Járműinformatika. 2. Óra. Kőrös Péter

Járműinformatika 2. Óra Kőrös Péter korosp@sze.hu http://rs1.sze.hu/~korosp/

LIN- és más szub-busz rendszerek (K- és L-line, KWP 2000) LIN (Local Interconnect Network) Konzorciumi fejlesztés Komfort- és a karosszéria-elektronika számára Lopásvédelem, fényszórók elektronikája, klíma, ajtó zárás stb. Kis sebességű Egy vezetékes! UART alapok (Univerzális aszinkron adóvevő) Korlátozott fizikai méret (max. 40m) CAN busz illeszthető, GateWayeken keresztül

LIN- és más szub-busz rendszerek (K- és L-line, KWP 2000) LIN v2.0 protokoll jellemzői Single Master / Multiple Slave Idővezérelt Hardver és Szoftver igények alacsony költségűek Automatikus szinkronizáció (Üzeneteken keresztül, önszinkronizációs folyamat) Meghatározott jelátvitel Átviteli sebesség: maximum 20 kbit/s Maximum 16 vezérlőegység (1 Master, 15 Slave, ID-k: 0-Master, 1 15-Slavek)

LIN- és más szub-busz rendszerek (K- és L-line, KWP 2000) Diagnosztikai Interfész (GateWay) LIN Master LIN Slave 1 LIN Slave 2 Diagnosztikai csatlakozó (OBD csatlakozó) LIN Slave N (max. 15)

LIN- és más szub-busz rendszerek (K- és L-line, KWP 2000) LIN rendszer vezérlése Kérdés-válasz metódus (Master-Slave) Címzett kérdés, így csak vezérlőegység válaszol Sleep üzemmód, ébreszteni minden vezérlőegység tud Hibás Slave detektálás egyszerű (Nincs válasz adatterület)

LIN- és más szub-busz rendszerek (K- és L-line, KWP 2000) Üzenet-keret slot Üzenet-keret (Frame) Válasz köz Üzenetek közötti szünetek Szinkronizálási szünet Szinkronizáció Azonosító Adatmező 1 Adatmező N Checksum Üzenetfej Válasz

LIN- és más szub-busz rendszerek (K- és L-line, KWP 2000) LIN üzenet Header: Szinkronizációs szünet: 13 domináns bit (12 bit domináns - 0 V, 1 bit recesszív - tápfeszültség) Szinkronizáció: 8 bit (domináns és recesszív váltakozás) Azonosító mező: 10 bit (vezérlő és üzenet azonosítója) Response: Adatmező(k): Legfeljebb 8 Byte (1 startbit, 8 adatbit, 1 stopbit, azaz 10 bit) CRC szakasz: függ az üzenet adatterületének hosszától

LIN- és más szub-busz rendszerek (K- és L-line, KWP 2000) LIN üzenet oszcilloszkóp képe Forrás: Domináns bit: Maximum 40%-a a tápfeszültségnek! Recesszív bit: Minimum 60%-a a tápfeszültségnek! http://www.volkspage.net/technik/ssp /ssp/ssp_286_d1.pdf

LIN- és más szub-busz rendszerek (K- és L-line, KWP 2000) K-line: Szabványosítva 1989, diagnosztikai célok Kétirányú, egyvezetékes, 10.4 kbit/s L-line: Egyvezetékes, egyirányú, csak indítási fázisban alkalmazott KWP 2000: K-line + amerikai ODB szabvány -> KWP 2000 (diagnosztika)

MOST buszrendszer (Media Oriented Systems Transport) Főbb jellemzők ISO/OSI modell mind a hét szintjét megvalósítja 25 illetve 50 Mb/s (150 Mb/s + kiegészítő aszinkron vezérlőcsatorna 700 kbit/s, TDMA Time Division Multiple Access) Egy egységhez egy cím tartozik (küldő és fogadó címként is alkalmazzák) Optikai kábel (vagy csavart érpár) Gyűrű, csillag, fa struktúra egyaránt használható (gyűrű az elterjedt) Maximum 64 db vezérlőegység Timing Master vezérlőegység folyamatosan küldi a szinkron üzeneteket Hang- és képátvitel valósidejű működtetése lehetséges Hibafelismerés beépített

2003-as Audi A8 MOST busz adatátviteli rátái alkalmazás szerint csoportosítva Forrás: http://www.volkspage.net/technik/ ssp/ssp/ssp_286_d1.pdf

MOST buszrendszer (Media Oriented Systems Transport) Master egység Telematika Gyakran a vezérlő és kijelző egység egyben a MOST busz Master csomópontja is ID-ja mindig a 0 Slave egységek Időszinkronizálás Adatok küldése, ha a master megcímezte őket CD-tár Információs vezérlőegység Diagnosztikai interfész (GateWay) Kijelző Kezelő egység Kártyaolvasó TV-tuner Rádió-tuner Beszéd kezelő Erősítő GPS

MOST buszrendszer (Media Oriented Systems Transport) Optikai jel Optikai szálas Transceiver (FOT Fibre Optical Transmitter) Elektromos jel MOST kommunikációs vezérlő Szinkron adatok Audio/video eszközök Mikrovezérlő MOST vezérlőegység tipikus felépítése

Forrás: http://www.volkspage.net/technik/ ssp/ssp/ssp_286_d1.pdf

MOST buszrendszer (Media Oriented Systems Transport) Optikai kábelek Színes köpeny Fekete köpeny Üvegszálú kábel: Kisebb veszteség, nagyon vékony, fizikai behatásokkal szemben kevésbé ellenálló Műanyagszálas kábelek (POF Plastics Optical Fiber): Magrész: polimetil-metakrilát Transzparens réteg: fluorpolimer Fekete köpeny Színes, mechanikai védelmet nyújtó műanyag köpeny Reflexiós réteg Mag

MOST buszrendszer (Media Oriented Systems Transport) Optikai kábelek tulajdonságai A fénysugár egy részét egyenesen továbbítja az optikai szál. A fénysugár nagyobb része a teljes reflexiót kihasználva fog továbbhaladni.

MOST buszrendszer (Media Oriented Systems Transport) Optikai kábelek alkalmazásának korlátai, követelményei Optikai vezetékek végének védelme (porvédő sapka) Hajlítás sugarának adott értéknél nagyobbnak kell lennie (teljes reflexió érvényesülhessen) Mechanikai védelem

MOST üzenetek formátuma Teljes sávszélesség kommunikációs ciklusokra (Frame) van felosztva 16 frame képez egy blokkot 363 μs 22,6 μs 22,67 μs Header (1 Byte) Szinkron (24-60 Byte) Aszinkron (36-0 Byte) CRC (2 Byte) Trailer (7 Byte) MOST 25 Adatmező 64 Byte 22,67 μs Header (7 Byte) CRC (4 Byte) Szinkron (1-117 Byte) Aszinkron (116-0 Byte) MOST 50 Adatmező 128 Byte

MOST buszrendszer (Media Oriented Systems Transport) Aszinkron adatok Arbitrálási elv A küldő nem kap visszajelzést, ha a MASTER nem fogadja az üzenetet (nincs ismétlés a küldő részéről) Vezérlő csatorna MOST 25 32 Byte, MOST 50 24 36 Byte Van nyugtázás (ACK jel) Sleep üzemmód Master ébreszthet (ébreszthet csak egy slave-t is) Stand-by állapot (pl. indításkor)

D2B, Bluetooth D2B MOST busz elődje, Philips cég fejlesztette, nem terjedt el (Max. 1 Mbit/s) Csak multimédiás célok Később száloptika alkalmazása (5,65 Mbit/s) Max. 6 vezérlőegység Max. 10 m hossz IT által használt protokoll Kényelmi és multimédiás célok

FlexRay Konzorciumi fejlesztés BMW, VW, Daimler AG, GM, Bosch, NXP Semiconductors, Freescale 2009 v3.0 (végleges protokoll) Megjelenés az autókban Audi A8 (2011) Nagy adatátviteli sebesség (csatornánként 10Mbit/s) Biztonságkritikus vezérlés követelményeit teljesíti Két független csatorna Nem csak autóipari alkalmazások BMW X5 BMW X6 Jogi kérdések (X-by-Wire rendszerek) BMW 7 BMW 5 BMW 5 GT Rolls Roys Ghost

FlexRay hálózatok tulajdonságai Gyors, determinisztikus és hibatűrő rendszer (nincs arbitráció) Autóipar generálta a hálózat létrejöttét (X-by-wire rendszerek) Két csatornás működés, egyenként 10 Mbit/s-os sebességgel. Általában a két csatornát ugyanarra a célra használják, így valósítják meg a hardver redundanciát. A kommunikációs ciklus felosztható statikus és dinamikus időszeletekre. A statikus rész vezérlőegységekhez vannak rendelve, míg a dinamikus rész a fent maradó sávszélességen akár multimédiás célokat is ki tud elégíteni. Idővezérelt elven működik, amely biztosítja a küldött és fogadott információk sérthetetlenségét, de szervezésbeli nehézséget is okoz.

FlexRay hálózatok topológiája Két alapvető topológia Vonalas (Busz) Csillag Aktív csillagpontban maximum 16 ág lehet Sorosan kapcsolt csillagok száma maximum 3 db lehet Hibrid topológiák a két csatorna miatt

FlexRay hálózatok vezetékezése, csatlkaozói Két csavart érpár (1-1 csatorna) Fizikai végpontokon lezáró ellenállás (gyakorlatban két 100 Ohm-os ellenállás) Kábel árnyékolt és árnyékolatlan is lehet

FlexRay vezérlő blokkvázlat Host: Közli a buszvédelemmel, hogy melyik időköz van számára lefoglalva, adatokat közöl. Communication Controller: A hálózat paramétereit tartatja be, megvalósítja az adott protokollt (több száz szabály). Bus Guardian: Biztosítja, hogy a vezérlő az ő számára biztosított időkeretben küldhessen adatot a hálózatra. Bus Driver: Adatokat küld a buszra.

FlexRay hálózat adatreprezentációja Idle_LP (Low Power) Idle Data_1: pozitív feszültségkülönbség Data_0: negatív feszültségkülönbség 3 2,5 2

FlexRay vezérlő állapotgépe Halt: komolyabb hiba észlelésekor Config: kommunikációs controller inicializálása és konfigurálása Normal active: hibamentes működés Normal passive: csak üzenetek fogadása, küldés nem lehetséges (órajelszinkronizáció szükséges)

FlexRay kommunikációs ciklus

FlexRay kommunikációs ciklus Static Segment: Biztonságkritikus, valósidejű vezérlést kiszolgáló adatterületek (nem mindenképp redundáns adat A és B csatornán). Dynamic Segment: Meghatározott nagyságú adatterüet, nem biztonságkritikus. Symbol Window: Belső vezérlési információk. Network Idle Time: Helyi óraidő igazítása, hossza rögzített!

FlexRay Frame (keret)

FlexRay hálózat indítási mechanizmusa

CAN protokoll Controller Area Network Új információk továbbításához csak szoftver változtatás szükséges (üzenetek definiálása). Az adatprotokoll többszörösen is biztosítva van a kommunikációs hibák ellen. Pl.: ellenőrző összegek, bitek stb. Kevesebb szenzor és jelvezeték 2 vezérlő közötti nagyon gyors adatcsere (max. 1 Mbit/s) Kis helyigény, vezeték, vezérlő és csatlakozás A CAN protokoll véglegesítése (BOSCH, 1991 v2.0)

CAN - Történet 1983 CAN Fejlesztés kezdete a Bosch-nál 1985 (Full-) Teljes CAN-Specifikáció (kooperáció az Intellel) 1987 Az első szilikon az Intel-től 1988 Szériatípus az Intel-től (82C526) 1988 Basic-CAN a Philips-től (82C200) 1991 Végleges v2.0 specifikáció

Controllerek száma Mio CAN Controllers Középkategóriás autókban jelenleg körülbelül 80 CAN vezérlőegység található meg (felsőkategóriában ez a szám 120db is lehet). 2020-ra kb. duplájára fog emelkedni ez a szám (lehet hogy a CAN vezérlők kárára pl. FlexRay vezérlőegységek). 140 120 100 80 60 40 20 0 1996 1997 1998 1999 2000

CAN busz Multi-Master Busz, azaz minden egység egymástól függetlenül adhat. Adatátvitel 100 KBit/s (Low Speed, Komfort-CAN, Info-CAN) és 500 KBit/s (High Speed) Low Speed-CAN esetén egyvezetékes mód is lehetséges. Magas zavarvédettség, kis meghibásodási ráta

CAN vezérlőegység Controller: Előkészíti az adatokat a küldés számára, illetve a kapott adatokat alakítja át a vezérlő számára. Transceiver: Elküldi elektromos jelként a Controller által előkészített adatokat az adatbuszon, valamint fogadja is őket. 2 adatbusz lezárás (120 Ohm, esetleg kapacitással) 2 adatvezeték (általában egy alapszín, mellette fehér-alapszín vezeték vagy narancs alapszín zöld és barna csíkkal)

Reflexió Jelalak A csomóponttól A Reflekxiós jel R>Z R<Z Reflexiós jel felfutási ideje R>Z Megjelenő jel a hálózaton R<Z

CAN hálózatok az autóban (2003-as Audi A3) A-oszlop bal oldalon: CAN - Hajtás A-oszlop jobb oldalon: CAN - Komfort CAN Információs

Adatátvitel folyamata Adatok előkészítése Az adatok előkészítését a CAN-Controller végzi. Adatok küldése Az adatokat a CAN- Transceiver küldi (és fogadja). Adatok fogadása Minden más vezérlő fogadja a buszon küldött adatokat. Adatok vizsgálata A vezérlő megvizsgálja, hogy a kapott adatok kellenek-e a működéséhez. Adatok átvétele Ha az adatok a vezérlőegységhez tartoznak, akkor átvételre kerülnek.

Feszültségszintek a CAN buszon

Data-Frame 11- és 29-Bit azonosítóval (CAN v2.0 A vagy B mód)

Üzenetfajták DATA FRAME Adattartalmú üzenetek átvitele REMOTE FRAME Adattartalmú üzenetek igénye ERROR FRAME Hibaüzenetek OVERLOAD FRAME Túlterheltséget jelző üzenet

Standard Frame

Arbitráció

Köszönöm a figyelmet!