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Automotive-Ethernet-Testlösung

Latenzmessungen im Nanosekundenbereich

23. September 2020, 10:01 Uhr   |  Nicole Wörner

Latenzmessungen im Nanosekundenbereich
© Rohde & Schwarz

Die Software-Option R&S RTx-K35 für das Oszilloskop R&S RTO unterstützt Latenzmessungen mit hoher Präzision

Rohde & Schwarz und TSN Systems bieten gemeinsam eine Testlösung an, die hochpräzise Zeitmessungen an In-Vehicle-Netzwerken für die Schichten 1 bis 3 ausführt – und das mit Nanosekundengenauigkeit.

Durch die Radar-, Lidar- und Kamerasensoren, die heute in Fahrzeugen verbaut werden, gewinnt die Zeitsensitivität der Netzwerke enorm an Bedeutung. Riesige Mengen an Sensordaten müssen innerhalb weniger Millisekunden übertragen und verarbeitet werden. Automotive-Ethernet entwickelt sich aktuell zur de-facto-Kommunikationslösung, die diesen Anforderungen dank hoher Datenraten und Zeitsensitivität gerecht wird.

Rohde & Schwarz und TSN Systems haben nun gemeinsam eine Testlösung entwickelt, die hochpräzise Zeitmessungen an Fahrzeugnetzwerken auf Basis von Automotive Ethernet 100BASE-T1 durchführt. Rohde & Schwarz liefert dazu eine speziell auf diese Anforderungen zugeschnittene Oszilloskoplösung auf Basis eines Modells der Serie R&S RTO, während TSN Systems das Hardwareinterface zum Netzwerk – die TSN Box – sowie eine Mess- und Analysesoftware namens TSN Tools beisteuert.

Der Testaufbau überwacht eine Automotive-Ethernet-100BASE-T1-Kommunikationsverbindung, bei der die TSN Box 3.0 als Talker, Listener und TAP fungiert. Im TAP-Modus liefert die TSN Box 3.0 Informationen an einen PC mit TSN Tools auf Basis der Schichten 2 und 3. 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 R&S RTO 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 durch das R&S RTO verifiziert wird.

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

Die R&S RTx-K35 Softwareoption für das R&S RTO unterstützt Latenzmessungen mit hoher Präzision, beispielsweise die Überwachung der Kommunikation zwischen zwei Geräten über einen langen Zeitraum, und stellt Statistiken zu Fehlerraten sowie den Frame-Zeiten in den Paketen bereit. Die R&S RT-ZF7 Messobjektaufnahme dient als Bindeglied und ermöglicht das Monitoring der 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 z.B. über die Rahmenausfallrate und die Rate aufeinanderfolgender Fehler. Darüber hinaus sind auch Zeitmessungen an allen seriellen Automotive-Busprotokollen wie z.B. Automotive-Ethernet, CAN, CAN-FD, LIN, I2C möglich. 

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