Funktion des Automobilkommunikationssystems Flexray

Transkript

1 Funktion des Automobilkommunikationssystems Flexray Aus Markenrechtsgründen entfernt Hauptseminarvortrag Betreuer: Dipl.Inf.. Köhler tefan Aschenbach IngInf M02

2 Inhalt: 1. Einführung und Überblick - Aufgaben im Hauptseminar - Motivation und Anforderungen zu Flexray 2. Aufbau - Netztopologien - Komponenten 3. Funktion - Kodierung / Dekodierung - Media Access Control - Initialisierungsphase 4. Zusammenfassung / Fazit 2

3 Einführung Zielsetzung des Hauptseminars pezifikationen durcharbeiten Übersicht über tand der Entwicklung beschaffen Zusammenfassung im Hinblick auf Vorlesungsveranstaltung Vorbereitung von vorlesungsbegleitenden Folien 3

4 Einführung Flexray: Motivation Motivation immer mehr ensoren / Aktoren, Hilfssysteme, Multimediasysteme und teuereinheiten kritischere ysteme!kürzere Antwortzeiten und geringere Fehleranfälligkeit Anforderungen Übertragungsraten mind. 10 MBit/s kollisionsfreier Buszugriff garantierte Latenzzeiten zentrale und dezentrale Busüberwachung 4

5 Aufbau Topologien Aufbau: Topologien 1. Passiver Bus Flexray unterstützt mehrere Topologiearten und bis zu 2 seperate, physikalische Kanäle. Längenangaben beziehen sich auf 10 MBit/s TP max. 8 Knoten max 12m Leitung zwischen Knoten nicht fehlertolerant, Busfehler führt zum Ausfall aller Knoten 5

6 Aufbau Topologien 2. tern max. 16 Knoten max 12m Leitung eines Zweiges 3. Kaskadierter tern max. 3 terne 6

7 Aufbau Topologien 4. tern mit passivem Bus passiver Bus kann in den vorherigen Beispielen jeweils einen Einzelknoten ersetzen Limitierungen wie bei einzelnem passiven Bus 5. Mischformen im 2-Kanal Netz beliebige Mischung aus Ein- und Mehrkanalknoten beliebige Mischung der bisherigen Topologien 7

8 Aufbau Komponenten Komponenten Host Data, Configuration, tatus Communication Controller Bus Guardian (Channel A) Bus Guardian (Channel A) Control Data Power upply upervision Control Bus Driver Bus Driver (Channel A) Wakep Bus 8

9 Aufbau Komponenten CC Communication Controller (CC) Host Communication Controller Data Configuration, tatus Contr.-Host-Interface Transmit Data Bus Guardian cheduling Monitor Protocol Operation Control Transmit Data Enable Receive Data Bus Driver Bus Guardian Enable Bus Guardian 9

10 Aufbau Komponenten CC Communication Controller (CC) Configuration, Host über das Controller Data Host tatus Interface (CHI) Communication Controller Host sendet/empfängt Daten und tatus/konfiguration zum/vom zuständig für die (De-)Kodierung nach dem Flexray Protokoll Contr.-Host-Interface Transmit Data regelt die Zugriffssteuerung auf das Medium erkennt und verarbeitet teuersymbole Transmit Data Enable Bus Guardian Protocol Operation Control cheduling Monitor Receive Data ist verantwortlich für die Zeitsynchronisation überwacht das Eingliedern beim Neustart in laufenden Busverkehr Bus Guardian Enable Bus Driver Bus Guardian 10

11 Aufbau Komponenten BD Bus Driver (BD) Host tandby Error additional (optinal) ignals Bus Driver Receive Data Transmit Data Enable Transmit Data Communication Controller Bus Guardian Enable Transmit Receive Bus Guardian 11

12 Aufbau Komponenten BD Bus Driver (BD) Host nimmt vom CC einen Bitstream entgegen und passt diesen auf das Übertragungsmedium an additional tandby Error (optinal) erkennt spezielle ignals ignale auf dem Bus (zb Wakep), im leep/ tandby Modus Receive Data kann die tromversorgung anweisen in bestimmte Transmit Data Enable PowerModi zu gehen: Communication Bus Driver Controller Transmit Transmit Data Normal: alle Module arbeiten wie beschrieben tandby: Host arbeitet weiter, alle Kommunikationsmodule Bus Guardian Enable sind abgeschaltet Receive Bus Guardian leep: alle Module inkl. Host sind abgeschaltet 12

13 Aufbau Komponenten BD Bus Driver (BD) Data 1 und Data 0 dominant gegenüber Idle Idle LP (Low Power) Fehlerzustand für fehlende pannung Leitung 1 2,5V ca. 750mV Leitung 2 Data 1 Data 0 Idle Idle LP 13

14 Aufbau Komponenten BG Bus Guardian (BG) Local Bus Guardian (LBG) Central Bus Guardian (CBG) selbe Funktionalität wie CC inkl. eigener Zeitsynchronisation überwacht die Übertragung vom CC zum BD bei Fehlverhalten perrsignal zum BD, Fehlermitteilung zum CC und zum Host eigenständiges Gerät am Bus dekodiert, analysiert und enkodiert alle Nachrichten! Repeaterwirkung Überwachung des chedulings Filtert unplanmäßige Nachrichten 14

15 Funktion Funktion Daten Daten + Message ID HOT Payload Frame + Frame ID " Frame ID eindeutig Host zuzuordnen, für cheduling wichtig CC " byteweise egmentierung in Bitstream Byte Byte Bitstream " BD wandelt entsprechend Medium 2,5V BD 15

16 Funktion Kodierung Kodierung Reserved bit Payload preambel indicator Null Frame Indicator ync frame indicator tartup frame indicator Frames Header "Frame ID eindeutige Kennzeichnung "Payload length Länge in Byte / 2, konstant bei statischer Übertragung "Header CRC Checksumme; als Parameter übergeben; konstant bei statischer Übertragung "Cycle count aktueller Wert des Zykluszählers "Trailer CRC 24 bit CRC über das gesamte Frame Trailer Frame ID Payload Length Header CRC Cycle count..... Payload..... CRC CRC CRC 1 bit each 11 bits 7 bits 11 bits 6 bits bytes 8 bits 8 bits 8 bits 16

17 Funktion Kodierung Bitstream F "T: LOW-Pegel, um den Übertragungsstart zu kennzeichnen. "F: 1 Bit (HIGH), zur Verhinderung von Quantisierungsfehlern "B: 2 Bit (HIGH LOW), Kennzeichnet Beginn eines Datenbytes. "DataByte: Nutzdaten "FE: 2 Bit (LOW HIGH), markiert Ende eines Frames. "DT: (nur dyn.) Füllt Zeitslot mit LOW Pegel auf, endet mit einem Bit High. T B DataByte B DataByte..... FE DT H L 17

18 Funktion Media Access Media Access Control static segment dynamic segment symbol window network idle time static slot static slot dynamic slot dynamic slot action point minislot action point macrotick microtick 18

19 Funktion Media Access tatische Übertragung "Time Devision Multiple Access (TDMA) " Frame ID fest einzelnen Knoten zugeordnet " idle delimiter und idle schließen Übertragung ab und füllen restlichen lot auf channel active channel idle delimiter channel idle frame ID 1 frame ID 2 action point offset action point offset static slot action point static slot action point static slot 1 static slot 2 19

20 Funktion Media Access Dynamische Übertragung " lotlänge passt sich übertragenen Daten an channel active channel idle delimiter channel idle " idle delimiter und idle schließen Übertragung ab und füllen bis zum nächsten Minislot auf " lot ist einen Miniframe lang, falls keine Daten zu senden frame ID 1 frame ID 4 minislot action point offset action point offset action point action point dynamic slot 1 d s 2 d s 3 dynamic slot 4 20

21 Funktion Initialisierung Initialisierungsphase Wake p Phase H L > 6µs > 6µs > 6µs " Wakep ymbol durch spezielle Wakep- Knoten " ein Knoten weckt immer nur einen Kanal Data 0 Idle Data 0 < 30µs Wakep ymbol " ignal selbst ist kollisionsresistent, Funktion wird durch Kollision nicht eingeschränkt 21

22 Funktion Initialisierung tart p Phase Node 1 Leading Coldstart Node ready coldstart listen coldstart collision resolution coldstart consistency check normal active Node 2 Following Coldstart Node ready coldstart listen initialise schedule integration coldstart check coldstart join normal active Node 3 Non-Coldstart Node ready integration listen initialise schedule integration consinstency check normal active Bus - Activity CA signal C A startup frame Cycles no schedule

23 4. Zusammenfassung: - unterstützt 2 Kanäle und verschiedenste Topologien - Kollisionsfreien Buszugriff - statische und dynamische Übertragungsmodi - Zeitsynchronisation aller Knoten - Überwachung durch Bus Guardian Fazit: - gute Kombination von stat. und dyn. Übertragung - pezifizierung überläßt viel dem Anwender - Busüberwachung aufwendig - genauerer Vergleich nach Testphase 23

24 Vergleich CAN: ByteFlight: LIN: TTPA/C: Carrier sense Arbitrierung durch Dominanz Remote frame, Error frame, ACK u.s.w. Bitstuffing, Pegelausgleich auch 10MBit nicht nur stern nicht nur TDMA schon TDMA weniger Bandbreite Master-lave A: Master-lave ystem TDMA, Echtzeitfähig ynchronisation der Einzelknoten Buswächter 24

25 Quellen: 1. FlexRay Consortium, FlexRay Communications ystem Protocol pecification Version(2.1 Rev. A), ( 15. Dez. 2005) 2. FlexRay Consortium, FlexRay Requirements pecification Version(2.1), ( 19. Dez. 2005) 3. FlexRay Consortium, FlexRay Communications ystem Electrical Physical Layer pecification Version(2.1 Rev. A), ( Dez. 2005) 4. FlexRay Consortium, Preliminary Node-Local Bus Guardian pecification Version(2.0.9), ( 15. Dez. 2005) 5. FlexRay Consortium, Preliminary Central Bus Guardian pecification Version(2.0.9), ( Mai 2005) 6. Claas Bracklo, FlexRay International eminar - Consortium Information pdate Presentation lides, ( 4. Juni 2003) 7. Bernd Elend, FlexRay International Workshop - Flexray The electrical physical layer Presentation lides, ( 4. März 2003)