PRZEWODOWE I ŚWIATŁOWODOWE MAGISTRALE TELEINFORMATYCZNE STOSOWANE W POJAZDACH Przygotował:

Transkrypt

PRZEWODOWE I ŚWIATŁOWODOWE
MAGISTRALE TELEINFORMATYCZNE
STOSOWANE W POJAZDACH
Przygotował:
mgr inż. Tomasz Widerski
1
Foto: Mercedes - Benz
Plan prezentacji





Wprowadzenie
Magistrala CAN
Magistrale optyczne
„FlexRay”
Podsumowanie
2
Komunikacja w pojazdach
Magistrala danych
– fizyczne połączenie dwóch lub więcej urządzeń
zawierających układy mikroprocesorowe, które
służą do transmisji i rozdziału informacji
3
Komunikacja w nowoczesnym samochodzie
Awaryjność komponentów
elektronicznych w pojazdach
54%
złącza, przewody
12%
sterowniki
17%
czujniki
17%
nastawniki
4
Magistrale informatyczne są odpowiedzią na:
 zwiększającą się liczbę czujników, elementów
wykonawczych i sterowników w samochodach
 zwiększającą się łączną długość przewodów elektrycznych i
ilość złącz
 rosnące wymagania dotyczące szybkości i dokładności
pomiarów, przesyłu informacji oraz niezawodności
 obniżanie kosztów produkcji
5
Korzyści ze stosowania magistrali informatycznych:
 zmniejszenie liczby przewodów elektrycznych (obniżenie
masy pojazdu)
 zmniejszenie liczby złącz (zwiększenie niezawodności)
 lepsze dopasowanie układów (kwantyzacja poziomów
napięć, ujednolicenie sygnałów)
 szybsza komunikacja
 lepsza diagnostyka układów
 odporność na zakłócenia (zwiększony udział sygnałów
cyfrowych w wymianie danych)
6
Magistrale informatyczne spotykane w motoryzacji:
CAN
7
Magistrala CAN – historia
Magistrale informatyczne spotykane w motoryzacji:
BOSCH
intel
Opracowanie standardu CAN (Robert
Bosch GmbH) –
1986
Pierwszy kontroler magistrali CAN (Intel)
1987
Pierwsza implementacja (Mercedes
Benz model S) –
1992
8
CAN – przepływ informacji
Magistrala CAN służy do przesyłu informacji pomiędzy
urządzeniami podłączonymi do niej.
1
2
3
9
CAN – warstwy aplikacyjne
Warstwa fizyczna:
 Poziomy napięć i prędkości przesyłu
 Medium transmisyjne
 Topologia magistrali
Standardy CAN:
ISO11529-2 (transfer 5kb/s ÷ 125kb/s)
ISO11898 (transfer do 1Mb/s)
 Specyfikacja elementów nadawczych i odbiorczych
Warstwa transferowa (protokół):
 Detekcja i blokada błędów
 Potwierdzenie odbioru wiadomości
 Arbitraż
Wersje CAN:
CAN A – ramka standardowa
CAN B – ramka rozszerzona
 Określony format wiadomości (ramka)
 Chronometraż wiadomości
10
CAN – klasy zastosowań
Klasa A – komunikacja elektroniki Chassis (światła, kierunkowskazy,
siłowniki siedzeń i lusterek, centralny zamek) – szybkość przesyłu
<10kb/s, minimalizacja kosztów
Klasa B – urządzenia wymagające szybszej transmisji (klimatyzacja) –
szybkość przesyłu ≈40kb/s
Klasa C – wymagany transfer danych w czasie rzeczywistym (sterowanie
silnika, sterowanie skrzynią biegów, układy ABS, ESP, itp.) – szybkość
przesyłu 250kb/s÷1Mb/s, transfer wiadomości <1ms z cyklem 1÷10ms,
mała ilość danych
Klasa D – przesył dużej ilości danych (komunikacja multimedialna) –
szybkość przesyłu 100kb/s÷1Mb/s
11
CAN – rodzaje magistral
Źródło: AUDI
AUDI A4 2001r.
12
CAN – przykładowa implementacja
Antriebs-CAN
500 kb/s
Moduł ABS
Kombi-CAN
500 kb/s
Infotainment-CAN
100 kb/s
Gateway
Sterowanie
silnikiem
Sterowanie
skrz. biegów
Kontrola
trakcji
Telematik
Telefon
Pomiar
ciśnienia opon
Pomoc przy
parkowaniu
Komfort-CAN
100 kb/s
Kontrola kąta
wychylenia
Klimatyzacja
Sterowanie
silnikiem 2
Radio
Tachograf
Kontrola
głosem
Diagnose-CAN
100 kb/s
Diagnoza
Nawigacja
CD
Źródło: AUDI
13
Magistrala CAN – systemy połączeń
1
2
a
5
2
Struktury:
a) linearna
b) gwiaździsta
c) pierścieniowa
3
3
1
2
3
1
4
4
b
c
14
Magistrala CAN – systemy połączeń
P
a)
Liczba wymaganych
przewodów:
a) sterowanie tradycyjne
b) z wykorzystaniem magistrali CAN
P
b)
CAN
P
15
Magistrala CAN – elementy składowe
sterownik
Kontroler
CAN
Transceiver
Terminator
magistrali
Przewody
magistrali
16
CAN – linia przesyłowa
Przesył sygnału dwoma
przewodami tzw. skrętką.
Przeciwstawne napięcia na przewodach –
przesył metodą różnicową
3,5V
2,5V
1,5V
CAN L
3,5V
2,5V
1,5V
CAN H
17
CAN – charakterystyka linii przesyłowych
Przewód magistrali
Długość magistrali
Rezystancja
0 – 40m
40 – 300 m
300 – 600 m
600 – 1000 m
70mΩ/m
<60mΩ/m
<40mΩ/m
<26mΩ/m
Terminator
Transfer
124Ω (1%)
1Mb/s przy 40m
127Ω (1%)
500kb/s przy 100m
150Ω - 300Ω
100kb/s przy 500m
150Ω - 300Ω
50kb/s przy 1000m
Przekrój
0,25 - 0,34 mm2
AWG23, AWG22
0,34 - 0,5 mm2
AWG22, AWG20
0,5 - 0,6 mm2
AWG20
0,75 - 0,8 mm2
AWG18
Linie doprowadzające do magistrali (łączna długość max. 30m):
 max. 2m przy transferze do 250kb/s
 max. 30cm przy transferze większym niż 250kb/s
18
Źródło: Elektor Electronics
CAN – charakterystyka linii przesyłowych
Zależność pomiędzy max. długością magistrali i szybkością transferu:
długość  szybkość = const.
( 1Mb/s  40m = 100kb/s  400m )
19
CAN – poziomy napięć
Napięcie na magistrali
(w odniesieniu do lokalnej masy)
Bit recesywny 1
Bit dominujący 0
Przewód CAN LOW
2,5V
1,5V
Przewód CAN HIGH
2,5V
3,5V
0 ÷ 0,5V
0,9 ÷ 2V
Dopuszczalna różnica napięć pomiędzy przewodami
Zakłócające pola elektromagnetyczne znoszą się nawzajem
(suma napięć jest zawsze stała)
Bit recesywny może być nadpisany przez bit dominujący (wysłanie różnych bitów
przez dwie stacje powoduje, że tylko jedna będzie „słyszana” przez pozostałe
20
komponenty magistrali)
Magistrala CAN - transmisja danych
Sterownik 1
przejmowanie
danych
Sterownik 2
przygotowanie
danych
kontrola
danych
odbiór
danych
Sterownik 3
wysyłanie
danych
Sterownik 4
przejmowanie
danych
kontrola
danych
kontrola
danych
odbiór
danych
odbiór
danych
21
Sterownik 1
przejmowanie
danych
Sterownik 2
przygotowanie
danych
kontrola
danych
odbiór
danych
Sterownik 3
wysyłanie
danych
Sterownik 4
przejmowanie
danych
kontrola
danych
kontrola
danych
odbiór
danych
odbiór
danych
Przekazanie danych ze
sterownika do kontrolera
CAN
22
Sterownik 1
przejmowanie
danych
Sterownik 2
przygotowanie
danych
kontrola
danych
odbiór
danych
wysyłanie
danych
Sterownik 3
Sterownik 4
Odbiór danych z
kontrolera CAN, przejmowanie
danych
przekształcenie i wysłanie
kontrola
kontrola
na magistralę
przez
danych
danych
transceiver CAN
odbiór
danych
odbiór
danych
23
Sterownik 1
przejmowanie
danych
kontrola
danych
odbiór
danych
Sterownik 2
Pobranie
przygotowanie
danych
z
danych
magistrali
przez
pozostałe
wysyłanie
danych
sterowniki
(odbiorniki)
Sterownik 3
Sterownik 4
przejmowanie
danych
kontrola
danych
kontrola
danych
odbiór
danych
odbiór
danych
24
Sterownik 1
przejmowanie
danych
Sterownik 2
przygotowanie
danych
kontrola
danych
odbiór
danych
Sterownik 3
wysyłanie
danych
Sprawdzenie, czy pobrane
dane są potrzebne do
pracy sterowników
Sterownik 4
przejmowanie
danych
kontrola
danych
kontrola
danych
odbiór
danych
odbiór
danych
25
Sterownik 1
przejmowanie
danych
Sterownik 2
przygotowanie
danych
kontrola
danych
odbiór
danych
Sterownik 3
wysyłanie
danych
Sterownik 4
przejmowanie
danych
kontrola
danych
kontrola
danych
odbiór
danych
odbiór
danych
Przejęcie i przetworzenie
dedykowanych danych,
lub ignorowanie ich
26
CAN – wymiana danych
 System asynchroniczny przesyłu danych
Komunikacja jest synchronizowana poprzez wiadomość wysyłaną
przez sterownik – zbocza narastające / opadające kolejnych bitów.
 Wymiana komunikatów:
– Odwołanie do określonego sterownika
sterownik nadający podaje adres odbiorcy; odbiorca potwierdza
odbiór
– Podanie określonej wiadomości
nadajnik dołącza do komunikatu identyfikator określający
charakter wiadomości (brak adresów); pozostałe stacje same
decydują, czy informacja jest im potrzebna
27
CAN - protokół danych
Budowa komunikatu
Pole startowe
Pole
zabezpieczenia
Pole kontrolne
Pole statusu
Pole danych
Komunikat = ramka danych
Pole końcowe
Pole
potwierdzenia
0
„0” – z priorytetem
(bit dominujący)
1
„1” – bez priorytetu
(bit recesywny)
Źródło: BOSCH, CAN specification
28
Budowa komunikatu
Pole startowe (Start of Frame - SOF)
– bit dominujący (0) określający początek ramki (1bit);
zbocze narastające synchronizuje wymianę danych
29
Budowa komunikatu
Pole statusu (Arbitration Field, Identifier) - 12bitów
– identyfikator informacji, określa priorytet komunikatu, im mniejsza
wartość, tym większy priorytet (11bitów)
CAN2.0A (standard CAN) – 11bitów (211 = 2048 ramek), transfer 5÷125kb/s
CAN2.0B (extended CAN) – 29bitów (229 = 536 870 912 ramek), transfer 5÷1000kb/s
30
Budowa komunikatu
Pole statusu (Arbitration Field, Identifier) - 12bitów
- zdalne żądanie transmisji (Remote Transmision Request – RTR) –
1 bit (0), umożliwia zaadresowanie ramki do określonego sterownika
31
Budowa komunikatu
Pole kontrolne (Control Field)
– określenie jak zbudowana jest ramka (6 bitów)
32
Budowa komunikatu
rozszerzenie identyfikatora (Identifier Extension – IDE) – 1 bit,
wskazuje czy ramka jest standardowa (0), czy rozszerzona (1)
33
Budowa komunikatu
bit rezerwowy (r0)
34
Budowa komunikatu
Wskazanie długości pola danych (Data Length Code – DLC)
– 4 bity
35
Budowa komunikatu
Pole danych (Data Field)
– przesyłane dane od 0 do
64bitów (0÷8bajtów)
36
Budowa komunikatu
Pole zabezpieczenia CRC
(Cyclic Redundancy Check Field)
– wykrywanie zakłóceń transmisji
(16bitów)
ogranicznik CRC – 1 bit (0)
Nadajnik tworzy z danych 15-bitową sumę kontrolną; odbiornik oblicza taką
samą sumę na podstawie odebranych danych; przy braku zgodności
uruchamia się procedura korekcji błędów.
37
Budowa komunikatu
Pole potwierdzenia ACK
(Acknowledge Field)
– potwierdzenie odbioru – „1” (2bity)
ogranicznik ACK – 1 bit (1)
Pole ACK umożliwia przesłanie potwierdzenia odbioru; W tym miejscu
odbiornik przesyła potwierdzenie odbioru poprzedniej ramki (bit dominujący);
nadajnik odbiera „0” zamiast swojej „1”.
38
Budowa komunikatu
Pole końcowe EOF
(End of Frame)
– koniec ramki danych
(7bitów recesywnych)
39
Budowa komunikatu
Przerwa pomiedzy ramkami IFS
(Inter Frame Space)
– rezerwacja czasu na poprawne
wprowadzenie odebranych danych
(3bity recesywne))
40
CAN – arbitraż
ster. autom.
skrzyni biegów
ster. ABS
ster. Motronic
magistrala
0
0
bit3
bit2
bit1
Pole
startowe
Arbitraż umożliwia ustalenie pierwszeństwa podczas wysyłania informacji
Pole statusu
1
0
0
0
0
0
0
0
„0” – z priorytetem
(bit dominujący)
1
„1” – bez priorytetu
(bit recesywny)
0
1
1
0
1
Założenie:
Każdy sterownik podczas
nadawania jednocześnie
odbiera sygnały z magistrali;
jeżeli bity się pokrywają
nadawanie jest dozwolone
0
0
0
0
41
Źródło: Ńkoda
CAN – żądanie danych
Natychmiastowe żądanie informacji przez dane urządzenie z pominięciem
„kolejki”:
 Wysłanie ramki zdalnego żądania transmisji RRF
 Rozpoznanie ramki RRF przez inne sterowniki; wstrzymanie nadawania
 Ustalenie do którego sterownika jest adresowane żądanie (identyfikator)
 Przesłanie informacji przez wywołany sterownik
Różnice pomiędzy ramką danych a RRF:
– identyfikator pytanego sterownika jest umieszczony w polu identyfikatora
– w polu DLC podawana jest liczba bajtów rezerwowanych dla żądanej
wiadomości
– bit RTR jest recesywny (1)
– brak pola danych (0 bajtów)
42
CAN – wykrywanie błędów
Niezawodność magistrali CAN:
1 nie wychwycony błąd na 1000 lat pracy (co 0,7s pojawia się błędny bit)
Wykrywanie błędów:
 Na magistrali pojawiają się sygnały tylko z jednego sterownika (po arbitrażu); on
sam powinien „słyszeć” swoje sygnały; niezgodność świadczy o błędnej transmisji.
 Każde 5 kolejnych bitów o jednakowej wartości jest poprzedzone bitem
komplementarnym - dodatkowym (oprócz pola EOF); jeżeli sterownik odbiera więcej
niż 5 bitów o jednakowej wartości, to jest to traktowane jako błąd
 Szacowanie sumy kontrolnej przez odbiornik w polu CRC
 Brak nadpisania bitu przerwy ACK jest traktowane przez nadajnik jako brak odbioru
komunikatu przez inne węzły magistrali
 Kontrola niektórych pól w ramce, które mają określoną wartość (ogranicznik CRC,
43
ogranicznik ACK, pole EOF – bity recesywne)
CAN – korekcja błędów
Korekcja błędów:
 Ramki błędne nie są przetwarzane
 Sterownik, który wykrył błąd, celowo wysyła błędną ramkę na magistralę
(6 bitów dominujących + 8 bitów recesywnych) – wszystkie sterowniki na
magistrali albo odbierają poprawne komunikaty, albo odrzucają błędne
dane (informacja globalna o lokalnym błędzie)
44
CAN – uszkodzenia sieci
Topologia połączeń gwarantuje nieprzerwaną komunikację
nawet w przypadku:
 Przerwania jednego z przewodów
 Zwarcia jednego z przewodów do masy
 Zwarcia jednego z przewodów do „plusa” zasilania
UWAGA! – Możliwa jest znaczna redukcja poziomów sygnałów,
nawet do poziomów szumów
45
CAN – uszkodzenia sieci
Uszkodzenia terminatora (zmiana oporu):
 Pomiar rezystancji przy włączonej sieci (wynik – połowa rezystancji nominalnej)
 Pomiar rezystancji przed i po odłączeniu końcowego sterownika (brak zmian
świadczy o uszkodzeniu)
Uszkodzenia „skrętki”:
 Naprawa wymaga staranności (miejsce
naprawy, może powodować odbicia
sygnałów i przekłamania w transmisji)
 Ograniczona ilość napraw
 Kolejne naprawy min. co 10cm, na
długości max. 5cm
46
CAN – podsumowanie
 Możliwość wykorzystania różnych struktur magistrali:
gwiaździsta, pierścieniowa, linearna.
 Maksymalna ilość węzłów w systemie:
– 32 – zastosowania standardowe
– 64÷128 – zastosowania specjalne
 Szybkość transferu od 5kb/s do 1Mb/s
– elektronika napędu - 500kb/s (Ńkoda) (komunikat – 0,25ms, próba
połączenia – 720ms)
– elektronika komfortowa – 62,5kb/s (Ńkoda) (komunikat – 1ms,
próba połączenia – 20ms)
 Rozszerzenie protokołu transmisji wymaga jedynie zmian
programowych
 Ogólnie obowiązująca norma umożliwia stosowanie
sterowników różnych producentów
47
LIN - Local Interconnect Network
Magistrala LIN łączy niewielką liczbę czujników i elementów
wykonawczych z jednym nadrzędnym sterownikiem.
Zalety sieci LIN:
 Prostota
 Niski koszt
 Zwiększenie:
 Szybkość transmisji
 Funkcjonalność
 Niezawodność
48
Połączenie sieci LIN i CAN
CAN
A
B
GATEWAY
Zastosowanie magistrali
LIN zwiększa:
Szybkość transmisji
Funkcjonalność
niezawodność
LIN
1
2
3
Magistrala LIN uzupełnia magistralę CAN, ale jej
49
nie zastępuje.
Cechy magistrali
LIN sterowanie
lusterkami
mikrosilnik
grzejnik
blok
przełączników
LIN - układ
kierowniczy
LIN - ster. fotelem pasażera
Niezależnie od
wyposażenia
samochodu badanego
oprogramowanie LIN
Master’a zawsze
odpowiada
wyposażeniu
pełnemu.
Sterownik centralny (ECU - Master)
LIN - sterowanie
fotelem kierowcy
CAN
 Transmisja <20kb/s
 Jednoprzewodowość
 Architektura master-slave
 Samoczynna synchronizacja komunikacji
50
Przykładowa aplikacja
SLAVE
MASTER
tº
M

CAN
Układ sterowania
klimatyzacją
(AUDI A8 2003r)
Zastosowanie magistrali LIN
zaoszczędziło 25m okablowania
i zmniejszyło masę pojazdu o 3kg.
MASTER:
 pełni rolę modułu Gateway
 monitoruje dane
 ustala prędkość transmisji
 ustala kolejność i przydział czasowy dla poszczególnych
węzłów
 diagnozuje sieć
51
Ramka danych
nagłówek (żądanie informacji od węzła)
odpowiedź węzła
„delimiter"
przerwa
synchronizacyjna
pole synchronizacji
węzłów „Slave”
identyfikator
2, 4 lub 8 pól danych
10 bitów
bit
startowy
0
bit
końcowy
1
2
3
4
5
6
7
„0” – bit dominujący
„1” – bit recesywny
Identyfikacja
początku nowej
ramki (13 bitów).
Adres węzła
podrzędnego
(8 bitów).
52
Ramka danych
Nagłówek
Odpowiedź
Bity recesywne
Bit końcowy
Delimiter
Pole
synchronizacji
Dane
Bity dominujące
Przerwa
synchronizacyjna
Identyfikator
Przebiegi rzeczywiste
Bit startowy
53
Odpowiedzi węzła
Odpowiedź węzła:
- rzeczywista odpowiedź (np. przekazanie informacji o
wartości jakiegoś parametru)
- wmuszenie ustawienia parametru (węzeł „Master” w czasie
„odpowiedzi” nadaje wartość jaką ma ustawić „Slave”)
54
Poziomy napięć
Strona nadawcza Strona odbiorcza
Ubat.
Ubat.
Bity recesywne
80% Ubat.
60% Ubat.
40% Ubat.
Bity dominujące
20% Ubat.
0V
0V
55
Magistrale optyczne
Wprowadzenie sieci optycznych do samochodów jest
odpowiedzią na:
 rozbudowę systemów multimedialnych
 wymaganych dużych szybkości transferu danych
(min. 14,51 Mb/s dla multimediów)
 potrzebę eliminacji zakłóceń
Umożliwiły one:
 zwiększenie transferu
 eliminację zakłóceń elektromagnetycznych
Źródło: AUDI
56
Magistrala MOST
DVD Video
DAB radio cyfrowe
Telefon
Powstanie magistrali MOST
1998
TV tuner
Nawigacja
CD/DVD
Internet
Sieć orientowana na przesył
obrazu i dźwięku.
CD/MD Audio
57
Struktura i cechy
Zmieniarka CD
Wyświetlacz
Telematyka
Gateway
Tuner TV
Czytnik map
Tuner radiowy
Kontrola
głosowa
Nawigacja
Wzmacniacz
Podstawowe cechy:
Architektura – pojedynczy
pierścień
 Przepustowość max 21,1
Mb/s
 Częstotliwość
nadawania ramek 44.1kHz
 Modułowość
 Niewrażliwość na
zakłócenia
 Autonadzór
Źródło: AUDI
58
Warstwa fizyczna
Zasilanie
wewnętrzne
Światłowód
Złącze
optyczne
Złącze
elektryczne
Złącze
diagnostyczne
Przesył sygnałów za pomocą
światłowodu o śr. 0,9mm
(światło podczerwone
λ=650nm)
Pozostałe
podzespoły
LED
Fotodetektor
Dekoder MOST
Źródło: AUDI
powierzchnia kontaktowa
światłowodu
Mikrokontroler
wskaźnik kierunku
przepływu sygnału
obudowa gniazda
Najdłuższe odcinki do kilku metrów
(max tłumienie 3dB)
światłowód
zakończenie
światłowodu
mechanizm
blokujący
wtyczka
59
Stany pracy
Tryb uśpienia – brak wymiany danych,
wszystkie urządzenia przerywają pracę (brak
autodiagnozy, żądania informacji)
Tryb gotowości – uaktywnienie przez jakiś
sterownik, funkcje systemu nie są dostępne,
sieć jest gotowa do działania
Tryb pracy – wszystkie funkcje są dostępne
60
Ramka danych
„Delimiter”
Pole startowe
„preamble” 4bity
4bity
Pole danych
Pole
kontrolne
Kontrola
parzystości
16bitów
1bit
480bitów
Pole
statusu
7bitów
Bity
asynchroniczne
Bity
synchroniczne
0-36 bajtów
24-60 bajtów
Dane synchronicznych (audio, video – przesył „online”) - pierwszeństwo przesyłu
Dane asynchroniczne (rysunki, zdjęcia, mapy)
61
Pole kontrolne – adres nadajnika i odbiornika, regulacja parametrów
Źródło: AUDI
Ramka danych
„Delimiter”
Pole kontrolne
Pole danych
Bity asynchroniczne
Bity synchroniczne
Kanał wyjścia
audio bloku
nawigacji „mono”
Kanał audio
zmieniarki CD „stereo”
Kanał audio
odtwarzacza
DVD „surround”
Wolne bajty
(brak danych)
62
Podział danych synchronicznych – każdy kanał zajmuje 8 bitów
Źródło: AUDI
Uszkodzenia magistrali
Uszkodzenie światłowodu na skutek zbyt małego
promienia zagięcia.
63
Źródło: AUDI
Uszkodzenia magistrali
Typowe usterki przewodów światłowodowych:
1.załamany przewód,
2.uszkodzona warstwa ochronna,
3.zarysowania powierzchni kontaktowych,
4.zabrudzenia powierzchni kontaktowych,
5.przesunięcie powierzchni kontaktowych,
6.załamanie wtyczki,
7.przerwa w złączu,
8.zbyt mocno zaciśnięta końcówka.
64
Źródło: AUDI
Magistrala „Byteflight”
C - mikrokontroler
OT - „tranciever” optyczny
C
Sieć orientowana na układy
bezpieczeństwa czynnego i
biernego.
OT
C
OT
C
OT
 Struktura gwiaździsta
(polepszenie niezawodności)
OT
OT
OT
„Łącznik"
OT
OT
 Transfer danych – 10 Mb/s
(odpowiedni dla sterowania ABS,
ASR, ESP, itp.)
OT
OT
C
OT
C
 Sieć światłowodowa
 Brak arbitrażu
OT
GATEWAY
CAN
„Łącznik” umożliwia komunikację z
innymi sieciami oraz blokuje
przesył nieistotnych i błędnych
informacji.
65
Źródło: BMW
„Byteflight” – protokół transmisji
SYNC
1
2
3
10
35
1
2
3
Dane o wysokim priorytecie
(transmisja synchroniczna)
10
38
75
Dane o niskim priorytecie
(transmisja asynchroniczna)
 Podział na cykle 250 μs (przerwa synchronizacyjna SYNC)
 Zmiana impulsów SYNC wskazuje na stan alarmowy.
66
Źródło: BMW
„Byteflight” – ramka danych
100 ns
Bity startowe
(6bitów)
ID
LEN
D0
D11
CRC
Koniec wiadomości
(2x ”0")
ID – bity identyfikacyjne (8 bitów)
LEN – informacja o długości wiadomości (8 bitów)
D0D11 – dane (12 bajtów)
CRC – pole zabezpieczenia (16 bitów)
 Czas trwania wiadomości – 4,616,6 μs
 Każde pole poprzedza bit startowy (100ns) – przerwa pomiędzy polami nie jest
67
odbierana jako SYNC
Źródło: BMW
Wymagania
(niezawodność, transfer)
Sieć „FlexRay”
Aplikacje
FlexRay
MOST
CAN
LIN
Bezpieczeństwo
i napęd
Multimedia
 Zamiana standardu CAN na nowsze rozwiązanie (szybsze i bardziej niezawodne)
 Sieć dedykowana dla układów „x-by-wire” (bezpieczeństwo i parametry jezdne)
 Transfer danych – 10 Mb/s (odpowiedni dla sterowania ABS, ASR, ESP, itp.)
68
Sieć „FlexRay”
Węzeł
„Active Star”
Węzeł
końcowy
 Komunikacja dwukanałowa (dane priorytetowe – kanał statyczny, inne – dynamiczny)
 Wielopoziomowa architektura gwiaździsta
 Zastosowanie węzłów aktywnych (łączników) i końcowych
69
„FlexRay” – węzeł aktywny
Blok zasilania
dane
wejściowe
Układ detekcji
trasferu
Układ detekcji
trasferu
Układ kontroli
kierunku trasferu
Układ kontroli
kierunku trasferu
dane
wyjściowe
Łącznik „Active Star”
 Główne zadanie – detekcja węzła wysyłającego informację i skierowanie do
odpowiedniego „odbiorcy”
 Praca dwukierunkowa – możliwa zamiana układów wyjściowych i wejściowych
 Możliwość odłączenia węzła końcowego lub fragmentu sieci
70
„FlexRay” – węzeł końcowy
Węzeł końcowy „Node”
S
m te r
ag ow
is ni
tr k
al
i
Bus
Guardian
S
m te r
ag ow
is ni
tr k
al
i
Bus
Guardian
Kontroler komunikacji
Blok zasilania
Mikrokontroler
(Host)
 Każdy węzeł końcowy zawiera dwa
sterowniki magistrali
 Blok nadzorujący („bus-guardian”) –
ochrona węzła i sieci przed przepływem
niepożądanych danych
do sieci
71
„FlexRay” – protokół transmisji
Przesyłana wiadomość
Dane synchroniczne
1
BUS 0
(stat.)
SOC
2
A1
1
BUS 1
(dynam.)
SOC
3
B1
2
A1
C1
3
B1
4
5
D1
4
6
7
A3
5
D1
Dane asynchroniczne
D2
6
A3
8
78
E1
9
C2
9
B2
A4
SOC
10
E2
SOC
SOC - impulsy synchronizacyjne
 Dystrybucja sygnału zegarowego, jednakowego dla wszystkich węzłów
 Likwidacja arbitrażu - synchronizacja transmisji (impulsy SOC) i przydział okien
czasowych dla węzłów
 Dane synchroniczne przesyłane w regularnych odstępach czasowych
 Dane asynchroniczne przesyłane jedne po drugich niezależnie w obu kanałach
72
„FlexRay” – ramka danych
ID – pozycja w części statycznej i priorytet w części dynamicznej
MUX – informacja, że węzeł wysyła różne dane z tym samym ID
SYNC – synchronizacja zegara
LEN – informacja o długosci pola danych
CRC – pole zabezpieczenia (wykrywanie zakłóceń)
73
Sieci bezprzewodowe
Sieci bezprzewodowe są
odpowiedzią na potrzeby
użytkowania osobistych urządzeń
multimedialnych nie
zintegrowanych z pojazdem w
trakcie jego użytkowania.
Wstępne pomysły wykorzystania połączeń
przewodowych i łącz na podczerwień
okazały się zbyt kłopotliwe. Rozwiązaniem
optymalnym okazały się połączenia radiowe
krótkiego zasięgu.
74
Sieć „Bluetooth”
 Sieć jest tworzona automatycznie
 Częstotliwość podstawowa 2,45GHz
 Przepustowość max 1Mbps
 Zasięg 10-20m
 Struktura komórkowa (max 8 urządzeń aktywnych na jedną komórkę)
 48-bitowe unikatowe adresy urządzeń
75
Likwidacja zakłóceń
 Podział przesyłanych danych na pakiety trwające 625μs
 Pakiety są nadawane w kanałach 1MHz w paśmie 2,4022,480GHz
 Kanały są wybierane losowo
76
Prognozy – system DRiVE
77
Źródło: Bosch
Podsumowanie

Sieci informatyczne, dostępne w coraz większej liczbie
samochodów, przyczyniają się zmniejszenia masy pojazdu,
zmniejszenia zużycia paliwa oraz emisji substancji szkodliwych,
dając jednocześnie coraz więcej komfortu i przyjemności z
prowadzenia samochodu.

Komunikacja pomiędzy sterownikami oparta o magistrale
tele- i optoinformatyczne zapewnia zwiększenie niezawodności
pracujących podzespołów oraz bezpieczeństwa kierującego i
pasażerów

Zastosowanie zaawansowanych sieci informatycznych w
motoryzacji umożliwia projektantom nowych samochodów realizacje
nawet najbardziej futurystycznych pomysłów („X-by-wire”, systemy
alarmowe „DRiVE”).
78
Dziękuję za uwagę
79

PRZEWODOWE I ŚWIATŁOWODOWE MAGISTRALE TELEINFORMATYCZNE STOSOWANE W POJAZDACH Przygotował:

Transkrypt

Podobne dokumenty

Projekty celowe – prace badawczo – rozwojowe