B U S S Y S T E M E - alt.ife.tugraz.atalt.ife.tugraz.at/LV/upprog/Pdfs/BUSSYSTEME.pdf · can –...

B U S S Y S T E M EB U S S Y S T E M EIN KRAFTFAHRZEUGENIN KRAFTFAHRZEUGEN

010101010111100110010111101010101010010101010101010101001010101010011111001011011011101010111010110011010111010101111110011001011110101010101111010101011101010100101011101001111100101111110111010101110101100110110100101111010010101010101010101011010101010101010111010101011101101011

TECHNISCHE UNIVERSITÄT GRAZTECHNISCHE UNIVERSITÄT GRAZInstitut für ElektronikInstitut für Elektronik

Michael Hinterberger Michael Hinterberger [email protected]@tugraz.at

WICHTIGE BUSSYSTEME WICHTIGE BUSSYSTEME IM KFZIM KFZ

CANCANLINLINFLEXRAYFLEXRAYMOSTMOSTweitere BUSSYSTEMEweitere BUSSYSTEME

ENTWICKLUNGSTRENDENTWICKLUNGSTRENDAnstieg der Elektronik im KFZAnstieg der Elektronik im KFZ

Elektronische Steuergeräte Elektronische Steuergeräte MotorMotor-- & Getriebesteuerungen& GetriebesteuerungenABS, ESP, ASR, Airbag usw.ABS, ESP, ASR, Airbag usw.

Fusion von Elektronik und Mechanik (Fusion von Elektronik und Mechanik (MechatronikMechatronik))Elektronische Lenkung (Elektronische Lenkung (SteerSteer--byby--WireWire) ) Elektronische Bremse (Elektronische Bremse (BrakeBrake--ByBy--WireWire))Elektronisches Gaspedal Elektronisches Gaspedal Elektronische Sitzverstellung, Fensterheber, SchiebedachElektronische Sitzverstellung, Fensterheber, SchiebedachZentralverriegelung (Zentralverriegelung (KeylessKeyless--GoGo) , Spiegelverstellung usw.) , Spiegelverstellung usw.

MultimediakomponentenMultimediakomponentenMobiltelefon, Navigation, CD / DVD Mobiltelefon, Navigation, CD / DVD –– Multimedia, MP3 …Multimedia, MP3 …Internet, Telematik, Internet, Telematik, Analog TV, Digital Terrestrisches Fernsehen, (DVBAnalog TV, Digital Terrestrisches Fernsehen, (DVB--T)T)DigitalDigital-- Radio usw.Radio usw.

010101010111100110010111101010101010010101010101010101001010101010011111001011011011101010111010110011010111010101111110011001011110101010101111010101011101010100101011101001111100101111110111010101110101100110110100101111010010101010101010101011010101010101010111010101011101101011

BUSSYSTEME IM KFZBUSSYSTEME IM KFZVORTEILE VON BUSSYSTEMEN:VORTEILE VON BUSSYSTEMEN:

Reduktion der Verkabelung Reduktion der Verkabelung --> Gewicht, Preis> Gewicht, PreisModularisierung der KomponentenModularisierung der KomponentenSicherheit durch RedundanzSicherheit durch RedundanzErweiterbarkeitErweiterbarkeitFehlerdiagnose, Auswertung, LokalisierungFehlerdiagnose, Auswertung, LokalisierungErweiterte KommunikationsfähigkeitErweiterte Kommunikationsfähigkeit

010101010111100110010111101010101010010101010101010101001010101010011111001011011011101010111010110011010111010101111110011001011110101010101111010101011101010100101011101001111100101111110111010101110101100110110100101111010010101010101010101011010101010101010111010101011101101011

BUSSYSTEMEÜBERSICHTBUSSYSTEMEÜBERSICHT010101010111100110010111101010101010010101010101010101001010101010011111001011011011101010111010110011010111010101111110011001011110101010101111010101011101010100101011101001111100101111110111010101110101100110110100101111010010101010101010101011010101010101010111010101011101101011

Die unterschiedlichen Anforderungen der Subsysteme an das Kommunikationssystem machen den Einsatz von mehreren Systemen notwendig.

• Mechatronische Applikationen/ Smart Sensor und Smart Aktor(Klasse A)z.B. Reifendrucksensoren, Regensensors, Diebstahlschutzfunktionen, Lüfter…

• Karosserieelektronik (Klasse B)z.B. Klimaanlage, Sitz- und Spiegelverstellung, Lampensteuerung und Zentralverrieglung …

• Antrieb/Fahrwerk (Klasse C) z.B. Steuergeräte des Motors, des Getriebes, des Fahrwerks und der Bremsen

• Sicherheitskritische Systemez.B. Sicherheitssysteme (Airbag)

• Mobile Kommunikation/ TelematikAutoradio, Navigation, CD-Wechsler, Bedien- und Anzeigeeinheit, Internet,E-Mail, DVD- Player, TV, …

CAN CAN –– BUS BUS (Controller (Controller AreaArea NetworkNetwork))

010101010111100110010111101010101010010101010101010101001010101010011111001011011011101010111010110011010111010101111110011001011110101010101111010101011101010100101011101001111100101111110111010101110101100110110100101111010010101010101010101011010101010101010111010101011101101011

Entwicklung von BOSCH / INTEL 1981Entwicklung von BOSCH / INTEL 1981ISO/OSI - StandardisiertAnfang der 90er Jahre Einsatz in KfzAnwendungsbereich:

Automobilindustrie, IndustrieApplikationen in Textilmaschinen Applikationen in Textilmaschinen GerGerääten und Apparaten der Medizintechnik ten und Apparaten der Medizintechnik AufzAufzüügen und Nutzfahrzeugen gen und Nutzfahrzeugen

CAN CAN –– BUSBUS010101010111100110010111101010101010010101010101010101001010101010011111001011011011101010111010110011010111010101111110011001011110101010101111010101011101010100101011101001111100101111110111010101110101100110110100101111010010101010101010101011010101010101010111010101011101101011

Multi-Master-BusEchtzeitfähigkeitBitrate: 10 kBit/s bis 1 Mbit/s ((effektiv: 500 kBit/s)Buslänge von 40m bis 1 km bei bis zu 32 KnotenDatenblocklängen von bis zu 8 ByteNachrichtenorientiertEreignisgesteuertHohe Übertragungssicherheit und Datenkonsistenz

EIGENSCHAFTEN:

CAN CAN –– BUSBUS010101010111100110010111101010101010010101010101010101001010101010011111001011011011101010111010110011010111010101111110011001011110101010101111010101011101010100101011101001111100101111110111010101110101100110110100101111010010101010101010101011010101010101010111010101011101101011

NACHRICHTENFORMATDATENFRAME:

Dominantes Bit für Sendeversuch

11Bit Identifier + RTC – Bit(29Bit extended Protokoll)

4Bit Länge2 Reservierte Bits

Nutzdaten (0..8Byte)

CRC Prüfsumme

Bestätigung

7 rezessive Bits

RTC … Remote Transmission Request

CAN CAN –– BUSBUS010101010111100110010111101010101010010101010101010101001010101010011111001011011011101010111010110011010111010101111110011001011110101010101111010101011101010100101011101001111100101111110111010101110101100110110100101111010010101010101010101011010101010101010111010101011101101011

BUSARBITRIERUNG1. A,B,C STARTBIT &

ZURÜCKLESEN VOM BUS

2. A,B,C ID auf BUS SCHREIBEN & ZURÜCKLESEN VOM BUS

3. B SCHREIBT „1“ und LIEST „0“ ENDE -> EMPFANGSMODUS

4. A, C ID auf BUS SCHREIBEN &ZURÜCKLESEN VOM BUS

5. C SCHREIBT „1“ und LIEST „0“ ENDE -> EMPFANGSMODUS

6. A „GEWINNT“ -> NACHRICHT WIRD GESENDET

7. u.s.w1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

KNOTEN MIT HÖCHSTER PRIORITÄT SENDET ALS ERSTER !

Knoten A -> Knoten C -> Knoten B

0… dominante Bits1… rezessive Bits

CAN CAN –– BUSBUS010101010111100110010111101010101010010101010101010101001010101010011111001011011011101010111010110011010111010101111110011001011110101010101111010101011101010100101011101001111100101111110111010101110101100110110100101111010010101010101010101011010101010101010111010101011101101011

FEHLERERKENNUNG:FEHLERERKENNUNG:CyclicCyclic RedundancyRedundancy Check (CRC) Check (CRC) … Prüfsumme… Prüfsumme

Frame Check Frame Check … Länge und Struktur des … Länge und Struktur des FramesFrames

ACKACK--FehlerFehler … Empfangsbestätigung… Empfangsbestätigung

BitstuffingBitstuffing … auf 5 … auf 5 aufeinanderfolgendenaufeinanderfolgenden gleichwertigen Bits gleichwertigen Bits StuffbitStuffbit mit komplementmit komplementäären Wertren Wert

MonitoringMonitoring … Überwachung von Buspegel… Überwachung von Buspegel

FEHLERBEHANDLUNG:FEHLERBEHANDLUNG:Knoten von CANKnoten von CAN--BUS Abschaltung (im Dauerfehlerfall)BUS Abschaltung (im Dauerfehlerfall)

EMV:EMV:weitestgehend RESISTENT gegen EMV weitestgehend RESISTENT gegen EMV –– Störungen !Störungen !

TIMETIME--TRIGGERED TRIGGERED –– CANCAN010101010111100110010111101010101010010101010101010101001010101010011111001011011011101010111010110011010111010101111110011001011110101010101111010101011101010100101011101001111100101111110111010101110101100110110100101111010010101010101010101011010101010101010111010101011101101011

CAN- BUS Ereignisgesteuerte Kommunikation im Worst Case nicht deterministisch ! (keine Aussage über die Sendezeit)

Zeitgesteuerter Ansatz TTCAN (Time Triggered CAN) (für sicherheitsrelevante Systeme)TTCAN basiert auf CANAlle Knoten haben dieselbe Zeit zur Verfügung (Referenznachricht für Synchronisation)Festlegung der Zeitfenster durch Systemmatrix Ereignisgesteuerter Ansatz kann auch im zeitgesteuerten Ansatz integriert werden

TIMETIME--TRIGGERED TRIGGERED –– CANCAN010101010111100110010111101010101010010101010101010101001010101010011111001011011011101010111010110011010111010101111110011001011110101010101111010101011101010100101011101001111100101111110111010101110101100110110100101111010010101010101010101011010101010101010111010101011101101011

SYSTEMMATRIX

LIN LIN –– BUS BUS LOCAL INTERCONNECT NETWORKLOCAL INTERCONNECT NETWORK

010101010111100110010111101010101010010101010101010101001010101010011111001011011011101010111010110011010111010101111110011001011110101010101111010101011101010100101011101001111100101111110111010101110101100110110100101111010010101010101010101011010101010101010111010101011101101011

• Gründung durch die Firmen Daimler Chrysler, BMW, Audi, Volkswagen, VolcanoCommunication Technologies und Motorola 1998

• einheitlicher Kommunikationsstandard für mechatronische Systeme

• seit 2001 erfolgte bei Daimler Chrysler der erste Serieneinsatz

• sehr preiswertes Bussystem

• max 19,6KBit/s

ANWENDUNGEN:

LIN LIN –– BUSBUS010101010111100110010111101010101010010101010101010101001010101010011111001011011011101010111010110011010111010101111110011001011110101010101111010101011101010100101011101001111100101111110111010101110101100110110100101111010010101010101010101011010101010101010111010101011101101011

Der LIN- Standard im Überblick: Teil 1•Master-Slave-Zugriffssteuerung

• Slaves können dadurch kostengünstig realisiert werden

• Ein Slavemodul antwortet auf eine Anfrage vom Master,

• der Master sendet eine Nachricht an ein oder mehrere Slavemodule

• der Master initiiert die Kommunikation zwischen zwei Slavemodulen.

•Eindrahtverbindung

• Datenübertragung erfolgt über eine ungeschirmte Eindrahtleitung

•Definiertes EMV- Verhalten

• genaue Definition der Bitübertragungsschicht

• definierte Flankensteilheit

•Byteorientiertes Protokoll

• asynchrones Protokoll

• Implementierung des Protokolls auf vielen µC mit serieller Schnittstelle möglich

LIN LIN –– BUSBUS010101010111100110010111101010101010010101010101010101001010101010011111001011011011101010111010110011010111010101111110011001011110101010101111010101011101010100101011101001111100101111110111010101110101100110110100101111010010101010101010101011010101010101010111010101011101101011

Der LIN- Standard im Überblick: Teil 2•Nachrichten- Identifier

• verwendet keine Adressen sondern Nachrichten-Identifier• dadurch problemlose Multicast- und Broadcast- Kommunikation

Zeitgesteuerte Datenübertragung

• im Master Scheduling- Tabelle hinterlegt dadurch Vorgabe der Reihenfolge und Zeitraster der einzelnen Nachrichten

LIN- Frame:

FLEXRAY FLEXRAY -- BUSBUS010101010111100110010111101010101010010101010101010101001010101010011111001011011011101010111010110011010111010101111110011001011110101010101111010101011101010100101011101001111100101111110111010101110101100110110100101111010010101010101010101011010101010101010111010101011101101011

• Entwicklung durch DaimlerChrysler, BMW und verschiedene Halbleiterhersteller seit 1999

• Herstellerübergreifend• Standardisiert• Nicht kommerziell !• zuverlässige und echtzeitfähige Datenübertragung • Datenübertragungsrate von 10 MBit/s • Synchrone und asynchrone Übertragung• deterministische Übertragung der Daten• Redundanz und Fehlererkennung• FlexRay ist frei verfügbar

EIGENSCHAFTEN: Teil 1


• Unterstützung von Echtzeit-Systemen durch Einführung geeigneter Methoden der zeitlichen, deterministischen Versendung von Daten.

• Fehlertoleranz bei Synchronisation der globalen Uhr. • Fehlertoleranz im Kommunikationskanal (skalierbare

Redundanz zur Erhöhung der Verfügbarkeit). • Überwachungsmaßnahmen für einen geregelten Zugriff auf

das Übertragungsmedium. • Unterstützung verschiedener Vernetzungs-Topologien. • Flexibilität und Skalierbarkeit bei der Konfiguration

EIGENSCHAFTEN: TEIL2


NACHRICHTENFORMATDATENFRAME:

Identifier

Multiplex-Feld

Synchronisations-Feld

Längen-Feld

Zykluszähler

Datenfeld 0..12Bytes

Checksumme


PASSIVES BUSSTEM -> vergleichbar mit CAN-BUS

z.B.: TOPOLOGIE 1 (passiver Bus)

Passiver Bus:

• 1 Mbit/s - 3 Mbit/s• Optional redundante Kanäle

• Wake-Up über den Bus

• Alle Knoten:• an Fahrzeugbatterie• Power- Managment


z.B.: TOPOLOGIE 2 (aktivem Stern) Activ Star:

• 10 Mbit/s• Optional redundante Kanäle• Wake-Up über den Bus

• Alle Knoten:• an Fahrzeugbatterie• Power- Managment

Hybrid-Topologien mit Sternpunkten möglich

MOST MOST -- BUSBUS010101010111100110010111101010101010010101010101010101001010101010011111001011011011101010111010110011010111010101111110011001011110101010101111010101011101010100101011101001111100101111110111010101110101100110110100101111010010101010101010101011010101010101010111010101011101101011

• erstmals mit "7er" BMW im Herbst 2001 in Serie• Optischer Bus mit Lichtwellenleitern (Plastic Optic Fibre)• Echtzeitfähig• Bis zu 24,8 Mbit/s• Synchrone und asynchrone Übertragung (14,4MBit/s bzw. 24,8MBit/s)• EMV- Resistent, keine Störsignale• Ring-, Stern- oder Kettentopologie• Fehlererkennung• MOST erlaubt Plug & Play mit bis zu 64 Knoten• Flexibilität, niedrige Kosten und Kompatibilität mit PC-Industrie• MOST ordnet jedem Knoten eine Adresse zu• Echtzeit- Audio/Video

MOST …. Media Oriented Systems Transport

MOST MOST -- BUSBUS010101010111100110010111101010101010010101010101010101001010101010011111001011011011101010111010110011010111010101111110011001011110101010101111010101011101010100101011101001111100101111110111010101110101100110110100101111010010101010101010101011010101010101010111010101011101101011

Moderne und leistungsfähige Infotainmentsysteme können mit dem aus dem Automobilbau stammenden optischen Netzwerk MOST vernetzt werden

Konzept für den Einsatz von MOST als Bussystem für Multimedia- und Telematikanwendungen im Automobil.

Die Datenautobahn im Auto

MOST MOST -- BUSBUS010101010111100110010111101010101010010101010101010101001010101010011111001011011011101010111010110011010111010101111110011001011110101010101111010101011101010100101011101001111100101111110111010101110101100110110100101111010010101010101010101011010101010101010111010101011101101011

MOST Interconnect: • Kommunikation während Initialisierungsphase• Knoten erhalten eindeutige ID (physikalische Adresse)• Synchronisation der Knoten durch kontinuierlichen Bitstream

MOST Devices:• Alle Geräte in einem MOST-Netzwerk, vom

Plasma- Bildschirm, Navigationssystem bis zum Hub werden zusammengefasst.

MOST System Services: (beschreiben alle übrigen Funktionalitäten)NetServices:

• Basic Layer System Services und ApplicationSocket

• Senden und Empfangen von Daten• Weitere Management Funktionen

Low Level System Services:• Kanalzuordnung mit Kanal- IDs, Kanalfreigabe,• Systemmanagement, Remote Access

MOST - ARCHITEKTUR

MOST MOST -- BUSBUS010101010111100110010111101010101010010101010101010101001010101010011111001011011011101010111010110011010111010101111110011001011110101010101111010101011101010100101011101001111100101111110111010101110101100110110100101111010010101010101010101011010101010101010111010101011101101011

MOST - KOMMUNIKATION

1 Frame

Synchronisierung Master/Slave

Länge der Daten

Synchrone DatenZuteilung: Time Division Multiplexing

Asynchrone Daten:Zuteilung durch Arbitrierung

Diagnose/Status

Fehlererkennung

weitere BUSSYSTEMEweitere BUSSYSTEME010101010111100110010111101010101010010101010101010101001010101010011111001011011011101010111010110011010111010101111110011001011110101010101111010101011101010100101011101001111100101111110111010101110101100110110100101111010010101010101010101011010101010101010111010101011101101011

• DC – BUS• TTP (entwickelt von der TU-WIEN)• FIREWIRE• USB• BLUETOOTH• Byteflight• TTTech - Time Triggered Technology• D2B optical (Digital Data Bus)• Ethernet • I²C• …

010101010111100110010111101010101010010101010101010101001010101010011111001011011011101010111010110011010111010101111110011001011110101010101111010101011101010100101011101001111100101111110111010101110101100110110100101111010010101010101010101011010101010101010111010101011101101011

DANKE FÜR DIE AUFMERKSAMKEIT !

LiteraturSpezifikationen / Dokumente / Fachzeitschriften

BUSSYSTEME:BOSCH's Controller Area NetworkCAN in AutomationCAN Beschreibung/TU-MünchenWarwick Control Technologies: Introduction to CANFlexRay GroupMOST CooperationByteflightLINTTTech - Time Triggered TechnologyTTA-GroupVector Informatik CANalyzer

Weitere Literatur:ELEKTRONIKNETLIN - Die TechnologieFlexRay - ein Kommunikationssystem für das Automobil der ZukunftOpto-Daten übertragung mit MOSTFachzeitschrift: Elektronik Automotive 4/2004, 5/2004, 6/2004Fachzeitschrift: Design & ElektronikFachzeitschrift: Markt & Technik

010101010111100110010111101010101010010101010101010101001010101010011111001011011011101010111010110011010111010101111110011001011110101010101111010101011101010100101011101001111100101111110111010101110101100110110100101111010010101010101010101011010101010101010111010101011101101011

B U S S Y S T E M E - alt.ife.tugraz.atalt.ife.tugraz.at/LV/upprog/Pdfs/BUSSYSTEME.pdf · can –...

Documents

Transcript of B U S S Y S T E M E - alt.ife.tugraz.atalt.ife.tugraz.at/LV/upprog/Pdfs/BUSSYSTEME.pdf · can –...