (IPv4) 2 Byte VER IHL TOS Felder im IPv4-Paket LGT > VER: Verwendete IP-Version (v4, v6) > IHL: Header-Länge in DWORD ID > TOS: Type of Service (ermöglicht Priorisierung) FL FO > LGT: Länge des Pakets inkl. Header in Byte > ID: Eindeutiger Identifier für ein Paket TTL PRT > FL: Gibt an, ob Paket fragmentiert ist HCRC SA (Byte 0..1) > FO: Fragment Offset für Paketfragmentierung > TTL: Time To Live (Lebenszeit für das Paket) > PRT: Protokollfeld für höhere Schichten SA (Byte 2..3) > HCRC: Header-CRC DA (Byte 0..1) > SA: Source Address (Quell-IP) > DA: Destination Address (Ziel-IP) DA (Byte 2..3) > Options: Weitere Optionen (optional) Options* Slide: 20
21 Agenda Informationen 3 Einführung 6 Physikalische Schichten 8 IEEE Ethernet MAC + VLAN 14 Internet Protocol (IPv4/IPv6) 18 > TCP und UDP 22 Anwendungsbezogene Protokolle 27 Zusammenfassung und Ausblick 32 Slide: 21
22 TCP und UDP Einführung TCP: Transmission Control Protocol Ermöglicht verbindungsorientierte Kommunikation UDP: User Datagramm Protocol Ermöglicht verbindungslose Kommunikation TCP und UDP Adressierung erfolgt mit Ports > Source Port: Quell-Port des Senders > Destination Port: Ziel-Port des Empfängers Benötigen IP-Pakete: > TCP: Protokollfeld = 6 > UDP: Protokollfeld = 17 Slide: 22
23 TCP und UDP TCP/UDP-Ports Slide: 23
24 TCP und UDP TCP-Segment Felder im TCP-Segment > SP: Source Port (Quell-Port) > DP: Destination Port (Ziel-Port) > SEQ Nr.: Sequenznummer des ersten Datenbytes im TCP-Segment oder Initialisierungsnummer wenn SYN Flag gesetzt ist > ACK Nr.: Acknowledgement-Nummer wenn ACK Flag gesetzt ist > OFF: Länge des TCP-Headers ohne Nutzdaten > res: Wird nicht verwendet > FLAGS: Control Flags (nächste Folie) > WIN: Größe des Empfangs-Puffers am Sender des aktuellen Segments > CHK: Prüfsumme > UP: Urgent Pointer wenn URG Flag gesetzt ist > options*: Optionale Zusatzinformationen > data: Nutzdaten Slide: 24
25 TCP und UDP UDP-Paket Felder im UDP-Paket > SP: Source Port (Quell-Port) > DP: Destination Port (Ziel-Port) > Length: Länge des Pakets inklusive Header (mindestens 8 Byte) > Checksum: Optionale Prüfsumme > Data: Nutzdaten, die im Paket übertragen werden Slide: 25
26 Agenda Informationen 3 Einführung 6 Physikalische Schichten 8 IEEE Ethernet MAC + VLAN 14 Internet Protocol (IPv4/IPv6) 18 TCP und UDP 22 > Anwendungsbezogene Protokolle 27 Zusammenfassung und Ausblick 32 Slide: 26
27 Anwendungsbezogene Protokolle SOME/IP: Scalable Service-Oriented Middleware over IP Anwendungsbereiche: > SOME/IP: Service-orientierte Datenübertragung für geregelte Kommunikation > SOME/IP-SD: Erkennung von verfügbaren Services und deren Status Benötigt TCP- oder UDP-Pakete: > UDP: Verbindunglos ohne Quittung > TCP: Verbindungsorientiert mit Quittung Beschreibungsdatei: FIBEX 4.0/4.1 > Beschreibungen für Services und deren Inhalt (Methoden, Ereignisse, Felder) Slide: 27
28 Anwendungsbezogene Protokolle DoIP: Diagnostics over IP Diagnostics and Flash Update 7 Anwendungsbereiche: > Diagnose über Ethernet und IP 6 DoIP > Flash-Programmierung 5 Benötigt TCP- oder UDP-Pakete: > UDP: Verbindunglos ohne Quittung 4 TCP/UDP > TCP: Verbindungsorientiert mit Quittung 3 IPv4/IPv6 Beschreibungsdatei: CDD, ODX, etc. 2 Ethernet MAC + VLAN > Beschreibt die verfügbaren Diagnose-Services 1 Ethernet PHY Slide: 28
29 Anwendungsbezogene Protokolle XCP: Universal Measurement and Calibration Protocol Anwendungsbereiche: > Messdatenerfassung (asynchron/synchron) > Kalibrierung (verstellen/parametrisieren) > Flash-Programmierung Benötigt TCP- oder UDP-Pakete: > UDP: Verbindunglos ohne Quittung > TCP: Verbindungsorientiert mit Quittung Beschreibungsdatei: A2L > Beinhaltet Speicheradressen und verfügbare Objekte eines Steuergerätes Slide: 29
30 Anwendungsbezogene Protokolle AVB: Audio Video Bridging Anwendungsbereiche: > Zeitsynchrone Datenübertragung > Datenübertragung mit kleinen Latenzzeiten > Priorisierte Datenübertragung Benötigt Ethernet Frames bzw. VLAN Frames: > Ethernet Typ: 0x88F7 (IEEE 1588 Precision Time Protocol) Unterteilung von AVB: > IEEE 802.1Qav/AS/Qat: Zeitsynchronisation, Priorisierung, Optimierung von Latenzzeiten > IEEE 1722: Optionales Transportprotokoll > IEC 61883: Aufbereitung von Audio/Video Streams Slide: 30
31 Agenda Informationen 3 Einführung 6 Physikalische Schichten 8 IEEE Ethernet MAC + VLAN 14 Internet Protocol (IPv4/IPv6) 18 TCP und UDP 22 Anwendungsbezogene Protokolle 27 > Zusammenfassung und Ausblick 32 Slide: 31
32 Zusammenfassung und Ausblick Anwendungsbereiche Service Control/Discovery Diagnostics and Flash Update Measurement and Calibration Audio/Video Time Sync Smart Charging 7 6 SOME/IP DoIP XCP 5 AVB ISO Part TCP/UDP 3 IPv4/IPv6 2 1 IEEE Ethernet MAC + VLAN Ethernet PHY (Open Alliance BroadR-Reach, IEEE 100Base-TX/1000Base-T) ISO Part 3 Slide: 32
33 Zusammenfassung und Ausblick CANoe/CANalyzer.Ethernet CANoe/CANalyzer Demo inklusive Ethernet: > Messen, Analysieren, Simulieren, Testen von Ethernet- und IP-basierter Kommunikation > Kostenlose Demo Version: Produkte: CANoe, Kategorien: Demos SCC AddOn (benötigt CANoe.Ethernet): > Messen, Analysieren, Simulieren, Testen von Smart Charge Communication > Kostenloser Download: Produkte: CANoe, Kategorien: AddOns/Freeware CANoe/CANalyzer.Ethernet Slide: 33
34 Zusammenfassung und Ausblick Weiterführende Webinare IP, SOME/IP, BroadR-Reach: Prototypen- und Testentwicklung mit CANoe/CANalyzer.Ethernet und VN5610: > Dienstag, 25. Juni 2014 von 10:00 Uhr bis 11:00 Uhr > Moderator: Hans-Werner Schaal > Zielgruppe: System- und Steuergeräteentwickler, Experten für die Systemintegration und Test Der Embedded-Ethernet-Stack von Vector und seine Einsatzgebiete: > Freitag, 16. Mai 2014 von 09:00 Uhr bis 10:00 Uhr > Moderator: Marc Weber > Zielgruppe: Steuergeräte-Anwendungsentwickler Softwareingenieure und architekten, Softwareprojektmanager Slide: 34
35 Zusammenfassung und Ausblick Weitere Veranstaltung Automotive Ethernet Symposium (Kostenfrei): > Dienstag, 27. Mai 2014 von 10:00 Uhr bis 17:00 Uhr > Ort: Stuttgart, Liederhalle > Sprache: Deutsch mit englischer Simultanübersetzung > Vorträge: Daimler, BMW, Hella, NXP, TTTech, Vector > Anmeldung und Agenda: CANoe/CANalyzer für Ethernet und IP Workshop > Dienstag, bis Donnerstag, (1-3 Tage) > Ort: Stuttgart, Vector > Sprache: Deutsch > Anmeldung und Agenda: Slide: 35
36 Thank you for your attention. For detailed information about Vector and our products please have a look at: Author: Bossert, Jan Vector Informatik GmbH Slide: 36
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