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V1.00 2013-11-22
Webinar
Einführung in Ethernet und IP im Kraftfahrzeug
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Slide: 2
Agenda
> Informationen 3
Einführung 6
Physikalische Schichten 8
IEEE Ethernet MAC + VLAN 14
Internet Protocol (IPv4/IPv6) 18
TCP und UDP 22
Anwendungsbezogene Protokolle 27
Zusammenfassung und Ausblick 32
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Slide: 3
InformationenModerator
Dipl. Ing. (FH), M.Sc. Jan BossertTechnical Trainer
Schulungsgebiete CAN, FlexRay, Ethernet und IP
CANoe und CANalyzer
Email: academy@vector.com
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InformationenVector Schulungen/Workshops
Grundlagen: > CAN, LIN, Ethernet und IP, …
Produkte:> CANoe, CANalyzer, CANape, …
Software Komponenten:> AUTOSAR, OSEK/VDX, …
VectorAcademy
Weitere Information:> www.vector-academy.com
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Agenda
Informationen 3
> Einführung 6
Physikalische Schichten 8
IEEE Ethernet MAC + VLAN 14
Internet Protocol (IPv4/IPv6) 18
TCP und UDP 22
Anwendungsbezogene Protokolle 27
Zusammenfassung und Ausblick 32
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1
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Ethernet PHY(Open Alliance BroadR-Reach, IEEE 100Base-TX/1000Base-T)
IEEE Ethernet MAC + VLAN
IPv4/IPv6
TCP/UDP
SOME/IP DoIP
AVB
XCP
Service Control/Discovery
Diagnostics and Flash Update
Measurement and Calibration
Audio/VideoTime Sync
ISO 15118Part 3
Smart Charging
ISO 15118Part 1 + 2
EinführungAnwendungsbereiche
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Agenda
Informationen 3
Einführung 6
> Physikalische Schichten 8
IEEE Ethernet MAC + VLAN 14
Internet Protocol (IPv4/IPv6) 18
TCP und UDP 22
Anwendungsbezogene Protokolle 27
Zusammenfassung und Ausblick 32
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Physikalische SchichtenEthernet Topologie im Kfz
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Physikalische SchichtenKomponenten im Steuergerät (ECU)
µC: HOST
Beinhaltet Anwendungs- und Basissoftware des Steuergerätes
Verfügt über IEEE Ethernet MAC sowie höhere OSI Schichten
MII: Medium Independent Interface
Schnittstelle vom µC zum Ethernet PHY
MDI: Medium Dependent Interface
Verbindung vom Ethernet PHY zum physikalischen Medium
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MASTERBroadR-Reach
PHYMDI
SLAVEBroadR-Reach
PHYMDI
100 Mbit/s FULL DUPLEX
ECU 1 ECU 2
UTP: Unshielded Twisted Pair
Physikalische SchichtenOpen Alliance BroadR-Reach
Kodierung/Dekodierung:
4B3B, 3B2T, PAM3
Taktrückgewinnung/Synchronisation:
Master-Slave Verfahren
Konfiguration im PHY
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Physikalische SchichtenIEEE 100Base-TX
100Base-TX
PHY100Base-TX
PHY
MDI
100 Mbit/s FULL DUPLEX
ECU 1 ECU 2
MDI
Tx Rx Tx Rx
Kodierung/Dekodierung:
NRZI, 4B5B, MLT-3
Taktrückgewinnung/Synchronisation:
Jeweiliger Pfad wird von Sender aktiv gehalten
Kontinuierliche Synchronisation
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Physikalische SchichtenIEEE 1000Base-T
Kodierung/Dekodierung:
4D-PAM5, 8B1Q4
Taktrückgewinnung/Synchronisation:
Master-Slave Verfahren
Rollen können konfiguriert oder ausgehandelt werden
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Slide: 13
Agenda
Informationen 3
Einführung 6
Physikalische Schichten 8
> IEEE Ethernet MAC + VLAN 14
Internet Protocol (IPv4/IPv6) 18
TCP und UDP 22
Anwendungsbezogene Protokolle 27
Zusammenfassung und Ausblick 32
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IEEE Ethernet MAC + VLANEigenschaften
Vom Übertragungsmedium unabhängige Schicht
Definiert Grundfunktionen für Ethernet-basierte Kommunikation:
> Zugriffsverfahren: CSMA/CD
> Frame-Format: Ethernet Frame
> Adressierung: Teilnehmeradressierung
Detaillierte Unterteilung von Schicht 2:
> LLC: Logical Link ControlRegelt mehrere Verbindungen höherer Schichten
> MAC: Medium Access ControlStellt die o.g. Grundfunktionen zur Verfügung
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IEEE Ethernet MAC + VLANMAC-Adressen und VLAN
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IEEE Ethernet MAC + VLANEthernet Frame
PRB: Präambel (Übertragungsbeginn)
DA: Destination Address (Ziel-MAC)
SA: Source Address (Quell-MAC)
Type: Wert ≤ 1500 (0x05DC)
> Ethernet 802.3 Frame
> Längenangabe in Byte
Payload: Datenfeld (42-1500 Byte)
CRC: Cyclic Redundancy Check
Type: Wert > 1536 (0x0600)
> Ethernet II Frame
> 0x8100: VLAN Tag
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Agenda
Informationen 3
Einführung 6
Physikalische Schichten 8
IEEE Ethernet MAC + VLAN 14
> Internet Protocol (IPv4/IPv6) 18
TCP und UDP 22
Anwendungsbezogene Protokolle 27
Zusammenfassung und Ausblick 32
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Internet Protocol (IPv4/IPv6)Einführung
Ermöglicht netzübergreifende Adressierung
Verwendet Ethernet Frames:
> IPv4: Type 0x0800
> IPv6: Type 0x86DD
Kommt in zwei Versionen zum Einsatz
> IPv4: Vier-Byte-Adressen (32 Bit)
> IPv6: Sechzehn-Byte-Adressen (128 Bit)
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Internet Protocol (IPv4/IPv6)IP-Adressen (Beispiel IPv4)
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Internet Protocol (IPv4/IPv6)IP-Paket (IPv4)
2 Byte
Options*
VER
LGT
TOS
ID
IHL
FL FO
TTL PRT
HCRC
SA (Byte 0..1)
SA (Byte 2..3)
DA (Byte 0..1)
DA (Byte 2..3)
Felder im IPv4-Paket> VER: Verwendete IP-Version (v4, v6)
> IHL: Header-Länge in DWORD
> TOS: Type of Service (ermöglicht Priorisierung)
> LGT: Länge des Pakets inkl. Header in Byte
> ID: Eindeutiger Identifier für ein Paket
> FL: Gibt an, ob Paket fragmentiert ist
> FO: Fragment Offset für Paketfragmentierung
> TTL: Time To Live (Lebenszeit für das Paket)
> PRT: Protokollfeld für höhere Schichten
> HCRC: Header-CRC
> SA: Source Address (Quell-IP)
> DA: Destination Address (Ziel-IP)
> Options: Weitere Optionen (optional)
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Agenda
Informationen 3
Einführung 6
Physikalische Schichten 8
IEEE Ethernet MAC + VLAN 14
Internet Protocol (IPv4/IPv6) 18
> TCP und UDP 22
Anwendungsbezogene Protokolle 27
Zusammenfassung und Ausblick 32
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Slide: 22
TCP und UDPEinführung
TCP: Transmission Control Protocol
Ermöglicht verbindungsorientierte Kommunikation
UDP: User Datagramm Protocol
Ermöglicht verbindungslose Kommunikation
TCP und UDP
Adressierung erfolgt mit Ports
> Source Port: Quell-Port des Senders
> Destination Port: Ziel-Port des Empfängers
Benötigen IP-Pakete:
> TCP: Protokollfeld = 6
> UDP: Protokollfeld = 17
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TCP und UDPTCP/UDP-Ports
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Slide: 24
TCP und UDPTCP-Segment
Felder im TCP-Segment> SP: Source Port (Quell-Port)
> DP: Destination Port (Ziel-Port)
> SEQ Nr.: Sequenznummer des ersten Datenbytes im TCP-Segment oder Initialisierungsnummer wenn SYN Flag gesetzt ist
> ACK Nr.: Acknowledgement-Nummer wenn ACK Flag gesetzt ist
> OFF: Länge des TCP-Headers ohne Nutzdaten
> res: Wird nicht verwendet
> FLAGS: Control Flags (nächste Folie)
> WIN: Größe des Empfangs-Puffers am Sender des aktuellen Segments
> CHK: Prüfsumme
> UP: Urgent Pointer wenn URG Flag gesetzt ist
> options*: Optionale Zusatzinformationen
> data: Nutzdaten
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TCP und UDPUDP-Paket
Felder im UDP-Paket> SP: Source Port (Quell-Port)
> DP: Destination Port (Ziel-Port)
> Length: Länge des Pakets inklusive Header (mindestens 8 Byte)
> Checksum: Optionale Prüfsumme
> Data: Nutzdaten, die im Paket übertragen werden
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Agenda
Informationen 3
Einführung 6
Physikalische Schichten 8
IEEE Ethernet MAC + VLAN 14
Internet Protocol (IPv4/IPv6) 18
TCP und UDP 22
> Anwendungsbezogene Protokolle 27
Zusammenfassung und Ausblick 32
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Slide: 27
Anwendungsbezogene ProtokolleSOME/IP: Scalable Service-Oriented Middleware over IP
Anwendungsbereiche:
> SOME/IP: Service-orientierte Datenübertragung für geregelte Kommunikation
> SOME/IP-SD: Erkennung von verfügbaren Services und deren Status
Benötigt TCP- oder UDP-Pakete:
> UDP: Verbindunglos ohne Quittung
> TCP: Verbindungsorientiert mit Quittung
Beschreibungsdatei: FIBEX 4.0/4.1
> Beschreibungen für Services und deren Inhalt (Methoden, Ereignisse, Felder)
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Anwendungsbezogene ProtokolleDoIP: Diagnostics over IP
1
2
3
4
5
6
7
Ethernet PHY
Ethernet MAC + VLAN
IPv4/IPv6
TCP/UDP
DoIP
Diagnostics and Flash Update
Anwendungsbereiche:
> Diagnose über Ethernet und IP
> Flash-Programmierung
Benötigt TCP- oder UDP-Pakete:
> UDP: Verbindunglos ohne Quittung
> TCP: Verbindungsorientiert mit Quittung
Beschreibungsdatei: CDD, ODX, etc.
> Beschreibt die verfügbaren Diagnose-Services
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Slide: 29
Anwendungsbezogene ProtokolleXCP: Universal Measurement and Calibration Protocol
Anwendungsbereiche:
> Messdatenerfassung (asynchron/synchron)
> Kalibrierung (verstellen/parametrisieren)
> Flash-Programmierung
Benötigt TCP- oder UDP-Pakete:
> UDP: Verbindunglos ohne Quittung
> TCP: Verbindungsorientiert mit Quittung
Beschreibungsdatei: A2L
> Beinhaltet Speicheradressen und verfügbare Objekte eines Steuergerätes
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Anwendungsbezogene ProtokolleAVB: Audio Video Bridging
Anwendungsbereiche:
> Zeitsynchrone Datenübertragung
> Datenübertragung mit kleinen Latenzzeiten
> Priorisierte Datenübertragung
Benötigt Ethernet Frames bzw. VLAN Frames:
> Ethernet Typ: 0x88F7 (IEEE 1588 Precision Time Protocol)
Unterteilung von AVB:
> IEEE 802.1Qav/AS/Qat: Zeitsynchronisation, Priorisierung, Optimierung von Latenzzeiten
> IEEE 1722: Optionales Transportprotokoll
> IEC 61883: Aufbereitung von Audio/Video Streams
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Agenda
Informationen 3
Einführung 6
Physikalische Schichten 8
IEEE Ethernet MAC + VLAN 14
Internet Protocol (IPv4/IPv6) 18
TCP und UDP 22
Anwendungsbezogene Protokolle 27
> Zusammenfassung und Ausblick 32
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Slide: 32
Zusammenfassung und AusblickAnwendungsbereiche
1
2
3
4
5
6
7
Ethernet PHY(Open Alliance BroadR-Reach, IEEE 100Base-TX/1000Base-T)
IEEE Ethernet MAC + VLAN
IPv4/IPv6
TCP/UDP
SOME/IP DoIP
AVB
XCP
Service Control/Discovery
Diagnostics and Flash Update
Measurement and Calibration
Audio/VideoTime Sync
ISO 15118Part 3
Smart Charging
ISO 15118Part 1 + 2
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Zusammenfassung und AusblickCANoe/CANalyzer.IP
CANoe/CANalyzer Demo inklusive IP:> Messen, Analysieren, Simulieren, Testen von
Ethernet- und IP-basierter Kommunikation
> Kostenlose Demo Version:
www.vector.com/vi_downloadcenter_de.html
Produkte: CANoe, Kategorien: Demos
SCC AddOn (benötigt CANoe.IP):> Messen, Analysieren, Simulieren, Testen
von Smart Charge Communication
> Kostenloser Download:
www.vector.com/vi_downloadcenter_de.html
Produkte: CANoe, Kategorien: AddOns/FreewareCANoe/CANalyzer.IP
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Zusammenfassung und AusblickWeiterführende Webinare
IP, SOME/IP, BroadR-Reach: Prototypen- und Testentwicklung mit CANoe/CANalyzer.IP und VN5610:> Dienstag, 04. Dezember 2013 von 09:00 Uhr bis 10:00 Uhr
> Moderator: Hans-Werner Schaal
> Zielgruppe: System- und Steuergeräteentwickler, Experten für die Systemintegration und Test
MICROSAR IP: Der Embedded-Ethernet-Stack von Vector und seine Einsatzgebiete:> Freitag, 11. Dezember 2013 von 09:00 Uhr bis 10:00 Uhr
> Moderator: Marc Weber
> Zielgruppe: Steuergeräte-Anwendungsentwickler Softwareingenieure und –architekten, Softwareprojektmanager
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Thank you for your attention.
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Author:
Bossert, Jan
Vector Informatik GmbH
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