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Automotive Ethernet PHY unterstützt Low-Power-Betrieb

13. Mai 2019, 12:30 Uhr | Von Ross Pimentel

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Fortsetzung des Artikels von Teil 2

Wake-on-LAN

In diesem Abschnitt geht es um die hinter WoL stehenden Prinzipien und die Implementierung dieser Technik.

Funktionsprinzipien des WoL-Betriebs

WoL ist ein Mechanismus, der die volle Funktionsfähigkeit des PHY beibehält, aber die Detektierung bestimmter Frames entsprechend der gewünschten Betriebsart ermöglicht. Mithilfe von WoL kann Back-end-Equipment, wie FPGAs, Prozessoren, ASICs oder MCUs abgeschaltet werden, bis der PHY Informa¬tionen empfängt, die bestimmte Frame-Detektierungskriterien erfüllen. Eine aktive Verbindung zu einer Gegenstelle wird im Betrieb mit aktiviertem WoL aufrechterhalten. Wird ein qualifizierender Frame empfangen, löst der DP83TC811 entweder eine Pegeländerung oder einen Impuls an einer der drei GPIO-Leitungen aus, die per Registerzugriff konfiguriert werden können. Zusätzlich erlaubt der DP83TC811 die Interrupt-Konfiguration am INT-Pin mit einer als Aktiv-HIGH oder Aktiv-LOW spezifizierten Polarität.

Im Interesse der Flexibilität und Sicherheit des Anwenders werden vom DP83TC811 drei Haupt-WoL-Funktionen unterstützt:

Magic-Packet-Detektierung
Magic-Packet-Detektierung mit
Secure-on
Custom-Pattern-Detektierung

Der DP83TC811 bietet Features für eine ganze Palette von Security-Optionen. Die Magic-Packet-Struktur ist anfällig gegen Hacks, denn man muss nur die MAC-Adresse des verbundenen Knotens kennen. Bei der Magic-Packet-Detektierung mit Secure-on bietet ein vom Anwender definiertes, aus sechs Bytes bestehendes Passwort zusätzlichen Schutz. Darüber hinaus unterstützt der DP83TC811 ein Secure-on Hack-Flag, das gesetzt wird, sobald ein Magic Packet mit ungültigem Secure-on-Passwort eintrifft. Das WoL-Feature des DP83TC811 geht noch einen Schritt weiter und bietet die Frame-Detektierung mit einer vom Anwender definierbaren 64-Byte-Sequenz.

Magic-Packet-Detektierung

Ist er für die Magic-Packet-Detektierung konfiguriert, sucht der PHY alle an den Knoten adressierten Frames nach einer bestimmten Datensequenz ab, die den Frame als Magic-Packet-Frame kennzeichnen. Ein Magic-Packet-Frame muss außerdem abhängig von der gewählten LAN-Technik bestimmte Anforderungen erfüllen, wie etwa Source Address, Des-tination Address (dabei kann es sich um die IEEE-Adresse der empfangenden Station oder eine Broadcast Address handeln) und CRC.

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Magic-Packet-Detektierung mit Secure-on

Zur Verbesserung der Sicherheit bietet der DP83TC811 die Magic-Packet-Detektierung mit Secure-on. Secure-on ist ein vom Anwender durch Registerzugriff konfigurierbares, aus sechs Bytes bestehendes Passwort. Die spezifische Magic-Packet-Sequenz mit Secure-on besteht aus 16 Kopien der MAC-Adresse dieses Knotens ohne Breaks oder Unterbrechungen. Diese Sequenz kann sich an einer beliebigen Stelle im Paket befinden, allerdings muss ihr ein als sechs 0xFF-Bytes definierter Synchronisations-Stream vorausgehen. Eine Magic-Packet-Struktur ist in Bild 5 dargestellt.

Custom-Pattern-Detektierung

Ist er für die Custom-Pattern-Detektierung konfiguriert, sucht der PHY alle an den Knoten adressierten Frames nach einer bestimmten Datensequenz ab, die den Frame als Custom Pattern Frame kennzeichnen. Ein Custom Pattern Frame muss nicht den grundlegenden Anforderungen der jeweiligen LAN-Technik entsprechen. Bei dem Custom Pattern Frame kann es sich um eine bis zu 64 Bytes lange Sequenz handeln, die vom Anwender in Registern festgelegt wird. Ein optionales Byte-Mask-Register im DP83TC811 gestattet eine weitere Individualisierung, indem dem Anwender die Möglichkeit gegeben wird, die ankommende Sequenz selektiv zu maskieren, um eine kürzere, zwischen 1 und 64 Bytes lange Sequenz zu spezifizieren.

Implementierung der WoL-Betriebsart

Der WoL-Betrieb muss durch Register-Konfiguration mittels des SMI aktiviert werden. Sämtliche WoL-Register befinden sich in der anbieterspezifischen Register Map, die das anbieterspezifische DEVAD [4:0] = ‚11111’ (0x1F) erfordert.

Implementierung der Magic-PacketDetektierung
Die Magic-Packet-Detektierung im WoL-Betrieb erfordert die Nutzung der folgenden Register:

Receive Configuration Register (RXFCFG, Adresse 0x04A0)
Receive Status Register (RXFS, Adresse 0x04A1)
MAC Destination Address Register 1 bis 3 (MACDA, Adressen 0x04A2 bis 0x04A4.

Implementierung der Magic-Packet-Detektierung mit Secure-on
Die WoL Magic-Packet-Detektierung mit Secure-on erfordert die Verwendung der folgenden Register:

Receive Configuration Register (RXFCFG, Adresse 0x04A0)
Receive Status Register (RXFS, Adresse 0x04A1)
MAC Destination Address Register 1 bis 3 (MACDA, Adressen 0x04A2 bis 0x04A4)
Receive Secure-on Password Register 1 bis 3 (RXFSOP, Adressen 0x04A5 bis 0x04A7)
Implementierung der Custom-Pattern-Detektierung
Die Custom-Pattern-Detektierung im WoL-Betrieb erfordert die Verwendung der folgenden Register:
Receive Configuration Register (RXFCFG, Adresse 0x04A0)
Receive Status Register (RXFS, Adresse 0x04A1)
Receive Pattern Register 1 bis 32 (RXFPAT, Adresse 0x04A8 bis 0x04C7)
Receive Pattern Byte Mask Register 1 bis 4 (RXFPBM, Adresse 0x04C8 bis 0x04CB).

Stromaufnahme reduzieren

Es gibt zwei Methoden, den DP83TC811 mit reduzierter Stromaufnahme zu betreiben: LPSM und WoL. Beide Methoden besitzen ihre jeweiligen Vorteile, die beim Design einer optimierten Lösung für die finale Anwendung zu berücksichtigen sind. Eine Senkung der Stromaufnahme auf PHY-Ebene lässt sich am besten per LPSM erreichen. Eine Minimierung der Stromaufnahme auf System-Ebene ist am besten mit der WoL-Methode umsetzbareck

Der Autor

Ross Pimentel

ist System- und Anwendungsingenieur für Ethernet bei Texas Instruments, wo er Automotive- und Industrial-Ethernet-Produkte unterstützt. Ross erhielt seine Bachelor of Science und Master of Science in Elektrotechnik von der Santa Clara University.