Bussysteme Herausforderungen von Ethernet-Debugging

Heutzutage vernetzen LIN-, CAN-, FlexRay- und MOST-Busse die Steuergeräte eines Fahrzeugnetzwerkes untereinander. In Fahrzeugarchitekturen hat sich eine sternförmige Netzwerktopologie etabliert, in der ein zentrales Gateway die Busse verbindet. Dieses Gateway stellt außerdem die Schnittstelle für den externen Zugang zur Diagnose und zum Erneuern der Steuergeräte-Software zur Verfügung. Bedingt durch die Architektur von Bussystemen können dem Gateway die Daten aller Teilnehmer zur Verfügung gestellt werden. Beim Mitlesen der Daten gibt es keinen Flaschenhals, da der Diagnosezugang (100BaseTx Ethernet) schneller ist als die meisten daran angeschlossenen Bussysteme.

Dass das Datenaufkommen in Fahrzeugen immer größer wird, ist heute kein Geheimnis mehr. Komplexer werdende Fahrerassistenzsysteme und steigende Infotainment-Angebote verlangen nach leistungsfähigen Fahrzeugdatennetzwerken. Die gängigen Fahrzeugdatenbusse haben gerade hier zwei grundlegende Nachteile. Die verfügbare Datenrate muss zwischen den Teilnehmern eines Netzwerks aufgeteilt werden. Das heißt, je mehr Teilnehmer ein Netzwerk hat, desto weniger Datenübertragungsrate steht pro Netzwerkknoten zur Verfügung. Hinzu kommt, dass die Verkabelung von Bussen mit relativ hoher Übertragungsrate wie MOST vergleichsweise teuer und unflexibel ist. Ethernet-Netzwerke können hier Abhilfe schaffen.

Im Gegensatz zu den vorhandenen Bussystemen basiert das Kommunikationsprinzip von Ethernet heute auf Punkt-zu-Punkt-Verbindungen. Dabei steht jeder dieser Verbindungen die volle Datenrate von zur Zeit 100 Mbit/s Full Duplex bei BroadR-Reach zur Verfügung. So lässt sich beispielsweise die Übertragung unkomprimierter Videodaten für Rundumsicht-Kamerasysteme oder die Etablierung eines Backbone-Netzwerks realisieren. Trotz der hohen Datenrate benötigt BroadR-Reach-Ethernet nur eine zweiadrige ungeschirmte Verkabelung, was sowohl hinsichtlich der Kosten als auch im Verbau positiv wirkt. Um das Interesse und die Akzeptanz von Ethernet als schnellen Datenbus im Fahrzeug voranzutreiben, gründeten BMW, Broadcom, Harman und NXP Ende des Jahres 2011 eine weltweit fungierende Arbeitsgruppe namens OPEN Alliance. Diese ist mittlerweile auf weit über 60 Mitglieder angewachsen. Neben GM, Hyundai, Jaguar Landrover und Renault beteiligen sich auch Zulieferer wie Bosch und Continental aktiv an der Weiterentwicklung und Anpassung der Technologie in der OPEN Alliance.

Dieses starke Interesse der Automobilindustrie an einem Ethernet-Standard führte auch zur Gründung einer IEEE-Arbeitsgruppe: Die RTPGE-Gruppe (Reduced Twisted Pair Gigabit Ethernet) arbeitet bereits an einem weltweiten Standard für Automotive-Ethernet, um im Jahre 2015 eine Ethernet-Technologie mit einer Datenrate von 1 Gbit/s zur Verfügung zu haben, welche die Automo-tive-Anforderungen erfüllt. IEEE-Standards können lizenzfrei erworben werden, wodurch zahlreiche Hersteller kompatible Produkte entwickeln können. Ethernet wird erstmals ab 2013 bei einem Premiumhersteller zur Vernetzung von Steuergeräten eingesetzt. Hierbei kommt ein günstiges ungeschirmtes Kabel zum Einsatz. Die Nachfrage nach Ethernet-basierenden Systemen ist stärker gewachsen als ursprünglich erwartet. Analyse von Ethernet-Netzwerken durch Restbussimulation, Fehlerdiagnose und Mitlesen stellen neue Herausforderungen sowohl an die Systemhersteller als auch an die Zulieferer der Analysesysteme. Neue Werkzeuge und ein umfangreiches Know-how  sind notwendig, um Ethernet-basierte Systeme in die Serie zu überführen.