Autoelektroniikan toimijat ovat viime vuosina yhdistäneet voimiaan vastatakseen ajoneuvoissa käytettävien verkkotekniikoiden nopeaan yleistymiseen. Visiona on yhtä teknologiaa soveltava verkko, joka perustuu ethernet-teknologiaan sen autoelektroniikassa osoittamien kiistattomien etujen ansiosta.

Vaikka tämä lähestymistapa ratkaiseekin monet autoelektroniikan verkkoihin liittyvät ongelmat, se kuitenkin asettaa myös uusia haasteita esimerkiksi viihteen, audion tai akustiikan käyttökohteissa. Erityisesti audiosignaalien siirrossa on suuria haasteita, sillä siinä tarvitaan kalliita lisälaitteistoja ja ohjelmistoja. Kaikki nämä tarvittavat toimenpiteet ovat monimutkaisia ja hintavia, jolloin uhkana on riskien ja kustannusten karkaaminen käsistä ja markkinoille tulon liiallinen pitkittyminen.

Näihin uhkiin pyrkii vastaamaan uusi INICnet-teknologia, joka tarjoaa tarvittavat audio-ominaisuudet kuten useiden erillisten audio- ja videokanavien rinnakkaisen siirron laadukkaasti ja nopeasti ilman lisälaitteiden tai ohjelmistojen tarvetta. Tämän lisäksi se tarjoaa ethernet/IP- kanavan käytettäväksi esimerkiksi ohjelmistojen latausta (myös OTA- yhteydellä) ja diagnostiikkaa varten sekä välittömän yhteyden ajoneuvoverkon Automotive Ethernetin alla oleviin muihin osiin.

Miksi tarvitaan uusi avoin standardi monien jo olemassa olevien autoelektroniikan standardien joukkoon?

Vastaus löytyy, kun tarkastellaan autoelektroniikan toimijoiden suurimpia haasteita. On pystyttävä olemaan innovatiivinen alalla, jossa toisaalta pyritään omimaan kulutuselektroniikan nopeat tuotesyklit ja toisaalta pyrkimyksenä on samaan aikaan säästää kustannuksissa. Tämä tilanne on autoelektroniikassa arkipäivää.

Elektroniikan määrä on lisääntynyt nopeasti tavallisessa ajoneuvossa kuten kuvassa 1 on nähtävissä. Määrän kasvu jatkuu ajoneuvojen sähköistymisen kolmen megatrendin ansiosta, kuljettajan ajoa avustavista järjestelmistä auton itsenäiseen liikkumiseen ja lisääntyvistä yhteyksistä niin auton sisällä kuin eri ajoneuvojen ja infrastruktuurin välillä.

Kuva 1: Elektroniikan määrän lisääntyminen ajoneuvoissa prosentteina ajoneuvon hinnasta eri vuosina ja arvio tulevasta.

Tämän seurauksena suuret määrät dataa joudutaan siirtämään eri komponenttien välillä niin ajoneuvon sisällä kuin ajoneuvon ja infrastruktuurin välillä, ja nämä datamäärät ovat kasvussa kaiken aikaa. Tämä rasittaa ajoneuvon sisäisiä verkkoja, jotka ovat perinteisesti olleet domain-verkkoja kuten CAN, Flexray, LIN ja MOST kattaen erilaisia tehtäviä eri datatyypeille riippuen tietoliikenteen kaistanleveydestä ja reaaliaikaisuusvaatimuksista.

Yhä enemmän domain-arkkitehtuureja korvataan runkoverkoilla, joissa suojaamattomaan parikierteeseen (unshielded twisted pair) perustuva nopea ethernet-runkoverkko hoitaa yhteysvaatimukset. Selkeä etu tässä on se, että ethernet on hyvin tunnettua ja edullista tekniikkaa, jota useimmat suunnittelijat osaavat soveltaa helposti. Se auttaa vähentämään kustannuksia ja projektin riskejä, mutta myös nopeuttaa uusiin autoihin tarkoitettujen sovellusten markkinoille saamista.

Kuitenkin on muistettava, ettei kaikki ajoneuvoverkkojen sisällä vaihdettava data ole alun perin saatavissa pakettidatana. Otetaan esimerkiksi audiodata viihdejärjestelmässä tai akustisessa sovelluksessa kuten aktiivisessa kohinanvaimennuksessa tai matkustajien välisessä tietoliikenteessä. Tämän kaltaisten sovellusten toteuttaminen ethernet-verkolla edellyttää erillisstandardien kuten AVB:n (Audio Video Bridging) käyttöä, jolloin saadaan toteutettua kaikki audiosovellusten vaatimukset synkronoinnin, nopeuden ja luotettavuuden suhteen, jotka ovat monimutkaisia toteuttaa ohjelmistollisesti ja vaativat suurta laskentakapasiteettia jo pelkästään verkkoyhteyksien käsittelyä varten. Monimutkaisen ohjelmistopinon toteuttaminen tehokasta mikro-ohjainta käyttäen maksaa niin paljon, että kaikki verkkostandardin tuomat edut menetettäisiin.

Miten edellä mainittu ongelma voidaan välttää edullisesti käyttämällä hyväksi verkkostandardia audio-, akustiikka ja tietoviihdetoteutuksissa?

Vastaus on: käyttämällä INICnet-teknologiaa. INICnetistä on tulossa avoin ISO-standardi vuonna 2021 ja se tukee laadukkaita audio- ja videokanavia, joita hallitaan täysin INICnet-piirien tai käytettävissä olevan lean-ohjelmiston avulla niin, että verkkoliikenteen käsittelyä varten ei tarvitse tehdä mitään toimenpiteitä. INICnet-teknologiassa suojaamaton parikierre- tai koaksiaalikaapeli toimii fyysisenä kerroksena ja se on täysin ethernet- yhteensopiva, sillä kullakin solmulla on oma MAC-osoitteensa ja se tukee kaikkia ethernetiin liittyviä mekanismeja, osoitustiloja ja pakettikokoja.

Kuva 2: INICnet-teknologia toimii yhdessä ethernetin kanssa.

INICnet-teknologiaa on saatavissa 50 Mb/s:n tai 150 Mb/s:n nopeusluokissa, joiden suurin kaistanleveyden hyötysuhde on yli 95 prosenttia. Molemmat vaihtoehdot tukevat rengas- tai ketjukytkentää. 50 Mb/s:n versiot ovat saatavissa suojaamattomalla parikierrekaapelilla ja 150 Mb/s:n versiot koaksiaalikaapelilla.

INICnet-teknologia tukee keinotehoa (phantom power) ja pystyy tuottamaan monipuolisen virheenmäärityksen tarvitsematta erillisiä kaapeleita liipaisun tuottoa varten. Kuvassa 2 esitetään tyypillinen esimerkki INICnet-teknologian ja ethernet-verkon rinnakkaiselosta. Tämän verkkoarkkitehtuurin etuna on, että audio-videosovellukset voivat tukeutua INICnet-teknologiaan käsitellessään audio- tai videodataa alkuperäisessä formaatissaan, ja suunnittelijat voivat keskittyä sovelluksiinsa kantamatta huolta monimutkaisista datamuunnoksista tai verkkotoiminnoista. Toisena etuna on, että laiteohjelmisto on nopeasti päivitettävissä kussakin INICnet-laitteessa langattomasti, koska INICnet- teknologia tukee myös alkuperäisiä ethernet-paketteja ja on yhdistetty ajoneuvon muuhun runkoverkkoon yhden laitteensa, esimerkiksi kuulokkeiden, välityksellä. Kuulokkeissa ei tarvita mitään yhdyskäytäväsovellusta, koska kutakin INICnet-laitetta voidaan suoraan osoittaa omalla ainutlaatuisella MAC-osoitteella.

ISO/OSI-mallin mukaisesti INICnet-teknologian ethernet-kanava kattaa vain mallin ensimmäiset kaksi kerrosta, kuten kuvasta 3 nähdään, ja näin ollen se voidaan kokonaan erottaa ylemmistä kerroksista, jolloin muille teknologioille kirjoitettu ohjelmisto on käytettävissä uudelleen ajurin päivityksen jälkeen. Tällä hetkellä ajurit ovat olemassa Linuxille ja QNX:lle ja niitä voidaan käyttää yhdessä INICnet-piirien kanssa, jolloin INICnet-teknologian ethernet-kanava voidaan integroida osaksi olemassa olevaa IP-pohjaista järjestelmää täysin läpinäkyvästi niin, että tuotesuunnittelijan ei tarvitse kiinnittää huomiota alla olevaan verkkoteknologiaan.

Kuva 3: INICnet-teknologia osana ISO/OSI-mallia.

Microchip tarjoaa kattavan joukon sovelluskohtaisia tuotteita, jotka on tarkoitettu nopeisiin sovelluksiin, kuten äänenvaimennukseen (ANC), moottorin äänigeneraattoreihin, tiemelun vaimennukseen, hätäviestintään (e-call) ja muihin pientä latenssia edellyttäviin sovelluksiin kuvan 4 mukaisesti. Kukin INICnet-piiri voidaan konfiguroida verkkoisännäksi tai verkko-orjaksi ja voi vaihtaa tilaansa automaattisesti, jos esimerkiksi auto-onnettomuuden jälkeen verkko on vioittunut ja kuljettaja/matkustaja/muu paikalla olija haluaa soittaa/lähettää hätäviestin.

Kuva 4: Microchipin INICnet-piirit ovat skaalattavissa sovelluksen mukaan määrittyville vaihtoehtoisille liitännöille.

INICnet-teknologian verkkoresurssien hallinnat ja verkon konfigurointi toteutetaan Microchipin UNICENS-nimisellä yhdistetyllä ja keskitetyllä verkkopinolla. Kaikkia muita järjestelmähallinnan tehtäviä, kuten laiteohjausta, tuetaan yleensä käytettävissä olevilla IP-pinoilla, kuten SOME/IP-pinolla, tai muilla RPC- (Remote procedure Call) tekniikoilla. UNICENS on avoin, ilmainen lähdesovellus, jolla käyttäjät voivat konfiguroida koko verkon yksittäisellä laitteella; mikä mahdollistaa, että sovelluksissa voidaan käyttää laitteita, jotka eivät tarvitse mikro-ohjainta, kuten esimerkiksi mikrofonisolmuja.

Siinä tapauksessa, että verkossa on solmuja, jotka käsittelevät ainoastaan ethernet-liikennettä, kuten älyantenneja, tällaisten solmujen ei tarvitse sisältää minkäänlaista verkko-ohjelmistoa, tai parhaassa tapauksessa, jos generoitu data on ethernet-lähtöinen, on mahdollista suunnitella ilman mikro- ohjainta toimiva solmu.

Markkinoilla on otettu myönteisesti vastaan INICnet-teknologian tarjoamat edut ja ensimmäiset autoelektroniikan OEM-valmistajat ovat valinneet teknologian käyttöönsä jo vuosi sitten, jolloin tuotantovaiheeseen päästään ensi vuonna. Monet OEM- ja Tier1-toimijat eri puolilla maailmaa ovat myös aloittaneet teknologian arviointiprosessit ja kehittävät yhteistyössä Microchipin asiantuntijoiden kanssa teknologiaa hyödyntäviä omia tuotteitaan.

INICnet-teknologiasta saa lisätietoa lähettämällä sähköpostia osoitteella INICnet@microchip.com.