Microsoft PowerPoint - Flexray信号の計測WEB版.ppt

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1 オシロスコープを使った FlexRay 物理層信号の解析 2008 年 11 月 レクロイ ジャパン株式会社

2 内容 1. トリガとメッセージの解読 2. 物理層の試験 アイ ダイヤグラム ( マスクテスト ) タイミング計測 プロパゲーション ディレイ アシンメトリック ディレイ トランケーション ジッタ SI-Voting 2

3 トリガとメッセージの解読

4 FlexRay 物理層信号計測に必要なもの 1 デジタルオシロスコープ本体 WaveRunnerMXiシリーズ (400MHz 2GHz) 2 差動電圧プローブ AP034 (1GHz) or AP033 (500MHz) 3 専用ソフトウエア FlexRay TD: トリガ+デコード FlexRayTDP: トリガ+デコード + 物理層計測 4

5 FlexRay トリガ機能 #1 13 種類のトリガ設定 条件付トリガ 数百の組み合わせが可能 5

6 FlexRay トリガ機能 #2 トリガ条件として設定できるもの TSS 静的または動的フレームの ID サイクルカウント Bit Start Sequence (BSS), Frame Start Sequence (FSS), Frame End Sequence (FES) and CRC errors Wakeup, Collision Avoidance Symbol(CAS) Null Frame Indicator, (NFI) Sync Frame Indicator (SyFI), Startup Frame Indicator (StFI) フレーム サイクルカウントは8 種類の条件を設定できる, <, =, >,, in range, out of range, don t care. 6

7 FlexRay トリガの例 : TSS (Start) 全体波形 拡大波形 TSS スタートでトリガした例 メニューからタッチパネルで選択 7

8 FlexRay トリガの例 : フレーム ID フレーム ID 0X4 でトリガした例 8

9 FlexRay トリガの例 : サイクルカウント サイクル カウント値でトリガした例 9

10 FlexRay トリガの例 : CRC エラー 10

11 プロトコルのデコード表示 フレームの構成要素ごとに色分けします テキストは波形と時間的に同期した位置に表示されます 波形を拡大すれば詳細な解読データが自動的に表示されます 11

12 一覧表示 一覧表の任意の行をクリックすれば 自動的にその拡大波形が表示されます 12

13 CAN & FlexRay 複数のバスの同時解読例 FlexRay CAN 13

14 CAN & FlexRay 複数のバスの同時解読例 14

15 物理層試験 アイ ダイヤグラム マスク テスト

16 ユニット インターバル (UI) とは? UI とはデータ信号の 1 ビット長の時間である ( ビットレートの逆数です ) 1 UI XAUI は Gb/s. のビット レートです Bit period = 1 UI = 1/(3.125 Gb/s) = 320 ps 16

17 アイパターンで何を計るのか? アイパターンはデータ信号の変化エッジを重ねあわせ表示したものです データ信号の信号品質の評価に使われます コンプライアンス試験にはマスクが使われます 1 Unit Interval (UI) アイパターン表示では通常 横軸は 1.25 UI のスケールです 17

18 従来行われてきたアイパターン表示法 1. 従来の方法では波形はトリガ点を中心とした狭い範囲に限られます 2. アイパターンを作るまでに相当数のトリガが必要です トリガ ジッタが発生連続したビット全てを対象にはできない ( データが抜ける ) 18

19 シリアルデータのアイパターン作成方法 SDA の解析法.exe 捕捉したデータ信号 ( クロック情報が埋め込まれている ) バンド幅を自由に設定できる PLL ソフトウエア PLL 回路 によるクロック リカバリ Slice 1 Slice 1 Slice 2 Slice 2 Slice 3 Slice 3 Slice 4 Slice 4 Slice 5 Slice 5 Slice 6 Slice 6 Slice 7 Slice 7 Slice 8 Slice 8 Slice 9 Slice 9 Slice 10 Slice 10 Slice 11 Slice 11 記憶したデータ信号を再生クロックのタイミングで 1 ビット単位で切り出し 重ね書きをする 19

20 どのようにしてアイダイヤグラムを作るか? #1 +300mV と -300mV のレベルで BSS を特定し プロトコルを解読します 0V レベルで 500mdiv. のヒステリシス幅で シンボルスタートとストップ間の BSS の降下エッジのトランジション時間を測定します 20

21 どのようにしてアイダイヤグラムを作るか? #2 BSS の負のエッジからクロックがスタートします 再生したクロック そこから次に検出される BSS の降下エッジまで クロックを計算します Slice 1 Slice 2 Slice 3 Slice 4 それぞれの再生されたクロックエッジでデータ信号をスライスします スライス幅は 1 ビット長です 21

22 どのようにしてアイダイヤグラムを作るか? #3 スライスしたデータ信号を 1.25UI の幅に重ね合わせます 22

23 どのようにしてアイダイヤグラムを作るか? #4 23

24 アイパターン表示へのアクセス方法 メニューから Physical Layer のタブを選択 24

25 マスクテスト (ver3.0 で採用される予定 ) 2.1. 仕様 -> アイ ダイヤグラム 3.0. 仕様 -> マスクテスト 25

26 マスクテスト (ver3.0 で採用される予定 ) TP1 と TP4 での信号品質試験のみ 26

27 マスクテストの例 オシロスコープでプラス マイナスの両エッジでトリガ異なるトリガ イベント ( フレーム ) による複数ビットの重ね描きとなる 27

28 物理層の試験 タイミング計測

29 信号の状態 ( 信号レベル タイミング ) Frame TXEN Data TX TXEN idle busy idle TX BusDriver 5V BP 1 Bit 100ns トポロジ >3V <2V 3V 2V typ: 2.5V BusDriver 1V BM ディレイ max. 2,5µs t RXEN Frame RX Data RX RXEN idle busy idle ディレイ トランケーション max. 1.4 µs ビット歪み max. 25 ns 29

30 信号レベル 5V 1V BP BM Idle_LP ローパワー モードのみ BP と BM はハイ インピーダンスで GND と接続 Idle データ無し 差電圧 BP BM = 0V レベル 2-3V 1 Bit = ca.3v ca. 2V typ: 2.5V t BP: Bus Plus BM: Bus Minus Data_1 差電圧 Data_0 差電圧 BP BM は正 ( mv) BP BM は負 ( mv) 30

31 トポロジ トポロジーのいろいろ ポイント トゥ ポイント接続 安い 理想的な ( プッシュ プル ) 終端が可能 バス型 ハードウエアの追加は不要 高価なワイヤリング 終端には妥協が必要 パッシブ スター型 ワイヤリングが簡単 ハードウエアの追加が必要 終端には妥協が必要 31

32 トポロジ アクティブ スター型 レベル リフレッシュ 理想的な ( プッシュ プル ) 終端が可能 ハードウエアの追加が必要 システムに影響を与える要因がある プロパゲーション ディレイ アシンメトリック ディレイ 不良のパーツは切り離される 複合型 32

33 トポロジに関するパラメータ シンメトリック ディレイ / プロパゲーション ディレイ スター型をふたつ接続 ( 将来は使用されなくなる ) ひとつの 1:1 接続 ふたつのパッシブ ネットワーク 最大 2500ns 安全なマージン 1800ns ( 線は含まず ) <100ns <250ns <250ns <100ns CC BD CMC passive network Active Star Active Star passive network CMC BD CC Node Node 33

34 トポロジに関するパラメータ アシンメトリック ディレイ スター型をふたつ接続 TXD EPL-Spec Spec. ひとつの 1:1 接続 delay RisingEdge delay FallingEdge ふたつのパッシブ ネットワーク RXD 最大 25ns delay Asymmetric TXD RXD 100ns 88ns 75ns CC BD <4ns CMC <4ns passive network Active Star <4ns <4ns Active Star <4ns passive network <5ns CMC BD CC Node Node 34

35 タイミング計測へのアクセス方法 送信側ノード ( モジュール M) 受信側ノード ( モジュール N) の設定やプローブの接続方法を設定します 計測したい項目は右側のチェック で選択します 35

36 プロパゲーション ディレイ ノード モジュール M から送信されたバイナリデータは プロパゲーション ディレイ (dpropagationdelaym,n) を伴ってノード モジュール N で受信されます プロパゲーション ディレイは ノード モジュール M の送信信号 (TxD) の BSS の降下エッジから ノード モジュール N の受信信号 (RxD) の BSS の降下エッジまでの時間として計測されます dpropagationdelaym,n cpropagationdelaymax 36

37 プロパゲーション ディレイ パラメータで全ての二つのパルス間の時間差を計測 37

38 アシンメトリック ディレイ プロパゲーション ディレイは バイナリ データストリームのTSS 後の最初の負のエッジとして定義されます FlexRayデコード モジュールの制限から チャンネルとそれに付属する送信及び受信用バス ドライバは 静的なアシンメトリック ディレイを規定値を超えて発生させてはなりません 38

39 アシンメトリック ディレイ パラメータ同士の演算機能が必要 P1-P2 39

40 トランケーション チャンネルはTSS 信号をトランケート ( 切り詰める ) する可能性があります 送信側ノード モジュールMのTSSの持続時間と トランケートされた受信側ノード モジュールNのTSSの持続時間の差が dframetsstruncationm,nとして定義されます. dframetsstruncationm,n = dtssm - dtssn 40

41 ジッタ 12.1 送信側コントローラのタイミングの抑制 FlexRay では最後の BSS の後に CRC バイトが送信され FES がそれに続きます この BSS の降下エッジから FES の立上りエッジまでの時間が d10bittx と定義されます 規格値は 1,000ns ですが 水晶発振器の安定性やクロックのジッタ I/O バッファのアシンメトリなどによって変動します これらは ±2.50ns 以内でなければなりません 41

42 ジッタ 42

43 Static / Stochastic Proportion EBL Application Note 2.1b の情報 43

44 統計処理機能 # I # sdev min max delta ,91 3, ,5 3,66 3,97 0, ,3 3,59 4,30 0, ,9 3,51 4,39 0,88 44

45 統計処理機能 # II stochastic と static パートを分離するためには パラメータ計測の統計解析機能が必要 45

46 タイミング計測へのアクセス方法 送信側ノード ( モジュール M) 受信側ノード ( モジュール N) の設定やプローブの接続方法を設定します 計測したい項目は右側のチェック で選択します 46

47 FLX-PHY : 物理層のタイミング計測 NEW! 簡単な操作 デコードに即した計測 統計処理 47

48 SI-Voting の計測 FlexRay ver.3.0 の物理層コンフォーマンス試験の仕様は 2008 年 12 月頃に決定 公開される予定です

49 なぜ SI-Voting なのか? パッシブネットワークに適用されたアイ ダイヤグラムテストで 通信が支障なく行えるのにも関わらず 反射の影響で試験に不合格となるケースがある 反射はパッシブ スター結線で発生する SI ー Voting は BD の品質と障害に対する堅牢性を評価する試験方法である FlexRay トポロジー内での信号品質を定義する方法です この方法によれば 様々なセットアップの方法を考慮して信号の形状を計測し そのトポロジが動作可能であるかどうかを見極めることができます 49

50 テストポイント 電気物理層のコンフォーマンス試験は トランシーバ / デバイスを仕様に合致しているかどうかを調べ 認証します コンフォーマンス試験は TP1 と TP4 だけで定義されています. SI-voting は TP1 から TP4 までの 4 つで定義されています. 50

51 試験にパスするための条件 信号の電圧レベルが十分に大きい アシンメトリックリック ディレイが抑制されている 最も短いビットが十分に長いこと フレームの中でアイドル検出を避けること ( 信号レベルは tudata1(max) = 300mV と udata0(min) = -300mV の間に最小アイドル時間 (50nsec) 以上存在してはなりません ) 51

52 ビットごとの持続時間 : 16 種類の計測 52

53 SI-Voting プラグイン ( レクロイ DSO 内の処理 ) P1 F1 10MHz フィルタ ビット検出 ビット幅の計測 (16 values) ヒストグラム アシンメトリック / ディレイの計測 P3 ビット検出 ビット幅の計測 (16 values) ヒストグラム アシンメトリック / ディレイの計測 P4 F2 P2 アイドル長 P5 Fast Multi Waveport 53

54 SI-voting: 計測の画面 (10MHz) filtered FlexRay signal Histogram of Bit duration Histogram of Bit duration Bit duration Bit duration Asy. delay Asy. delay Idle time vth1 vth0 54

55 SI-Voting 計測用のプラグイン P1 = 16のレベルでのビット長 (00100 ビット ) P2 = 16のレベルでのビット長 (11011 ビット ) P3 = 計算された最大のアシンメトリック / ディレイ (00100 ビット ) P4 = 計算された最大のアシンメトリック / ディレイ (11011 ビット ) P5 = アイドル時間 ( 信号が-300mVから +300mVまでの間にある時間 ) P6 = vth0 => top の値 P7 = vth1 => base の値 P8 = 最小のビット長 55

56 物理層試験の概要 マスクテスト ( アイ ダイヤグラム ) アイ ダイヤグラム SI-Voting 主な目的 波形の形状 (TP1 : ダミー負荷 ) 信号品質リアルシステム 信号品質リアルシステム 仕様 Physical Layer Specification Physial Layer Application Note 3.0 Physical Layer Specification 3.0 試験方法簡単簡単 ソフトが必要複雑 リアルタイム システムへの適合性 不可ビットの重ね描きは同じフレームからではない 可能フレームに含まれる全てのビットが対象 可能フレームに含まれる全てのビットが対象 テスト ポイント TP1, TP4 TBD TP1,TP2,TP3,TP4 実際のシステムの挙動は反映されないジッタは見えない 実際のシステムにおける信号品質 反射 ジッタの手早い把握 FlexRay トポロジが動作可能かどうかを検証できる唯一の試験 56