EO Power 34

EO POWER/AUTOMOTIVE - MAGGIO 2024 XV AUTOMOTIVE ETHERNET seconda viaggia il segnale ricevuto in direzione opposta. Lo standard Automotive Ethernet, invece, utilizza una singola coppia di fili (da qui il nome Single Pair Ethernet o SPE ) per la trasmissione e la ricezione. Ciò significa che i cavi sono più leggeri ed economici. La coppia sin- gola è anche “bilanciata”, in quanto trasporta su ciascun filo segnali di uguale ampiezza ma con polarità opposta. Mentre per lo standard Ethernet la lunghezza massima consentita per il cavo è pari a 100 metri, per la versio- ne automotive la lunghezza massima è stata fissata a 15 metri, una misura più adatta per le dimensioni di un veicolo. Un’altra differenza fondamentale è la sostituzione del connettore RJ45 utilizzato dai dispositivi informatici, che risultava troppo grande per le applicazioni automo- tive. In ogni caso, non si è ancora pervenuti alla defini- zione di una tipologia di connettore standard. Gli stan- dard “legacy” utilizzano la codifica MLT-3 (Multi Level Transmit) che opera su tre livelli di tensione per codifi- care i bit su un cavo. Lo standard Automotive Ethernet, invece, adotta la modulazione PAM (Pulse Amplitude Modulation) per codificare i bit mediante tensioni con ampiezze differenti, consentendo in tal modo l’invio di un numero maggiore di bit per ciascuna comunicazione. La combinazione di questo schema con altre tecniche di codifica permette di diminuire la frequenza di trasmis- sione, contribuendo quindi alla riduzione delle interfe- renze elettromagnetiche (EMI) e della diafonia. La ver- sione IEEE802.3bw a 100 Mb/s dello standard Ethernet è stata adottata su larga scala nelle applicazioni automo- tive di tipo peer-to-peer a commutazione, come ripor- tato in figura 1. La nascita dello standard 10BASE-T1S La tecnologia Ethernet è stata pensata inizialmente per le reti multi-drop, in cui i dati venivano trasmessi uti- lizzando il protocollo CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Sebbene tale tecnica di invio in modalità “best effort” (senza garanzie di con- segna) soddisfaceva i requisiti di connessione in rete di dispositivi e sistemi informatici di tipo general-purpo- se, la sua natura non deterministica (cioè con la con- segna dei dati che non può essere garantita entro una specifico intervallo temporale) imputabile alla collisio- ne dei pacchetti, non permetteva l’uso di reti Ethernet multi-drop nelle applicazioni in tempo reale, in cui la sicurezza è di fondamentale importanza. All’aumentare del numero delle funzioni di sicurezza integrate a bordo dei nuovi veicoli, come ad esempio i sistemi ADAS (Ad- vanced Driver Assistance System), questa limitazione diventava sempre più critica per l’industria automotive, già impegnata nel mentre nell’individuare le modali- tà più adatte per il passaggio alla nuova architettura a zone. Nelle architetture a zona, la connettività è basata sull’ubicazione fisica piuttosto che sulla funzione, come invece accade nel caso delle architetture basate sul do- minio. Il vantaggio di un approccio di questo tipo è la di- minuzione del numero di ECU, che a sua volta comporta una riduzione delle dimensioni del cablaggio. Oltre a ciò, viene eliminata la dipendenza tra hardware e software, consentendo l’utilizzo di un’architettura SOA (Service Oriented Architecture). La tecnologia 10BASE-T1S è stata sviluppata per sod- disfare l’esigenza del settore automotive (e anche di quello industriale) di poter disporre di una soluzione di comunicazione dati ad alta velocità affidabile e determi- nistica. Presentato con la denominazione IEEE 802.3cg e integrato nella serie di standard TSN (Time Sensitive Networking), lo standard 10BASE-T1S si differenzia dal- le altre tecnologie Automotive Ethernet per il supporto alle topologie multi-drop, nelle quali tutti i nodi sono connessi utilizzando il medesimo cavo a doppino in- trecciato non schermato. Poiché l’applicazione bus richiede una sola interfac- cia Ethernet (PHY) per ciascun nodo (eliminando in tal modo la necessità di ricorrere a un commutatore o a to- pologie a stella come accade per altre versioni di Auto- motive Ethernet), il costo risulta inferiore. Lo standard specifica il supporto di 8 nodi, ma questo numero può essere decisamente superiore su un bus di lunghez- za massima di 25 metri. Il componente PLCA (Physical Layer Collision Avoidance) rappresenta un’altra novità di questo standard, grazie alla quale è possibile preve- nire le collisioni sul supporto di rete condiviso. Ciò as- sicura una latenza massima deterministica in funzione del numero dei nodi della rete e della quantità dei dati Fig. 1 – Una rete Automotive Ethernet è comunemente realizzata nella forma di una rete commutata (Fonte: TDK)