F-4 車載LANの技術動向と計測ソリューション アプリケーション・エンジニア パワー・エレクトロニクス、 車載インタフェース担当 宮崎 強 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム 本日の内容 高度化するカー・エレクトロニクスの技術動向 CANの概要と解析ソリューション MOSTの概要と測定ソリューション BroadR-Reachの概要と測定ソリューション MicroSecond Channel の概要と評価ソリューション SENT Interfaceの概要と評価ソリューション 2 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム １．ますます高度化するカー・エレクトロニクス WiFi通信の解析 ECU内部のタイ ミング検証 フローティング測定 非接触充電 高速シリアル信号 の解析 CAN／LINバス信号の デコード＆解析 デジタル・アンプ の解析 燃焼・点火波形解析 MPEG-TSの記録＆再生 HIDバラスト回路 の解析 ISDB-T RF信号発生 PWM信号源 インバータ回路 の解析 モータのインダクタンスの 解析 3 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム FPGAのIPデバッグ イモビライザの 解析 TPMSの解析 技術的チャレンジ エコロジー 燃費改善 排気ガス規制 エンジン効率改善 Honda NightVision System 非接触充電 ハイブリッド車 つながる車 VICS ITS ETC カー・シアター EPS 電気自動車 燃料電池車 自動運転システム テレマティックス、WiFi より快適・便利に ITS: Intelligent Transportation System 4 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム TPMS 衝突回避支援 キーレス・エントリ 盗難防止 センサ AFS 画像処理 安全自動車 安全走行支援 より安全に アクティブ・セイフティ ～ぶつからないクルマ～ 統合システム ⁻ X-by-Wire ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ Throttle by wire Steering by wire Brake by wire Shift by wire ⁻ 電子の眼 ⁻ 電子ビジョン・システム ⁻ 一台あたり10個のイメージ・センサ ⁻ CCD ⁻ CMOS image sensor ⁻ Infra-red sensor ⁻ 画像解析手法 ⁻ 追突防止用レーダ ⁻ ミリ波レーダ ⁻ レーザ・レーダ 5 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム 電子の眼-1 アプリケーション別検出エリア Cross Traffic Monitor Lane Change Support Precrach Sensor Stop & Go Night Vision Front Seat Monitor Lane Keeping Source: OMRON 6 Parking Assist TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム Rear View Monitor 電子の眼-2 赤外線センサによる悪天候時の歩行者検出 ダイナミック・レンジの広いイメージ・センサ Digital CCD camera, 1280x960 pixels, auto-mode 7 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム Source: http://www.honda.co.jp/news/2004/4 040824a.html HDRC® 4PC, 512x256 pixels, 30 frames/s Source: http://www.imschips.de/content/pdftext/HDRC_ Imager_Camera_Feature3.pdf 電子の眼-3 車線検出 Left view Image processed Source: Toshiba Co., Ltd. 8 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム Right view Differentiation 制御データの共有化と “ぶつからない車” の実現 画像処理 Throttle-by-wire ダッシュボード制御 吸気流量 エンジン回転数 スロットル開度 エンジン温度 故障診断情報 故障診断情報 エンジン回転数 車速 ギヤ・ポジション スロットル開度 油温 油圧 トランスミッション制御 9 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム ブレーキ制御 ＦｌｅｘＲａｙ MicroSecond Channel Shift-by-wire Brake-by-wire 走行距離 時計 燃料残量 エンジン温度 車速 エンジン回転数 エンジン制御 空燃費 イメージ・センサ （ABS) ギヤ・ポジション 車速 診断情報 車輪速 共有制御データ BroadR-Reach CAN通信 車速 操舵角 SENT 診断情報 モータ回転数/位置 操舵速度 ステアリング制御 Steering-by-wire Tektronix のオートモーティブ・サポート エコロジー パワー解析 燃費改善 排気ガス規制 エンジン効率改善 ITS デジタル放送 電気自動車 自動運転システム VICS ETC カー・シアター テレマティックス、WiFi より快適・便利に 10 EPS TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム ノイズ解析 LAN ハイブリッド車 つながる車 パワーアナライザ 電力効率測定 非接触充電 テスト信号源 WiFi 通信 CAN/LIN/FlexRay タイミング＆ プロトコル解析 TPMS 衝突回避支援 キーレス・エントリ 盗難防止 BroadR Reach、MOST MicroSecond Channel センサ AFS 画像処理 ロジック解析 安全自動車 安全走行支援 より安全に 2. CAN (Controller Area Network)の概要 自動車、産業機器の自動化、医療機器内のシステム 間通信で使用 シリアル、アシンクロナス、マルチマスタ通信 ⁻エラー検出やエラー・ハンドリングに優れている ⁻“メッセージ“はネットワーク上の全てのノードに送出される 接続は、シングル・ワイヤ、デュアル・ワイヤ、フォルト・ トレラントのいずれか データ・レート： Tx CAN Controller 10kbps～ 1 Mbps 11 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム Rx CAN_H Rx CAN_L CAN 物理層 Tx Electronic Control Unit High Speed CANのシグナリングと接続 High Speed CANの信号と接続 ⁻ High Speed CAN： 125kbps～1Mbps ⁻ （Low Speed CAN： 10kbos～125kbps） ⁻ 1から0に遷移するエッジで同期される （リセッシブからドミナントへの遷移で同期） ⁻ 5ビット以上0が続く、または1が続く場合は、 6ビットめに反転ビットが挿入される （ビット・スタフィング） ⁻ MSB First ECU 1 12 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム ECU n 参考：CAN の データ・フレーム・フォーマット • CAN 2.0A Standard Frame CRC Field 0 -8 bytes 15-bit CRC DEL DEL DLC ACK Field ACK R0 IDE RTR SOF 11 Bit Identifier Control Data Field Field IFS Arbitration Field Data Frame EOF 7 3 • CAN 2.0B Extended Frame Data Frame Arbitration Field TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム bytes 15-bit CRC DEL DEL 13 DLC 0 -8 CRC Field ACK Field ACK SOF – Start of Frame SRR – Substitute Remote Request IDE – Identifier Extension RTR – Remote Transmission Request IDE – Identifier Extension R0 – Reserved bit DLC – Data Length Count CRC – Cyclic Redundancy Count ACK – Acknowledgement bit R0 18 bit Identifier R1 RTR IDE SRR SOF 11 Bit Identifier Data Field EOF 7 IFS Control Field 3 Extended Frame : IDE=1 Extended Data Frame : RTR=1 Extended Remote Frame : RTR=0 CANの構成例 ECU1 エンジン ECU3 ABS CAN 1 パワー・トレイン ECU2 AT ECU4 Gateway Gateway ECU ルーフ ボディ ECU ドア ECU シート センサ Gateway LIN LIN ECU1 CAN 2 ECU CAN 3 Gateway CAN 4 14 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム CANの基本概念 データ・フレーム (DF) ⁻ トランスミッタからレシーバにデータを伝送 ECU1 ECU2 リモート・フレーム (RF) ID+Data CAN ⁻ ネットワーク上のノードに対するデータの要求 エラー・フレーム (EF) ⁻ エラー検出時にノードが送信 オーバロード・フレーム (OF) Ack ECU3 ⁻ CANコントローラが前回のメッセージの処理を まだ完了していないときに次のメッセージの 開始を遅延させる ECU4 バス・アービトレーション（調停） ECU1 ECU2 ID+Data ID+Data ECU3 CAN ECU4 優先度の高い ID の ECU のみ送信を継続 CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)方式 15 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム MSO4000BシリーズによるCANバスの解析 （拡張モジュール：DPO4AUTOMAX） 入力の設定および閾値とビットレートの設定 16 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム MSO4000BシリーズによるCANバスの解析 IDによるトリガの設定 17 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム MSO4000BシリーズによるCANバスの解析 イベント・テーブル表示 18 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム MSO5000BシリーズのSR-AUTOによる バス解析 バス・デコード設定 19 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム MSO5000シリーズのSR-AUTOによるバス解析 CANバスによるトリガ設定 20 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム MSO5000シリーズのSR-AUTOによるバス解析 CANバスのデコード結果のイベント・テーブル表示 21 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム MSO5000シリーズのSearch & Markによる解析 CANバスの特定イベントを検索 22 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム ロング・メモリを自由自在に観測、検証！ Wave Inspector 膨大な波形データから注目すべき特定のイベントを 探すのに時間がかかりすぎる 20,000画面あると1画面2秒でも40,000秒かかる 解決 Wave Inspector はオシロスコープにおける検索エンジン 画期的な操作パネル ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ Zoom Pan Play / Pause Markのセット/クリア マーカ間の自由な移動 サーチ機能とトリガの融合 アナログ感覚の外側ノブ ⁻ ⁻ 速く回すと速く動き 反対に回すと逆方向に移動するか、 スピードダウン ⁻ かつてない直感操作 23 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム Wave Inspector の強力なサーチ機能 エッジ パルス幅 ロジック 24 セットアップ・タイム＆ ホールド･タイム違反 ラント 立上り／立下り時間 I2C スタート、繰り返しスタート、ストップ、Missing Ack、アドレス、データ、 アドレスとデータ SPI SS Active、MOSI、MISO、MOSI & MISO CAN フレームの開始、フレームのタイプ（データ、リモート、エラー、オーバ ロード）、識別子（標準または拡張）、データ、識別子とデータ、EOF、 Missing Ack TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム 3. MOST ADAS※のための通信 娯楽用マルチメディア 他の車載通信バス(CAN 、FlexRay等) とデータ共有 ※ ADAS：Active Driver Assistance Systems 25 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム Source: www.mostcooperation.com MOST のネットワーク・ダイアグラムとテスト・ポイント MOST50 テスト・ポイント フィルタ および アイソレー ション・トラン ス MOST50 トランスミッタ SP1E アイソレー ション・トラン スおよび フィルタ Twisted Pair wire SP2E SP3E MOST150 テスト・ポイント Optical Cable 26 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム MOST50 レシーバ SP4E MOST 物理層の評価項目 MOSTの評価項目 ⁻ タイミング、ジッタ、 アイ・ダイアグラム・マスクテスト、 BER、レシーバ耐性 27 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム テクトロニクスの MOST テスト・ソリューション MOST Essentials MOST Essentials （Opt.MOST） ⁻ MOSTテストのためのDPOJET用セットアップ・ライブラリ (DPOJET: ジッタ・アンド・アイ・ダイアグラム解析ソフトウェア） ⁻ MOST50 および MOST150 の規格適合性テストおよびデバッグ用ソフトウェア 特長 ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ コンプライアンス・テストとデバッグをシームレスに実行可能 AWG任意波形ジェネレータはMOSTコンソーシアムで認証されている唯一の信号発生器 MOST150およびMOST50の規格試験を100%カバーし、さらに追加的試験もサポート Pass/Fail、マージン、アイ・ダイアグラム、波形画面イメージを含むレポートを自動生成 MOST50、MOST150はそれぞれ350MHz、1GHz以上のオシロスコープでサポートのた め、コストを抑えた測定 MOSTのUIと必要なオシロスコープの周波数帯域 28 MOST Essentials （Opt.MOST ）による 測定結果レポート Pass／Fail の一覧 MOST150 のOvershoot ,Undershoot測定、 Pass／Fail判定をオシロ画面イメージと共に レポート マージン、アイ・ダイアグラム・TIEタイム・トレンド 29 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム 参考：MOST 規格適合性テスト用推奨構成 オシロスコープ MOST50： DPO/MSO5034B型以上のWindows7搭載オシロスコープ MOST150：DPO/MSO5104B型以上のWindows7搭載オシロスコープ 最小必要帯域は MOST50：350MHz, MOST150：1GHz. P6248型差動プローブ ×1本 （MOST50 および MOST150） プローブ （オシロスコープに応じてTPA-BNCアダタプタまたはTCA-BNCアダプタが必要） Graviton O/E プローブ ×１本 およびoptical 80/20 POF 1mm Splitter (http://www.graviton.co.jp/english/products/optical/oe_products/spd-2/spd2_e.html.) . ソフトウェア Opt.MOST - MOST Essentials Electrical Compliance and Debug Test Solution for MOST50 and MOST150 (requires DJA). （Windows7搭載オシロスコープ用ファームウェア v6.4.0以上が必要） フィクスチャ 信号発生器 30 Option DJA (DPOPJET： Advanced Jitter & Eye Diagram Analysis Software) v3.6.0 build 32 以上 AWG7122C型任意波形ジェネレータ用 MOST co-operation official compliance patterns （www.mostcooperation.com）. 不要 AWG7122C/ AWG610 型任意波形ジェネレータ用 AWG-to-ePHY アダプタ (SMSC EB0803PCB2A), SMA アダプタ ([email protected] (No Weblink available) TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム 4. BroadR-Reach（ブローダ・リーチ） 娯楽システム 360° カメラ・システム 31 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム オン・ボード・ダイアグ BroadR-Reach技術の概要 BroadR-Reach™ は Broadcom® 社のイーサネット・ベース によるポイント・ツー・ポイント通信の物理層 ⁻ OPEN Alliance SIGが推進している OPEN: One-pair Ethernet 1-pair UTPケーブル（Unshielded Twist Pair Cable）使用 BroadR-Reach 物理層 (PHY) のトランシーバはMII (IEEE Standard 802.3-2012 Clause 22 )による MAC（media access controller ）をサポートしている 1対のツイスト・ペア・ケーブルで100Mbpsの通信 IEEE Standard 802.3-2012 によってBroadR-Reach Physical Coding Sub-layer (PCS) および BroadR-Reach Physical Media Attachment sub-layer (PMA)が規定され ている ※ BroadR Reach は車載用イーサネットの物理層の規格なのに対し、 Ethernet AVB （IEEE802.1 Audio/Video Bridging）はデータリンク層の規格で、 AVnu Allianceが推進している。（リアルタイム性の向上とフェイルセーフの確保） 32 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム 1ペアのUTPケーブルで100Mbpsの通信 標準のIEEE 802.3 100Mbps MACインタフェース Source: Broadcom 33 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム 標準のIEEE 802.3 100Mbps MACインタフェース LVDSとBroadR-Reachのケーブル比較 接続のためのコストを最大で 80%低減* ケーブルの重量を最大で 30%低減* * Source : Broadcom Presentation 34 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム テクトロニクスのBroadR-Reach測定ソリューション Option BRR BroadR-Reachの規格適合性の自動テスト・ソフトウェア DPO/MSO5000、7000、70000シリーズのWindows7搭載 オシロスコープ上で動作 オシロスコープの自動設定と測定結果レポートの自動生成 35 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム BroadR Reachの測定項目とテスト・フィクスチャ 1000/100/10BaseT テスト用の TF-GBE-BTP 型テスト・フィクスチャを推奨 BroadR Reachの測定項目 36 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム テクトロニクス DPO5054B Opt.BRRによる測定 Transmitter Power Spectral Density(PSD) – 5.4.4 Test mode 5 の信号を使用 オシロスコープを使用してPSDを測定し、 マスク・テスト ⁻ スペクトラム・アナライザ不要のため、ロー・コスト ⁻ 規定のマスクに違反しないことを確認 オシロスコープによるPSD測定は10GBaseTや MIPI M-PHYで実績のある手法 MDI Return Loss – 5.1.3 (MDI：Medium Dependent Interface) 信号発生器とオシロスコープを使用し、信号発生器からの 差動信号と反射信号を測定し、リターン・ロスを得る ⁻ フィクスチャを使用し、オープン、ショート、 ロードで校正 ⁻ ネットワーク・アナライザが不要のため、 ロー・コスト ⁻ 規定のマスクに違反しないことを確認 37 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム Broadcom BCM89810を使用した測定のための 接続例 38 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム 参考：BroadR-Reach（BRR）物理層評価用の 推奨構成 オシロスコープ DPO/MSO5000Bシリーズ、DPO7000Cシリーズ、 DPO/MSO70000シリーズのいずれか（Windows7を搭載のもの） リターン・ロス測定用：2本のP6248型またはP6247型 プローブ リターン・ロス測定以外：1本のP6247型、P6248型、P6330型TDP1500型、 TDP3500型、P7330型、P7350型のいずれか 信号源 フィクスチャ その他アクセサリ AFG3102C型、AFG3252C型、AWG5000Cシリーズ、AWG7000Cシリーズ のいずれか1台 TF-GBE-BTP型 1ペアのSMAケーブル、SMA-BNCアダプタ×3個 (AWG7000Cシリーズ使用の 場合） または AWG5000シリーズ MSO5000シリーズ 39 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム AFG3000シリーズ ５．MicroSecond Channel (MSC) Infineon Technologiesによって開発された次世代通信規格 ⁻ コントローラとパワー・デバイス間の通信 ⁻ 接続信号ピン数を大幅に削減 ⁻ ECUからPower Deviceへのダウンストリームは最大40MBaud、 Synchronous シリアル通信 ⁻ 出力データ SOP／SON と出力クロック FCLP／FCLN はLVDS ⁻ 出力クロック FCL は40MHz （f FCL= f MSC／2 = 40MHz） ⁻ Power DeviceからECUへのアップストリームは、1-wireの Asynchronous シリアル通信 ⁻ 入力データ SDI のBaud Rate は、 f MSC／4、8、16、32、128、 256 40 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム Frame Format Downstream ⁻ 3種類のフレーム・タイプ ⁻ コマンド・フレーム（Command Frames） ⁻ データ・フレーム（Data Frames） ⁻ パッシブ・タイム・フレーム（Passive Time Frames） 41 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム Frame Format Upstream ⁻ 12ビットまたは16ビットのデータ・フレーム（アドレスなしまたはアドレス 付き） 42 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム ＭＳＯ/ＤＰＯ５０００Bシリーズによる MicroSecond Channelのデコード設定 Downstreamのデコード設定 Upstreamのデコード設定 43 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム MicroSecond Channel のデコード表示と Search & Mark によるデータ検索 Upstreamの0x555データの検索例 44 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム SENT の概要と評価ソリューション 3 45 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム SENTインタフェース SENT（Single Edge Nibble Transmission） ⁻ シングル・ワイヤによるセンサからコントローラへのパケット・データ通信 ⁻ ADCとコントローラ間のローコスト通信 ⁻ J2716 SAE規格 単方向通信 接続 ⁻ 5V、 GND、SENT データは4ビット（Nibble）単位で送られる クロック周期のサイクル数でエンコーディング ⁻ 2つの連続する立下りエッジ間の周期でデータが定義される 46 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム SENTメッセージ・パケット Tickはクロック周期を意味する ⁻ 3μs～90μs パケットはSYNC、Status、Data、CRCで構成される ⁻ SYNC は56 Ticks ⁻ Status はビット2とビット３にステータス情報を含む 4-bit Nibble ⁻ CRC はCRCデータを含む4ビットNibble 47 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム SENTのデコード表示とデータ検索 データCE38F6の検索例 48 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム 参考：その他の車載インタフェース 特に車載カメラ用 V-by-One HS※ APIX2：Automotive Pixel Link ※ FPD-Link III ※ GMSL：Gigabit Multimedia Serial Link GVIF：Gigabit Video InterFace 当社は対応（※対応済） 49 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム まとめ：車載LANの技術動向と測定ソリューション つながる車、予防安全／自動運転、EV、PHV、FCV 高度化するカー・エレクトロニクスの開発、評価をサポート ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ インバータの効率測定 ノイズ測定 車載LAN評価 WiFi／無線LAN／携帯電話（つながる車） ディスプレイ・インタフェース イメージ・センサ・インタフェース（電子の目） RSA306型 USBリアルタイム・スペクトラム・アナライザ 幅広い車載通信、LANの物理層とプロトコル解析をサポート ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ ⁻ CAN、LIN、FlexRay SPI、I2C USB、WiFi、Blutooth MicroSecond Channel（MicroSecond Bus） MOST BroadR Reach（Ethernet AVB） MSO/DPO5000Bシリーズ 強力な検索機能により、解析に要する時間を大幅に短縮 カスタム・デコード機能により、将来の新しいシリアル通信にも対応 50 TIF2015 テクトロニクス／ケースレー イノベーション・フォーラム
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