Nicht Mehr Ausschließlich für PCs: USB Jetzt Auch Im Auto

Nicht Mehr Ausschließlich für PCs: USB Jetzt Auch Im Auto

Nicht Mehr Ausschließlich für PCs: USB Jetzt Auch Im Auto
By (Brian Ellis, Product Marketing Manager, Cypress Semiconductor Corp.)
Zusammenfassung
Als Standard für den Anschluss von PC-Peripherie hat sich der Universal Serial Bus (USB) schon seit längerer Zeit etabliert;
seit kurzem beginnt er, den Automotive_Markt zu erobern. Diskrete Host-Controller erlauben den Einsatz von USB auch in
preisgetriebenen Masenprodukten
Nachdem der Universal Serial Bus (USB) schon seit längerer Zeit der allgegenwärtige Standard für den Anschluss von PCPeripherie ist, beginnt er seit kurzem auch den Automotive-Markt zu erobern. Auto-Stereoanlagen mit MP3-Unterstützung,
DVD-Player und anspruchsvolle Navigationssysteme gehören in die Sparte der elektronischen Infotainment-Systeme im Auto,
die – wie der Name sagt – für Information und Unterhaltung (Entertainment) der Fahrzeuginsassen zu sorgen haben.
Voraussetzung für die Ausstattung unserer Autos mit diesen High-Tech-Gimmicks ist jedoch ein ebenso ausgefeiltes wie
unkompliziertes Kommunikationsmedium. Als solches wird der USB schon immer genutzt.
Bei den Medien im Auto wiederholte sich die zuvor bereits in der Consumer-Elektronik vollzogene Entwicklung. Von den
Achtspur-Cassettenlaufwerken über CDs weist die Entwicklung eindeutig auf MP3 als nächste Technik. Mehr als 150 Millionen
Konsumenten besitzen einen iPod oder einen anderen MP3-Player, und es ist klar, dass Kurzstrecken-FM-Sender und
werksseitig installierte iPod-Docks nur ein Notbehelf sind, bis es Autostereoanlagen mit Direktanschluss gibt. Der
Infotainment-Komplex schließt auch Touchscreen-Navigationssysteme, klappbare Videobildschirme und Freisprechanlagen
für Mobiltelefone ein. Das Auto ist inzwischen beinahe zu einem PC auf Rädern geworden. Da immer mehr tragbare
Consumer-Elektronik an die elektronische Infrastruktur des Autos angeschlossen werden soll, bedarf es eines standardisierten
Verbindungs-Mediums, das zu praktisch allen Geräten passt. Als sich vor mehr als zehn Jahren bei den PCs das gleiche
Problem stellte, resultierte daraus die Entwicklung des USB. Die Automobilindustrie ist keineswegs gezwungen, das Rad von
neuem zu erfinden. Nahezu alle Produkte des Consumer-Elektronik-Bereichs benötigen für bestimmte Funktionen einen PC
(zum Download von MP3-Dateien, zum Laden von Bildern usw.). Meist erfolgt der Anschluss per USB. Somit steht der
Automobilindustrie bereits ein Standard zur Verfügung, auf den sie zurückgreifen kann.
Das Infotainment-Design mit USB
Soll der USB im Auto benutzt werden, muss entweder das tragbare Consumer-Gerät oder das Infotainment-System einen
USB-Host zum Koordinieren des Datenflusses enthalten. Als USB-Host kommt übrigens in diesen Produkten nicht ein
typischer USB Host-Controller zum Einsatz, wie man ihn vom PC kennt, sondern ein optimiertes ASIC oder ein speziell für
tragbare Consumer-Geräte konzipiertes Embedded-Host-IC. Infotainment-Systeme der Oberklasse (z. B. anspruchsvolle
Navigationssysteme oder Stereoanlagen mit Vollausstattung) enthalten oft ein ASIC, das speziell auf eine bestimmte Funktion
spezialisiert ist. Da diese ASICs in der Regel aus IP-Libraries zusammengestellt sind, enthalten sie nicht selten auch USBHost-IP zur Unterstützung von USB-Peripherie. Einfachere Systeme (Stereoanlagen ohne besondere Funktionen oder
Mobiltelefon-Anschlüsse) sind dagegen nicht auf so viel Rechenleistung angewiesen und kommen möglicherweise mit einem
sehr einfach ASIC oder einem integrierten Mikroprozessor aus. In diesen Fällen reicht es zum Hinzufügen eines USBAnschlusses aus, ein diskretes Embedded-Host-IC zu verwenden. Man kann dadurch die Feature-Ausstattung des ASIC
abspecken, um Platz und Kosten zu sparen, ohne den USB-Support aufzugeben. Außerdem kann eine diskrete EmbeddedHost-Lösung dazu beitragen, die Markteinführung zu beschleunigen. Gleich ob sich der Designer für eine integrierte oder eine
diskrete Lösung entscheidet, benötigen alle USB-Hosts einen Host-Stack. Dieser ist so etwas wie das ‚Gehirn’ des HostControllers und macht die USB-Funktionalitäten in der Consumer-Applikation erst möglich. Ein typischer Host-Stack umfasst
das API (Application Programming Interface), ein Echtzeitbetriebssystem (Real-Time Operating System; RTOS) und
elementare USB-Treiber.
Wird das Design eines Infotainment-Systems durch eine USB-Funktion ergänzt, hängt der Bandbreitenbedarf von der
Applikation und der Nutzungsweise ab. Für die meisten Anwendungen im Auto dürfte Full-Speed USB (12 MBit/s) ausreichen.
Durchschnittliche MP3-Files sind mit 128 bis 192 KBit/s komprimiert, bei höchster Qualität mit 320 KBit/s. Das ist also weit
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weniger als der 12 MBit/s betragende Durchsatz von Full-Speed USB. Selbst wenn unkomprimierte WAV-Dateien mit maximal
1,5 MBit/s gestreamt werden, sind die Möglichkeiten von Full-Speed USB noch längst nicht ausgereizt. High-Speed USB
(480 MBit/s) sollte nur dann in Erwägung gezogen werden, wenn das System einen On-Board-Speicher von 1 GB oder mehr
besitzt oder hochauflösende Videos gestreamt werden sollen.
Infotainment-Lösungen fürs Auto müssen auf extremste Temperaturen vorbereitet sein. Um unter allen denkbaren
Einsatzbedingungen die korrekte Funktion sämtlicher Geräte im Auto zu gewährleisten, hat der Automotive Electronics
Council (AEC) die Spezifikation AEC Q100 herausgegeben. Darin wird die Funktionsfähigkeit von Kfz-Bauteilen in einem
Temperaturbereich von insgesamt -40 bis +150 °C (mit verschiedenen ‚Grades’ dazwischen) gefordert. Bestimmte
Automobilhersteller verlangen möglicherweise, dass alle Bauteile eines Infotainment-Systems den Bestimmungen der AEC
Q100-Spezifikation entsprechen. Weitere Informationen auf der AEC-Website (www.aecouncil.com).
Die USB-Lösung
Angesichts der zahlreichen zu berücksichtigenden Spezifikationen und Anforderungen kann es eine echte Herausforderung
sein, die richtige USB-Lösung zu finden. Die Embedded-Host-Lösung EZ-Host (CY7C67300) von Cypress Semiconductor ist
ein AEC-qualifizierter Baustein mit umfassendem Produkt-Support. Verbunden mit dem Referenzdesign CY4645 bietet
Cypress damit eine umgehend einsatzbereite Lösung an, die einerseits kurze Markteinführungszeiten ermöglicht und sich
andererseits problemlos an beliebige Infotainment-Plattformen anpassen lässt. Die komplette Ausstattung mit Firmware,
Schaltplänen, Host-Stacks und Kundeation überlässt dem Designer die vollständige Kontrolle. Weitere Informationen unter
www.cypress.com.
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