Quels outils pour Automotive Ethernet?
Quels outils pour Automotive Ethernet?
Passage en revue des différentes solutions proposées par NeoMore.
La sophistication des automobiles progresse à un rythme effréné. Ce qui était autrefois de la science-fiction devient rapidement une réalité. Nous avons apporté tellement d’améliorations au cours des dernières années qu’il est difficile de les suivre toutes. Les logiciels des voitures sont de plus en plus complexes et interconnectés. De même, les véhicules électriques sont de plus en plus perfectionnés. Pour faire face au nombre croissant de capteurs, de contrôleurs et d’interfaces, les réseaux devront être plus rapides et plus fiables. Les bus de communication actuels des véhicules CAN, puis CAN-FD plafonnent à 8Mb/s ce qui s’avère insuffisant pour répondre à la forte demande de bande passante.
D’où l’idée d’utiliser un système de communication à la fois performant, sûr et répandu sans avoir à repartir de zéro et redévelopper toutes les couches ISO. L’Ethernet classique serait un bon candidat, mais sa mise en œuvre dans l’automobile pose problème. En effet, au niveau de la couche physique, le système est très sensible aux perturbations électromagnétiques et aux interférences. Perturbations qui ne manquent pas sous le capot d’un véhicule (allumage, convertisseurs de puissance etc.) De plus, les câbles à 5 fils blindés de l’Ethernet représentent un poids dont on pourrait se passer si on pouvait le remplacer par une simple paire de fils torsadés.
L’Automotive Ethernet répond à ce besoin. Il s’agit d’un système de communication point-à-point (et non un ‘bus’ , ligne commune sur laquelle se connectent plusieurs équipements), utilisant une paire torsadée non-blindée. Par exemple, le standard IEEE 802.3bw définit ainsi ce que tout le monde appelle désormais 100BASE-T1 pendant au classique 100BASE-T. Il existe également des évolutions telles que 1000BASE-T1. Le codage des données permet de rendre transparent cette couche matérielle afin de pouvoir recevoir toutes les couches de communication ISO, telle que peut le faire l’Ethernet classique.
Concrètement, cette nouvelle technologie nécessite des outils particuliers pour la mise au point des applications. Les ingénieurs de conception et de validation demandent à pouvoir lire les données circulant entre deux équipements pour s’assurer du bon fonctionnement à tous les niveaux d’intégration.
Beau défi technique, l’Automotive Ethernet fait transiter les données dans les deux sens simultanément (on appelle cela du full-duplex) sur une seule voie (une paire différentielle). Les deux équipements d’une liaison peuvent simultanément émettre et recevoir. Chacun retrouve les données à recevoir dans le ‘brouhaha’ en y soustrayant les données qu’il a émises (et qu’il connait forcément). Des circuits spécialisés effectuent cette tâche.
Que se passe-t-il quand on veut enregistrer les communications ? Dans la plupart des cas, il faut couper la paire torsadée et y insérer un appareil de capture qui doit perturber le moins possible.
La solution switch avec media converters
On peut utiliser par exemple deux convertisseurs de média 100BASE-T1 / 100BASE-T pour envoyer les messages venant de part et d’autre à un switch qui renvoie en miroir les données avec une copie vers par exemple un PC qui enregistre le trafic comme s’il s’agissait d’Ethernet classique.
Solution relativement économique, cette solution introduit des temps de latence non négligeables dus au switch. En effet, le switch capture le flux entrant trame par trame pour l’anlyser avant de le réexpédier sur une sortie. Pour démarrer une acquisition, pas de déclenchement possible. On enregistre le flux ‘au fil de l’eau’. De plus, celui-ci peut trop bien faire son travail et corriger les erreurs de transmission que justement l’ingénieur cherche à détecter. Plus d’informations sur les media converter ( Intrepid).
La solution TAP actif pour réseaux
Les TAP de réseau sont des dispositifs que l’on insère aussi dans une liaison entre deux équipements. TAP signifie Test Access Port. Eléments actifs, ils retransmettent les trames de part et d’autre, mais en réalisent aussi une copie qui est envoyée vers un troisième équipement pour enregistrement et analyse. Ceci avec les trames d’erreur comprises, car dans ce cas ils procèdent bit par bit et pas nécessairement trame par trame comme avec les switches, d’où un temps de latence extrêmement court. Intrepid Control Systems propose des TAP pour le 100BASE-T1 ( RAD STAR2, RAD-GALAXY ) et le 1000BASE-T1 ( RAD GIGASTAR). Ces instruments sont ainsi caractérisés avec un temps de transfert minime entre les équipements sous test. Les trames mesurées sont datées et expédiées vers le PC d’analyse. Ils possèdent des fonctions de trigger et de filtrage sophistiqués permettant de ne capturer que les trames d’intérêt pour les ingénieurs.
Le RAD GIGASTAR outre ses fonctions de TAP réseau a aussi la possibilité de faire office de media converter, mais aussi de commutateur (switch) intelligent, de gateway. Il surveille aussi des bus CAN , CAN-FD et se transforme en data logger, capable d’enregistrer des centaines de Giga-octets de façon autonome. Il peut aussi injecter des trames, y compris émettre des trames reçues qu’il aura modifiées en cours de route selon un script préétabli. Plus d’information sur le RAD GIGASTAR ( Intrepid).
Les solutions avec un coupleur directionnel
Prodigy Technovation a mis au point un analyseur qui utilise un coupleur directionnel (sur le même principe que ceux de l’électronique RF) pour pouvoir extraire les signaux émis dans un sens ou dans l’autre sur une liaison Automotive Ethernet. Ce coupleur est associé à un analyseur de protocole dédié au 100BASE-T1. A partir des signaux captés par le coupleur, il décode les bits et les trames pour les envoyer sur un PC qui va les enregistrer en continu sur son disque. Cet analyseur va détecter les erreurs. Mais aussi proposer des déclenchements sophistiqués à différents niveaux des couches du protocole. Plus d’informations sur le site Prodigy.
Associé à un logiciel de décodage spécifique, le coupleur permet aussi aujourd’hui aux oscilloscopes de haut de gamme de Tektronix de capturer et de décoder les trames dans la mémoire de l’oscilloscope.
Les solution sans coupleur
Cette solution proposée par Pico Technology est la seule qui ne nécessite pas d’ouvrir les lignes Automotive Ethernet. Il suffit de placer deux sondes différentielles chacune à un endroit différent de l’autre avec une distance mesurable entre les deux. On doit utiliser un oscilloscope PicoScope série 6000 (pour des questions de bande passante et fréquence d’échantillonnage minimales). Ensuite le logiciel de décodage – gratuit- se comporte comme un coupleur directionnel. A partir de la distance renseignée entre les sondes et le type de câble utilisé, il exploite le temps de propagation des signaux dans un sens ou dans l’autre pour discerner les sources et effectuer le décodage. Cette solution n’altère pas les signaux, mais elle ne permet pas d’introduire ou de modifier les trames. Pour démarrer une acquisition, pas de déclenchement possible si ce n’est que sur les niveaux des signaux. On enregistre le flux de trames ‘au fil de l’eau’. Elle permet d’observer notamment les caractéristiques des trames au niveau de la couche physique. (symboles des préambules etc.). Plus d’informations sur le site Pico.
Une solution pour chaque type d'application
Les deux premières solutions sont à privilégier pour des tests au niveau réseau ou système. Ils permettent le prototypage d’un calculateur et de son logiciel, ou d’étudier le comportement d’un réseau. Ils sont particulièrement intéressants pour des bancs de validation ou des bancs de test fonctionnel. Surtout pour le RAD GIGASTAR qui permet de maitriser les synchronisations avec d’autres liens de communication, mais aussi d’injecter des messages pour stresser le système.
Les solutions basées sur des coupleurs directionnels (matériel ou logiciel) sont plus adaptées à la couche physique, au niveau des composants ou pour l’étude spécifique d’une liaison Automotive Ethernet, dans laquelle la perturbation due à la mesure doit être minimale.
Tableau résumé
Solution | Niv. Intrusivité | Trigger/ Filtrage | Génération | Décodage Protocole | Produit |
Media Conv. + Switch | Elevée | non/non | non | Moyen | |
Active TAP | Faible | oui/oui | oui | Elevé | |
Analyseur/ Coupleur | Très faible | oui/non | non | Bon | |
Coupleur Logiciel/ Scope | nulle | non/non | non | non |
Dénominations
On regroupe sous le terme Automotive Ethernet, les formes d’Ethernet sur paire torsadée à différentes vitesses de base :
- 100BASE-T1 ou BroadR-Reach ou IEEE-802.3bw
- 1000BASE-T1 ou IEEE-802.3bp
Il existe d’autres standard en cours de gestation : 10BASE-T1S ou 10BASE-T1L appellés aussi SPE pour Single Pair Ethernet.
