Entwurf und Analyse eingebetteter Netzwerke des Automobilbaus Übung 2 + 3 Kommunikationssysteme

Anforderungen an Automotive Bussysteme Reaktionszeit, Latenz Determinismus Bandbreite Sicherheit Kosten Störanfälligkeit Redundanz …

LIN: Local Interconnect Network Medium: 12V Eindrahtbus Topologie: Linienbus mit typischerweise bis zu 16 Stationen Asynchron seriell Kommunikation Kodierung: UART-Zeichen Bandbreite max. 20 kBit/s Single Master, Multiple Slaves

LIN: Local Interconnect Network

LIN: Local Interconnect Network Cheap Einsatz in Sensor-Aktuator-Subsystemen Zu jedem Zeitpunkt wird immer nur eine Botschaft übertragen Collision Detection nicht nötig Die zeitliche Reihenfolge der Botschaften ist in einer Schedule festgehalten Übertragungsfehler erkennen durch Parität und Prüfsummer Fehlerhafte Botschaften werden verworfen keine Fehlerbehandlung

CAN – Controller Area Network Ereignisgesteuert: Alle Knoten können zu jedem Zeitpunkt gleichberechtigt auf das Kommunikationsmedium zugreifen CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection mit Methode zum Erkennen und Auflösen von Kollisione Senden können, sobald Bus frei ist (Carrier Sense), mehrere Knoten gleichzeitig (Multiple Access) Dabei werden mögliche Kollisionen erkannt (Collision Detection) und behoben Bandbreite max.1MBit/s

CAN – Controller Area Network Eindeutiger Identifier (Unique Identifier) Kein expliziter Empfänger Collision Resolution: höhere Priorität erhält Vorrang Identifier (ID): entspricht der Priorität CAN message format: 47 Kontroll-Bits ( 34 Bits aus Header und Tailer ) 0-64 Daten-Bits 0-19 Stopf-Bits (Stuffing Bits)

CAN: Rahmenformat

CAN: Realisierung bitweiser Arbitrierung ID ID ID T1 T2 T3

Bit Stuffing Um eine zeitliche Synchronisation zu gewährleisten, sind hin und wieder Flanken (Übergänge 0->1 oder 1->0) notwendig. Bei Folgen von 5 und mehr gleichen Bits wird vom Sender ein inverses Bit eingefügt (stuff bit), welches beim Empfänger wieder entfernt wird.

CAN: Fehlerbehandlung

LIN >>> CAN >>> ? Größere Bandbreite Garantierte Latenz Verbesserte Fehlertoleranz

FlexRay Synchrone und asynchrone Kommunikation TDMA- und Round-Robin-Arbitrierung 254 Byte Datengröße Datenrate: 10 Mbps Single- oder Dual-Kanalbetrieb Redundanz durch parallelen Bus Globale Zeitbasis für TDMA Für X-by-Wire-Anwendungen

FlexRay: Zyklusaufbau … … Nachdem das Netzwerk gestartet ist, müssen alle Knoten ihre internen Oszillatoren mit dem Makrotick des Netzwerks synchronisieren. Dies kann durch zwei oder mehr Synchronisationknoten geschehen. Als Synchronisationsknoten kommen zwei beliebige separate Knoten am Netzwerk in Frage, die dafür vorgesehen sind, speziell Sync-Frames zu übertragen, wenn sie eingeschaltet werden. Andere Knoten im Netzwerk warten bis die Sync-Frames übertragen sind und messen dann die Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Übertragungen, um ihre internen Taktgeber an den FlexRay-Netzwerktakt anzugleichen. Die Sync-Frames werden in der FIBEX-Konfiguration des Netzwerks ausgewiesen. Sobald das Netzwerk synchronisiert und online ist, wird die Netzwerk-Leerlaufzeit (weißer Bereich im Diagramm) gemessen und für die Anpassung der Takte zwischen den Zyklen für eine enge Synchronisation genutzt. …umfasst viele Aspekte eines Netzwerks

FlexRay: Zyklusaufbau Die kleinste mögliche Zeiteinheit in einem FlexRay-Netzwerk ist ein Makrotick. FlexRay-Controller synchronisieren sich aktiv selbst und passen ihre lokalen Takte an, so dass der Makrotick auf jedem Knoten im Netzwerk zur selben Zeit stattfindet. Makrotickes können für das jeweilige Netzwerk konfiguriert werden, dauern aber oft eine Mikrosekunde. Da der Makrotick synchronisiert ist, sind auch Daten, die von ihm abhängen, synchronisiert. Wenn ein Abschnitt an der Reihe ist, hat das reservierte elektronische Steuergerät die Gelegenheit, seine Daten in diesen Abschnitt zu übertragen. Ist ein elektronisches Steuergerät offline oder überträgt es keine Daten, bleibt der Abschnitt leer und wird nicht von einem anderen Steuergerät belegt Das DYNAMISCHE Segment hat eine feste Länge, so dass nur eine fixe Datenmenge pro Zyklus in das dynamische Segment geschrieben werden kann. Um die Daten zu priorisieren, werden jedem Daten-Frame, der für die Übertragung im dynamischen Segment in Frage kommt, vorab Minislots zugewiesen. Ein Minislot hat meist die Länge eines Macroticks (eine Mikrosekunde). Daten mit höherer Priorität erhalten ihren Minislot näher am Anfang des dynamischen Frames. Ist ein Minislot an der Reihe, hat das elektronische Steuergerät kurz Zeit, um seinen Frame zu übertragen. Geschieht das nicht, geht der Slot im dynamischen Frame verloren und der nächste Minislot ist an der Reihe. 3) Das Symbolfenster wird v. a. für die Wartung und Identifizierung spezieller Zyklen wie etwa bei Kaltstartzyklen genutzt. Die meisten High-Level-Anwendungen interagieren nicht mit dem Symbolfenster. 4) Die Netzwerk-Leerlaufzeit hat eine vordefinierte, den elektronischen Steuergeräten bekannte Dauer. Die Steuergeräte nutzen diese Leerlaufzeit, um Anpassungen für eventuell beim vorigen Zyklus aufgetretene Abweichungen in der Netzwerksynchronisierung vorzunehmen.

FlexRay: Rahmenformat Jeder Abschnitt eines statischen oder dynamischen Segments enthält einen FlexRay-Frame. Der Frame besteht aus drei Segmenten: Header, Payload (Nutzdaten) und Trailer (Prüfsummen, CRCs).

FlexRay: Static Segment Frame Encoding

MOST Ethernet

MOST: Media Oriented Systems Transport für alle Multimediageräte Audio, Video, Navigation und Telekommunikation