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Automotive Ethernet: Mit Oszilloskop und TSN Latenzzeiten niedrig halten

| Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Hendrik Härter

Präzise Zeitmessungen an Fahrzeugnetzwerken auf Basis von Automotive-Ethernet-100Base-T1 lassen sich mit einer Kombination aus Oszilloskop und einer TSN-Box realisieren. Die Latenzzeit bewegt sich im Nanosekundenbereich.

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Mit dem Oszilloskop aus der Familie R&S RTO sowie der TSN-Box von TSN Systems sind Latenzeiten im Nanosekundenbereich möglich.
Mit dem Oszilloskop aus der Familie R&S RTO sowie der TSN-Box von TSN Systems sind Latenzeiten im Nanosekundenbereich möglich.
(Bild: Rohde & Schwarz)

Immer mehr vernetzte Sensoren in modernen Fahrzeugen erhöhen die Netzwerklast: Systeme für Radar, Lidar und Kamera müssen riesige Mengen an Sensordaten innerhalb weniger Millisekunden übertragen und verarbeiten. Denn Fahrerassistenzsysteme (ADAS) setzen Datenverbindungen mit hoher Bandbreite und geringer Latenz voraus. Automotive-Ethernet entwickelt sich zur de-facto-Kommunikationslösung, die diesen Anforderungen dank hoher Datenraten und Zeitsensitivität gerecht wird.

Der Messtechnikexperte Rohde & Schwarz und TSN Systems, Experte für zeitsensitive Netzwerke, haben in erfolgreicher Zusammenarbeit präzise Zeitmessungen an Fahrzeugnetzwerken auf Basis von Automotive-Ethernet-100Base-T1 durchgeführt. Entstanden ist eine Testumgebung für Prüfingenieure, um präzise Zeitmessungen an In-Vehicle-Netzwerken mit Nanosekundengenauigkeit für die Schichten 1 bis 3 durchzuführen. Dazu liefert Messtechnik-Hersteller Rohde & Schwarz ein maßgeschneidertes Oszilloskop auf Basis des R&S RTO, während TSN Systems das Hardwareinterface zum Netzwerk, TSN-Box, sowie eine Mess- und Analysesoftware, TSN-Tools, beisteuert.

Automotive-Ethernet-Netzwerke validieren und testen

Der Testaufbau überwacht eine Kommunikationsverbindung über Automotive-Ethernet-100Base-T1, bei der die TSN-Box 3.0 als Talker, Listener und TAP fungiert. Im TAP-Modus liefert die Box Informationen an einen PC mit TSN-Tools auf Basis der Schichten zwei und drei. Der TAP führt eine 2x PHY-Verzögerung für 100BASE-T1 von etwa 1,5 µs ±10 ns ein. Zusammen mit der Option R&S RTx-K35 (Bus Measurements Statistics) misst und verifiziert das Oszilloskop diese Zeitgenauigkeit auf der Bitübertragungsschicht des Automotive-Ethernet-Signals (Schicht 1). Die ermittelte mittlere Zeitverzögerung beträgt dabei exakt 1,5 µs bei einer maximalen Abweichung von ±10,2 ns. Der von der TSN Box 3.0 erzeugte Qvb-Traffic (IEEE802.1) hat eine Zykluszeit von 500 µs, woraus sich ein Jitter zwischen 8 und 20 ns ergibt, der sowohl durch TSN-Tools als auch das Oszilloskop verifiziert wird.

Die Kombination aus TSN-Tools und TSN-Box bietet umfassende Funktionen zur Validierung und zum Testen von zeitsensitiven Automotive-Ethernet-Netzwerken. Während es sich bei den TSN-Tools um eine PC-basierte Analysesoftware für die Visualisierung und Analyse handelt, dient TSN-Box als präzise Schnittstelle zur Kommunikationsverbindung. Je nach Konfiguration fungiert die Box als generischer TSN Talker/Listener mit Präzision im Nanosekundenbereich. Das TAP-Gerät synchronisiert sich transparent mit dem gPTP-Master im Netzwerk. Das ermöglicht leistungsfähige Anwendungen, die eine Korrelation zwischen Payload-Zeitstempeln und der TAP-Zeit erfordern.

Präzise Latenzmessungen mit Softwareoption

Die R&S RTx-K35 Softwareoption für das Oszilloskop unterstützt präzise Latenzmessungen. Beispielsweise wird die Kommunikation zwischen zwei Geräten über einen langen Zeitraum überwacht und es werden Statistiken zu Fehlerraten sowie den Frame-Zeiten in den Paketen bereitgestellt. Die R&S RT-ZF7 Messobjektaufnahme dient als Bindeglied und überwacht die Hin- und Rücksignale zwischen Sender und Empfänger mit dem Oszilloskop.

In Verbindung mit einer geeigneten Decodieroption lassen sich 100BASE-T1-Zeitdaten von Frame zu Frame messen, und Prüfingenieure erhalten vollständige Busfehlerstatistiken über die Rahmenausfallrate und die Rate aufeinanderfolgender Fehler. Darüber hinaus sind präzise Zeitmessungen an allen seriellen Automotive-Busprotokollen wie Automotive-Ethernet, CAN, CAN-FD, LIN, I²C möglich.

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