車載Ethernet 標準規格の重要性


ここ数年、自動車業界のOEM各社やティア1各社では、Ethernetの採用と適合化を進めています。IEEE 802.3標準規格を、特に自動車向けに修正した車載Ethernet標準規格には、IEEE 802.3bw(100BASE-T1、100Mbps、copper)やIEEE 802.3bp(1000BASE-T1、1Gbps、copper)があります。

これらの車載Ethernet標準規格は、車内インフォテインメント、ADAS(先進運転支援システム)、オンボード診断機能や、外界へのコネクティビティ(5GやV2X)などの急激な発展によって実現された、自動車業界特有の追加要件や機能を盛り込んでおり、重要です。

これらの車載Ethernet標準規格は、主にPHY(フィジカル・レイヤ)に対応しています。この影響を受けるPHYインターフェイスは、ネットワークへの電気的なインターフェイスであるMDI(メディア・ディペンデント・インターフェイス)です。自動車に特化したPHY仕様の重要な特長の一つにMDIシグナリングがあり、これはEMI(電磁障害)やEMC(電磁両立性)の両規格に対応するとともに、シールドなしのツイストペア・ケーブルによるネットワーク接続を可能にします。これによりケーブルの重量とコストの削減が可能になります。これは特に車載向けでは重要な要件です。

重量とコストの削減は、車内外との通信が可能なコネクテッド・カーに利点を与えるだけではありません。Ethernetはスイッチを使い交換機能を備えたネットワークに役立ち、Controller Area Network、Local Interconnect Network、FlexRayやMedia Oriented Systems Transportなどの共有バス・トポロジでは不可能であった、より広い帯域幅と高いデータレートを可能にします。

車内通信にスイッチド・ネットワーク手法を採用しても、信頼性、EMI/EMC、各種の電気インターフェイス仕様への準拠や機能的な適合性など、従来の共有バス・トポロジでの制約事項の多くが、同様に発生します。各種の電気インターフェイス仕様への準拠や機能的な適合性は、他のデバイスとの相互動作性に影響します。ネットワーク接続の車載センサは増加しており、これらのセンサは異なるPHYを使う異なるメーカーから供給されます。図1をご参照ください。

 図1:車載センサ・ネットワークの展開例

EMC/EMIや相互動作性の問題に対応するために、自動車業界の数社は、早い時期から公式な協働の必要性を認識していました。2011年にOPEN(One-Pair Ether-Net)Alliance(OA)のSIG(スペシャル・インタレスト・グループ)が創設され、今や、OEM、サプライヤやテクノロジ・プロバイダ各社を含む、300社以上の会員が加入しています。これまでに、OAはEthernet標準の車載向け修正や、PHY対応のコンプライアンス・テスト仕様の開発を主導することで、異なるベンダのコンポーネントにわたって、機能や性能の基準値を定義し、自動車業界が必要とする信頼性や、システム統合のしやすさなどを実現してきました。

OAのPHY適合テスト仕様は、EMI/EMC性能、IEEE標準規格への機能や電気的な適合性、異なるベンダのPHY間のインターオペラビリティ(相互運用性)という、3種類のドメインで構成されます。具体的な仕様は次のようなものです。

  • トランシーバ向けの100BASE-T1 EMC テスト仕様
  • BroadR-Reach Physical Media Attachment テスト・スイート
  • BroadR-Reach PHY Control テスト・スイート
  • BroadR-Reach Physical Coding Sublayer テスト・スイート
  • 100BASE-T1 Interoperability テスト・スイート

これらは、100BASE-T1 PHYのインターオペラビリティと適合に関するテストと総称され、OAのTC1(Technical Committee No. 1)によって開発されました。これらのテストは全体として、テクノロジ・サプライヤ各社の製品が、これらの標準規格が要求する機能や性能の基準値に適合していることを検証するための主要なコンプライアンス・テストを構成しています。またOEMやサプライヤ各社では、PHY製品を比較するための評価ツールとしても使用されます。

OAのTC1は自動車業界のためのテスト・サービスを提供するため、上記の3ドメインのテストのそれぞれを、独立したラボに委託しています。TIはOAの会員として、このテストに参加しています。例えばTIの 『DP83TC811R-Q1』 と『DP83TC811S-Q1』 は、インターオペラビリティをはじめとした独立ラボの適合テストに合格済みです。相互動作性テストは、システム内でDUT(被試験デバイス)をマスタやスレーブとして動作させ、その他の複数のLP(リンク・パートナ)との互換性を、多様な動作シナリオでテストします。

機能テストには次の事項が含まれます。

  • 以下のような条件変化において、複数のLPとの間で最小限の必要時間でリンクを確立する能力
    • DUTやLPのハード・リセットやソフト・リセット後
    • スリープ状態に入った後や、ウェイクアップ後
    • ��度
    • ケーブル長
    • 注入するノイズ量
    • 極性
  • リンクの確立後の持続性
  • CRCエラーや不正パケット・サイズなどのフレームロス・インジケータを使った、リンクの完全性
  • 有効なリンク構成に対して高い信頼性でリンク状態を示すとともに、有効なリンク構成に対して偽リンク表示が発生しないこと
  • 信号品質の表示と、近端/遠端や短絡/開放などのケーブル診断機能セット

DP83TC811R-Q1』と『DP83TC811S-Q1』の両デバイスは、独立したインターオペラビリティテスト、EMI/EMCテストやPHY機能テストに合格した、AEC(Automotive Electronics Council)のQ-100標準規格の認定取得済の100BASE-T1(IEEE 802.3bw, BroadR-Reach)ネットワーク向けPHY製品です。TIでは、これらのデバイスについて、評価モジュール、IBIS(入出力バッファ情報仕様)モデルやソフトウェア・ドライバなどのフルサポートを提供しています。

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※上記の記事はこちらのBlog記事(2018年5月2日)より翻訳転載されました。
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