GUARDKNOX F.A.S.T.E.R.
COMMENGINE

LATENZEN IN ZONALEN ARCHITEKTUREN

Die EE-Topologien in der Automobilindustrie entwickeln sich hin zu Architekturen, in denen domänen- und zonenzentrierte Konfigurationen verwendet werden, um die Funktionalität mehrerer Steuergeräte zu konsolidieren und den Unternehmen eine Reduzierung von Größe und das Gewicht des Kabelbaums zu ermöglichen. In zonalen Routern kann eine Kombination aus Mikrocontrollern und Ethernet-Switches eingesetzt werden, allerdings führt ein solches Design schnell zu Timing- und Routing-Problemen. Denn bei einer zonalen Architektur müssen Signale oder Nachrichten mehrere Hops durchlaufen, deren Latenzzeiten sich dann addieren. Die daraus resultierende Ende-zu-Ende-Verzögerung (Latenz) kann daher schnell die vom System gesetzten Grenzen überschreiten, insbesondere aufgrund von unvorhersehbaren Schwankungen.

GuardKnox F.A.S.T.E.R. CommEngine ist eine Single-Chip-Lösung, die die Funktionalität eines zonalen Gateways (Zone Controller) implementiert und ein leistungsfähiges und kostengünstiges Kommunikations-Routing ermöglicht. Das sichere Design führt Routing-Aktionen mit Hilfe von Hardware aus, um eine extrem niedrige Latenz mit Multi-Gigabit-Bandbreite zu ermöglichen und den aktuellen Anforderungen in Konnektivität und Skalierbarkeit der Automobilindustrie gerecht zu werden.

LATENZEN IN ZONALEN ARCHITEKTUREN

Die EE-Architektur geht zum Zonenkonzept über, was den Bedarf an Routing-Entscheidungen mit geringer Latenz (aufgrund von Multi-Hop-Routing) erhöht und gleichzeitig den zunehmenden Multi-Gigabit-Verkehr über den Ring-Backbone unterstützt.

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, werden die Backbone HPC zu Hochleistungsroutern, die den Datenverkehr mit extrem niedriger Latenz durch den Backbone leiten müssen, um den ordnungsgemäßen Betrieb von End-to-End-Prozessen zwischen Steuergeräten in verschiedenen Zonen zu ermöglichen.

Gleichzeitig geraten die zonalen Gateways zu Flaschenhälsen der Kommunikation, da ein kosteneffizientes Design mit einer ständig wachsenden Anzahl von Schnittstellen und Datenverkehr in Einklang gebracht werden muss.

  • Vollständiges Kommunikationsrouting zwischen Standard
    Schnittstellen CAN/CAN-FD/LIN/Ethernet
  • Automotive-Ethernet-Unterstützung - 10Base-Ts,
    100Base-T, 100Base-T/1000Base-T
  • Standard Ethernet Unterstützung 10/100BaseTx,
    10/100/1000BaseTx
  • Unterstützt integrierten L3-Ethernet-Switch
  • TSN-Unterstützung für Ethernet-Schnittstellen
  • Unterstützt ein breites Spektrum an
    AUTOSAR PDU-Routing Fähigkeiten
  • Routing-Konfiguration aus
    Standard-ARXML
  • Bereitgestellt als IP-Kern, FPGA oder ASIC
  • Unterstützung von kundenspezifischen Schnittstellen - z.B. digitale Sensorschnittstellen, analoge Sensorschnittstellen,
    SPI, I2C, etc. Einschließlich der
    internen Übertragung von kundenspezifischen Schnittstellen in die PDU
  • Kommunikationssicherheit und
    Manipulationssicherheitsfunktionen
  • Kommunikationsüberprüfung und Firewalling
  • Softcore μC-Unterstützung mit der Möglichkeit, Steuerlogik intern auszuführen
  • Unterstützung von externem RAM und Flash-Speicher
  • Unterstützung der Kommunikation mit externen μP/μC

REDUZIERUNG DER LATENZ UND ERHÖHUNG DER SICHERHEIT DURCH PDU-ROUTING IN HW

In mikrocontrollerbasierten Routern wird die breite Kompatibilität durch den Einsatz von AUTOSAR-Software-Stacks mit je nach Prozessorlast stark schwankenden Routing-Latenzzeiten von typischerweise 100 Mikrosekunden (μs) bis zu einigen Millisekunden (ms) erkauft. In einem FPGA hingegen fließen die Daten durch eine anwendungsspezifische Pipeline und selbst komplexe Operationen, wie z. B. das Auflösen der CAN-ID, um das Routing-Ziel einer eingehenden Nachricht zu finden, benötigen nur wenige Taktzyklen. Für jede Schnittstelle sind parallele Verarbeitungspipelines implementiert, die unabhängig voneinander arbeiten, so dass Routing-Latenzzeiten von wenigen Mikrosekunden pro Hop ohne umfangreiche Optimierung deterministisch erreichbar sind. Die hohe Leistungsfähigkeit ermöglicht zusätzliche Sicherheitsmaßnahmen durch Echtzeitfilter, wie beispielsweise Communication Lockdown von GuardKnox.

Um diese Funktion zu realisieren, können im FPGA integrierte Filter alle Datenpakete in Echtzeit gegen die CAN-Datenbank prüfen, um festzustellen, ob die Signalwerte gültig sind. Darüber hinaus können FPGA-Filter die Wiederholungsraten bestimmter zyklischer Nachrichten, die ebenfalls in der CAN-Datenbank festgelegt sind, überwachen, um Sensorfehler oder mögliche Denial-of-Service (DOS)-Angriffe zu erkennen. In beiden Fällen kann unnötiger Datenverkehr und Verarbeitungslast vermieden werden, indem wiederholte Nachrichten nicht weitergeleitet werden und optional programmierbare Statusnachrichten erzeugt werden.

PRODUKTANWENDUNGSFÄLLE

Schnittstellen und Kerne können je nach Bedarf hinzugefügt oder entfernt werden:

1

Subzonale CommEngine: zielt auf die lokale Aggregation von Schnittstellen mit geringer Bandbreite (CAN, LIN, Sensoren, E/A) zu einer einzigen Upstream-Schnittstelle mit hoher Bandbreite (Ethernet) ab, wie z. B. ein subzonales Türmodul.

2

Zonal CommEngine: zielt auf die zonale Gateway-Anwendung ab und wird für das Routing zwischen Low-Speed- und High-Speed-Schnittstellen, die Erstellung und Rekonstruktion von PDUs, Streaming, Sicherheit und Multi-Gigabit-Switching verwendet. Zusätzliche Rechenkerne MCU/CPU/GPU/NPU können je nach den spezifischen Geschwindigkeitsanforderungen einer Anwendung hinzugefügt oder entfernt werden.

3

HPC-Konnektivität: Die CommEngine kann auch in HPC integriert werden, um ein Backbone mit hoher Bandbreite und externe Sensoren, Steuergeräte und Gateways miteinander zu verbinden.

ZUSAMMENGEFASST – DIE VORTEILE DER F.A.S.T.E.R. COMMENGINE VON GUARDKNOX

  • Beschleunigung von Netzwerken und Anwendungen
  • Einfach zu integrierende Single-Chip-Lösung
  • Kostenreduzierung durch MCU + Switch-Lösung
  • Reduzierung des Verkabelungsaufwands durch eine zonale Architektur

ZONALE EE-ARCHITEKTUR

Sind Sie bereit für die Evolution?

MEHR ERFAHREN