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O que o futuro reserva para os Sistemas Avançados de Assistência ao Motorista (ADAS) e a conectividade de veículos?
Os avanços tecnológicos nos Sistemas Avançados de Assistência ao Motorista (ADAS) e a conectividade de veículos têm levado os Fabricantes Originais de Equipamentos Automotivos (OEMs) a revisitar a arquitetura de dados utilizada em seus veículos, com a “zonificação” emergindo como a abordagem preferida. Permitir o processamento distribuído em uma arquitetura zonal, que se conecta a um computador central, requer uma espinha dorsal de dados de alta velocidade com alta largura de banda e baixa latência em cabos longos. Esses são requisitos essenciais para aplicações críticas de segurança que dependem de dados em tempo real. Além disso, a quantidade de computação realizada a bordo dos automóveis também cresceu consideravelmente à medida que a Inteligência Artificial (IA) e o Aprendizado de Máquina (ML) se tornaram recursos cada vez mais importantes no ecossistema automotivo. Este post discute como o Peripheral Component Interconnect Express (PCIe®) e o ethernet automotivo se combinam para criar a espinha dorsal de alta velocidade necessária para atender a essas demandas.
Ethernet automotiva
O desenvolvimento de padrões xBASE-T1 multi-velocidade para transmissão full-duplex sobre um par trançado único (STP) tornou a Ethernet automotiva uma escolha ideal para várias aplicações automotivas, desde sensores de baixa velocidade até a interface inter-ECU e simplificação da Conectividade Inter-Veicular (IVN) dentro da arquitetura zonal. O padrão IEEE® 802.3ch (lançado em 2020) aumentou ainda mais a largura de banda de dados para até 10 Gbps em cabos de até 15 metros e suporta a rede com sincronização de tempo (TSN) e a ponteamento áudio-vídeo (crítico), requisitos essenciais para a conectividade de câmeras. Isso permitiu que os OEMs reduzissem o tamanho e o peso das redes de cabeamento, resultando em veículos mais eficientes em termos de consumo de combustível. Além dos avanços na camada física (Camada 1), a Ethernet automotiva ainda suporta protocolos maduros nas Camadas 2 e 3, permitindo que verificações de transmissão ponto-a-ponto sejam realizadas até a camada de aplicação. Outras vantagens dessa tecnologia de rede incluem o suporte para sistemas operacionais nativos (SOs) e a possibilidade de variar o tamanho de um quadro Ethernet para corresponder ao tamanho da carga de dados.
PCIe (Peripheral Component Interconnect Express)
Em ambientes de data center, o PCIe se destaca como uma conexão entre elementos de processamento de alto desempenho e como uma ferramenta para conectar placas adicionais, como placas de interface de rede (NICs). No ambiente automotivo, o PCIe é ideal para suportar arquiteturas de Alto Desempenho de Computação (HPC) de última geração. Os principais benefícios de desempenho incluem:
- Largura de banda escalável: A largura de banda do PCIe dobrou a cada nova geração, atingindo 64 Gigas de transferências por segundo para o PCIe 6.0, permitindo que os projetistas implementem uma interface que se ajusta continuamente para atender a uma demanda cada vez maior por largura de banda. O PCIe também oferece larguras de link flexíveis, onde as vias paralelas permitem uma expansão de largura de banda (até um fator de 16) para uma taxa máxima de dados bidirecional de 256B/s.
- Latência ultra baixa e confiabilidade: O PCIe é um padrão de camada física que não depende do manuseio de software por protocolos de camada superior; portanto, pode transportar dados de forma confiável com latência ultra baixa (da ordem de dezenas de nanossegundos). Isso permite que as unidades centrais de processamento (CPUs) se comuniquem com motores de IA e ML dedicados em tempo real.
- Acesso Direto à Memória (DMA): O PCIe não requer pacotes para DMA (em vez disso, usa um tamanho fixo de quadros). Isso ajuda a otimizar a latência dos processadores que acessam os vastos recursos compartilhados de armazenamento de dados, como unidades de estado sólido (SSD). Enquanto outras tecnologias de interface incorrem em um overhead em ciclos de CPU para acessar, copiar e armazenar dados de memória de outro local, os processadores podem usar o PCIe para acessar eficientemente recursos de memória compartilhados como se estivessem disponíveis localmente.
O PCIe é baseado em padrões e foi amplamente adotado por diversos fabricantes para CPUs, Unidades de Processamento Gráfico (GPUs) e aceleradores de hardware. Além disso, os componentes de alto desempenho do ecossistema de processamento de dados oferecem suporte nativo ao PCIe como sua principal infraestrutura de rede. As arquiteturas de comutação baseadas em PCIe com topologias de ponte não transparente (NTB) possibilitam o compartilhamento de dados de mais alto desempenho. À medida que as OEMs automotivas avançam em direção ao processamento distribuído com redundância adicionada na espinha dorsal de dados de alta velocidade, implantar o PCIe nativo além do nível da placa pode se tornar uma alternativa cada vez mais atraente. A abordagem tradicional de traduzir o PCIe para Ethernet (via NIC para transporte de cabo) e depois novamente para a unidade de controle de destino significa que os benefícios inerentes ao PCIe são perdidos. Usar o PCIe nativo para conectar SoCs de alto desempenho ou críticos em termos de segurança pode permitir que as OEMs aproveitem os benefícios da ultra baixa latência, entrega confiável de dados e DMA de baixo overhead.
Para obter mais informações sobre os produtos de ethernet automotivo, visite a página de soluções da Microchip. Confira a página de produtos PCIe para mais detalhes.
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Artigo escrito por Richard Herbert e publicado no blog da Microchip: PCIe® and Automotive Ethernet: Working Shoulder to Shoulder to Deliver Real-Time Connectivity in Automobiles
Traduzido pela Equipe Embarcados. Visite a página da Microchip No Embarcados
(*) Este post foi patrocinado pela Microchip
