Magistrala CAN to już przeżytek!

Według danych National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) zamiana kierowcy z człowieka na autopilota przynosi spadek liczby kolizji o ponad 40%. Z kolei szacunki Departamentu Transportu w USA mówią, że przesadzenie kierowcy na miejsce pasażera może obniżyć liczbę wypadków śmiertelnych nawet o 94%. To na tyle dużo, że systemy takie będą szybko rozwijane i trzeba się z tym już dzisiaj oswoić.

Od strony technicznej systemy autopilota muszą zapewnić ekstremalnie dużą niezawodność działania i wydajność. Algorytmy sztucznej inteligencji analizujące obraz z kamer w 360° wymagają zaawansowanych komputerów i pojemnych pamięci, dodatkowo zdolnych do pracy w trudnych warunkach środowiskowych. Muszą one obsłużyć także radar optyczny, GPS, dokładne mapy cyfrowe oraz dziesiątki czujników. Do spięcia elementów w całość wymagane jest wydajne łącze komunikacyjne.

Z każdym kolejnym stopniem autonomiczności komplikacja jeszcze bardziej się zwiększy. Systemy klasy ADAS 4-5 będą obsługiwać do 20 kamer, a komputerowy system sterowania będzie zwielokrotniony i rozproszony, tak samo jak dzisiejsza elektronika kosmiczna. W sumie można powiedzieć, że to komponenty mechaniczne niedługo będą dodatkiem do elektroniki w aucie, a nie odwrotnie. W 2020 roku w samochodzie ma być ok. 100 procesorów i mikrokontrolerów, w pojazdach autonomicznych będzie ich ponad 200.

Na razie komponenty sprzętowe są łączone za pomocą magistrali CAN, niemniej nie sprosta ona wymaganiom samochodów bez kierowcy i wkrótce ustąpi miejsca Ethernetowi. Podniesienie rozdzielczości kamer z 720p do 1080p a nawet do 4 k oraz głębi koloru do 24 bitów będzie wymagało zapewnienia transferu do 10 Gbps, a później nawet transferu 24 Gbps, bo te kamery muszą przesyłać nieskompresowane dane z przetworników obrazu.

Na razie, z uwagi na ograniczenia komunikacyjne, kamery, lidary mają własne procesory wideo i do komputera centralnego dostarczają dane już skompresowane. Ale wykorzystywana do tego kompresja stratna oznacza dodatkowe opóźnienia czasowe wywołane taką obróbką oraz możliwość przekłamań, np. na skutek błędnej interpretacji zdarzeń wywołanej artefaktami w obrazie. Z uwagi na to, oraz także niższe koszty, docelowo nastąpi odejście od wstępnej obróbki danych i wymagania komunikacyjne wzrosną.

Ethernet jest naturalnym kandydatem do spięcia w całość komponentów w takich pojazdach, bo jest to rozwiązanie sprawdzone, tanie i niezawodne. Z wykorzystaniem Ethernetu dość prosto zrealizować redundantne systemy sterowania, a więc mające podwójne funkcje. Rozwiązania takie, zarówno sprzętowe, jak i programowe, zapewnią też dopracowane mechanizmy bezpieczeństwa komunikacji, bo branża samochodowa może skorzystać z dorobku intelektualnego przemysłu i wojska w zakresie zapewnienia działania urządzeń w czasie rzeczywistym oraz szyfrowania komunikacji.

Zwrot ku Ethernetowi w motoryzacji nastąpi bardzo szybko. W zasadzie można powiedzieć, że już to się stało. Niedawno Marvel Semiconductor za sumę 450 mln dolarów kupił firmę Aquantia zajmującą się rozwiązaniami chipów ethernetowych do zastosowań w motoryzacji, takich jak układy warstwy fizycznej PHY i kontrolery zapewniające 10 Gbps na skrętce miedzianej. A organizacja MIPI Alliance, skupiająca większość liczących się na świecie producentów chipów dla sieci ethernetowych, poinformowała, że rozpoczęła pracę nad specyfikacją PHY o przepustowości 12 i 24 Gbps do zastosowań w motoryzacji. Duże tempo takich wydarzeń sugeruje, że dni poczciwej dwuprzewodowej CAN w samochodach są policzone.

Robert Magdziak