Autóipari beágyazott rendszerek A kommunikáció alapjai 1
Alapfogalmak Hálózati kommunikáció Vezérlőegységek közötti információ továbbítás Csomópontok Kommunikációs csatornákon keresztül Terepbuszok (cluster) Átjárók (gateway) Statikus A kommunikációs minta fejlesztési időben rögzített 2
Alapfogalmak Információ egységek Jel signal Egy elemi adat, amit át kell vinni Pl. jármű sebesség PDU Protocol Data Unit Logikailag összetartozó jelekből álló csomag Keret frame Egy vagy több PDU-ból álló, fizikai adategység Kiegészül protokoll specifikus fej és farok résszel jel PDU keret 3
Kommunikációs minták Üzenet alapú kommunikáció 4
Kommunikációs minták Üzenet alapú kommunikáció Kötött formátumú üzenet 5
Kommunikációs minták Üzenet alapú kommunikáció A küldő elküldi az üzenetet 6
Kommunikációs minták Üzenet alapú kommunikáció Az egyes fogadók egymástól függetlenül veszik az üzenetet 7
Kommunikációs minták Üzenet alapú kommunikáció A vevők egyetlen puffert, vagy egy üzenetsort tartanak fenn 8
Kommunikációs minták Üzenet alapú kommunikáció A kapcsolat szigorúan egyirányú, nincs visszajelzés a vételről 9
Kommunikációs minták Távoli eljáráshívás 10
Kommunikációs minták Távoli eljáráshívás A szerver egy adott szignatúrájú függvényt valósít meg 11
Kommunikációs minták Távoli eljáráshívás A híváshoz előre definiált formátumú üzenetet vár kliens azonosító függvény azonosító bemenő argumentumok értéke 12
Kommunikációs minták Távoli eljáráshívás A válasz üzenet szintén előre meghatározott kliens azonosító függvény azonosító kimenő argumentumok értéke visszatérési érték 13
Kommunikációs minták Távoli eljáráshívás A kliens összeállítja a híváshoz szükséges üzenetet, és elküldi 14
Kommunikációs minták Távoli eljáráshívás A szerver a kéréseket sorba állítja, majd érkezési sorrendben végrehajtja. Az eredményt a válaszüzenetben közli 15
Kommunikációs minták Távoli eljáráshívás A kliens kiértékeli a válaszüzenetet 16
Kommunikációs minták Távoli eljáráshívás Hívás módja Szinkron Mint a helyi függvényhívás A hívás idejére a kliens blokkolódik Aszinkron A hívás indítása után a kliens tovább fut Az eredmény rendelkezésre állása lekérdezhető 17
Kommunikációs minták Adatfolyam kommunikáció Az adatfolyam általában folyamatos, valós idejű információáramlást biztosít 18
Kommunikációs minták Adatfolyam kommunikáció A fogadó egy FIFO puffert tart fenn a beérkező adatok átmeneti tárolására 19
Kommunikációs minták Adatfolyam kommunikáció A puffer telítettségétől függően visszajelzést ad a küldőnek a folyam szabályozására 20
Üzenet szemantika Állapot szemantika Az üzenetben a reprezentált információ aktuális állapota található Példa Egy hőmérséklet szenzor aktuális értéke A rendszer aktuális állapota A motor aktuális fordulatszáma Az utoljára fogadott üzenet a legújabb értéket tartalmazza Nincs szükség üzenetsorra 21
Üzenet szemantika Esemény szemantika Az üzenetben a reprezentált információ állapotának változása található (az előző üzenethez képest) Példa Egy hőmérséklet szenzor által mért hőmérséklet változás A motor fordulatszámának változása A jel aktuális értékének kiszámításához az összes fogadott üzenetre szükség van Üzenetsorra van szükség az üzenetvesztés elkerülése miatt 22
Üzenet szemantika Állapot szemantika Előnyök Nincs üzenetsor Üzenetvesztésre érzéketlen Az utolsó érték érvényes (nem kell számolni) Esemény szemantika Előnyök Ha a jelváltozás lassú, kisebb bitszámon ábrázolható Esemény jellegű fizikai jelek továbbítására alkalmasabb Pl. egy külső megszakításkérés érkezett 23
Üzenet szemantika Példa Fizikai jel értéke (időben) Jel (km/h) 0 2 4 7 10 12 8 5 Állapot üzenet Esemény üzenet 0 2 4 7 10 12 8 5 0 2 2 3 3 2-4 -3 Állapot üzenetek értéke Esemény üzenetek értéke 24
Üzenet ütemezés Idővezérelt ütemezés Az üzenet átvitele periodikusan történik Előnyök A kommunikációs csatorna terhelése egyenletes Üzenet késleltetés korlátos (periódusidő) A vevő egyszerűen detektálhatja a küldő hibáját Hátrányok Időtúllépés (timeout) Akkor is átvisszük a jelet, ha nem változik A minimális késleltetési idő hosszú 25
Üzenet ütemezés Eseményvezérelt ütemezés Az üzenet átvitele az értékének változásakor történik Előnyök Nem ismételjük az értéket, ha nem változik Minimális késleltetési idő rövid Hátrányok Nem lehet detektálni a küldő hibáját A maximális késleltetés kiszámítása nehézkes A csatorna terhelése dinamikusan változik A csatornán csomagütközés is előfordulhat 26
Üzenet ütemezés Használat Idővezérelt ütemezés Állandóan szükséges vezérlőjelek, információk Járműsebesség Hőmérséklet adatok Állandó sávszélességet igénylő szolgáltatások Távoli nyomkövetés (debug) Eseményvezérelt ütemezés Sporadikus események vagy ritkán változó jelek Hűtőventillátor ki/bekapcsolása Garázs diagnosztikai kérések Szoftverletöltés 27
Hálózati topológia Topológia A csomópontok fizikai lerendezése A hálózat megvalósítása Vezetékek Lezárás Aktív elemek Kialakítás szempontjai Zavarérzékenység Bővíthetőség Fizikai korlátok (vezetékhossz) Ár 28
Hálózati topológia Busz topológia Minden csomópont egy fizikai kábelen Előnyök Egyszerű kialakítás Alacsony ár Hátrányok Egy hiba (pl. rövidzár) blokkolhatja a teljes kommunikációt Limitált csomópont szám és kábelhossz Limitált sebesség (sok adó/vevő impedanciája miatt) 29
Hálózati topológia Gyűrű topológia Minden csomópont két másikhoz kapcsolódik Előnyök Redundáns (minden csomóponthoz két út vezet) Hátrányok Az üzenetkésleltetés függ a csomópont távolságától Sok kábel szükséges (ár) Minden csomópontra átjárót kell telepíteni (SW) 30
Hálózati topológia Csillag topológia Minden csomópont egy központi elemhez kapcsolódik Előnyök Hibák ellen védett (egy hiba csak egy csomópontot érint) Sebessége magas lehet Kevés vevő egy szegmensen Párhuzamos kommunikáció több ágon Zavarvédelme jó (rövidebb ágak) Fizikai kiterjedése nagyobb lehet Hátrányok Aktív eszközt igényel(het) (ár) Passzív csillag nincs aktív elem Ismétlő minden kimeneten megismétli a fogadott csomagot Kapcsoló csak a címzetthez továbbítja a csomagot Sok kábel szükséges (ár) 31
Hálózati topológia Vegyes topológia A csillag és busz topológia vegyítése Ötvözi a két megoldás előnyeit Egymástól független ágak Több csomópont egy kábelre fűzve központi elem nélkül Adott alkalmazáshoz optimalizálható Átviteli sebesség igények Fizikai elhelyezkedés Környezeti hatások 32
Hálózati protokollok Controller Area Network (CAN) A legelterjedtebb autóipari busz Sebesség <=1Mbps (gyakorlatban 500kbps) Általában réz alapú Általában busz topológiával használják Általános célú hálózat Local Interconnection Network (LIN) Olcsó, kis sebességű busz Sebesség <=20kbps Réz alapú Busz topológiájú Egyszerű szenzorok, beavatkozók összekötésére 33
Hálózati protokollok FlexRay Nagy sebességű duplikált, hibatűrő busz Sebesség <=10Mbps Általában réz alapú Busz, csillag, vagy vegyes topológiát támogat Főleg biztonságkritikus kommunikációra használják Media Oriented Systems Transport (MOST) Multimédia átvitel Sebesség <=150Mbps Optikai vagy réz (50Mbps) alapú Gyűrű topológiájú Szórakoztató rendszer multimédia adatainak átvitelére szolgál 34
Hálózati protokollok Ethernet Nagy sebességű, általános kommunikációs rendszer Napjaink legelterjedtebb helyi hálózati protokollja Sebesség 10, 100, vagy 1000Mbps Általában réz alapú Csillag topológia Az autóipari felhasználása napjainkban alakul ki Kamerák képének továbbítása Nagy sávszélességű adattovábbítás (radar, stb.) Diagnosztikai csatoló (Diagnostics over IP DoIP) Fizikai rétegek IEEE 802.3 (2 ill. 4 érpár, 10-1000Mbps) BroadR Reach (duplex 66Mbps egyetlen érpáron) 35