Bussysteme in der Fahrzeugtechnik

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1 Werner Zimmermann Ralf Schmidgall, ri V Bussysteme in der Fahrzeugtechnik Protokolle und Standards 3., aktualisierte und erweiterte Auflage Mit 224 Abbildungen und 96 Tabellen PRAXIS ATZ/MTZ-Fachbuch VIEWEG+ TEUBNER

2 rx Inhalt Vorwort V 1 Anwendung von Bussystemen und Protokollen Überblick.'.' 2 2 Kfz-Bussysteme, Protokolle und Standards Standardisierung bei Bussystemen 7 3 Kfz-Bussysteme - Physical und Data Link Layer Grundlagen für Kfz-Bussysteme 9 I Elektrotechnische Grundlagen Topologie und Kopplung von Bussystemen Botschaften, Protokollstapel, Diens'te (Services) Kommunikationsmodelle, Adressierung 16 I Zeichen- und Bitstrom-basierte Übertragung, Nutzdatenrate 20? Buszugriffsverfahren, Fehlererkennung und Fehlerkorrektur Jitter und Latenz bei der Datenübertragung 25 l 3.2 K-Line nach ISO 9141 und ISO 14230: 26, Entwicklung von K-Line und KWP K-Line Bus-Topologie und Physical Layer 27 I Data Link Layer 29 I Einschränkungen für emissionsrelevante Komponenten (OBD) Schnittstelle zwischen Protokoll-Software und Kommunikations- Controller Ältere K-Line-Varianten Zusammenfassung K-Line - Layer 1 und Controller Area Network CAN nach ISO Entwicklung von CAN Bus-Topologie und Physical Layer CAN Data Link Layer Fehlerbehandlung 41 j Einsatz von CAN - Höhere Protokolle Schnittstelle zwischen Protokoll-Software und CAN-Controller 43 I; Time-Triggered-CAN (TTCAN)-Deterministischer Buszugriff 46 I Zusammenfassung CAN - Layer 1 und Local Interconnect Network LIN Überblick Data Link Layer Zeitsynchrones Senden von Botschaften (Message Scheduling) Neue Botschaftstypen bei LIN V LIN Transportschicht und ISO Diagnose über LIN LIN Configuration Language 56

3 _X Inhalt Dynamische Konfiguration von LIN-Slave-Steuergeräten LIN Application Programming Interface (API) Zusammenfassung LIN - Layer 1 und FlexRay Bus-Topologie und Physical Layer Data Link Layer, Netzwerk-Start und Takt-Synchronisation ' Fehlerbehandlung, Bus Guardian Konfiguration und übergeordnete Protokolle Beispiel-Konfiguration - Schnittstelle zum FlexRay-Controller Weiterentwicklung Zusammenfassung FlexRay - Layer 1 und SAE J Media Oriented Systems Transport MOST.-., Bus-Topologie und Physical Layer Data Link Layer Kommunikationscontroller Network Services und Funktionsblöcke Netzmanagement Höhere Protokollschichten Beispiel für Systemstart und Audioverbindung Neuere Entwicklungen: MOST Zusammenfassung MOST.'., Sensor-Aktor-Bussysteme SENT-Single Edge Nibble Transmission nach SAE J PSI 5-Peripheral Sensor Interface ASRB Automotive Safety Restraint Bus (ISO 22898) Normen und Standards Transportprotokolle Transportprotokoll ISO TP für CAN nach ISO Botschaftsaufbau Flusssteuerung, Zeitüberwachung und Fehlerbehandlung Dienste für die Anwendungsschicht (Application Layer Services) Protokoll-Erweiterungen..: Adressierung bei KWP 2000/UDS - Zuordnung von CAN Identifiern Transportprotokoll AUTOSAR TP für FlexRay Transportprotokoll TP 2.0 für CAN Adressierung und CAN Message Identifier Broadcast-Botschaften Dynamischer Kanalaufbau und Verbindungsmanagement Datenübertragung, Transportprotokoll TP 1.6 für CAN Botschaftsaufbau Dynamischer Kanalaufbau Datenübertragung und Datenrichtungswechsel 125

4 Inhalt ; Xl_ 4.5 Transportprotokoll SAE J1939/21 für CAN Übertragungsarten, Adressierung und CAN Message Identifier Segmentierte Datenübertragung (Multi Packet) Normen und Standards Diagnoseprotokolle -Application Layer Diagnoseprotokoll KWP 2000 (ISO ) Überblick Diagnosesitzungen (Diagnostic Management) Adressierung der Steuergeräte nach KWP 2000 und UDS Bussystem-abhängige Dienste (Network Layer Protocol Control) Fehlerspeicher lesen und löschen (Stored Data Transmission) Daten lesen und schreiben (Data Transmission), Ansteuern von Steuergeräte-Ein- und Ausgängen (Input/Output Control) Speicherblöcke auslesen und speichern (Upload, Download) Start von Programmen im Steuergerät (Remote Routine Activation) Erweiterte Dienste (Extended Services) Unified Diagnostic Services UDS nach ISO 14229/ Unterschiede zum KWP 2000 Diagnoseprotokoll Überblick über die UDS-Diagnosedienste J Response on Event-Dienst On-Board-Diagnose OBD nach ISO /SAE J ' Überblick OBD-Diagnosedienste Auslesen des Fehlerspeichers und von Steuergerätewerten Abfrage der Testergebnisse für abgasrelevante Komponenten OBD-Fehlercodes Data Link Security l Pass-Through-Programmierung Beispiel Normen und Standards Anwendungen für Messen, Kalibrieren und Diagnose (ASAM AE MCD) Einführung Busprotokolle für Aufgaben in der Applikation (ASAM AE MCD 1MC) CAN Calibration Protocol CCP Extended Calibration Protocol XCP AML-Konfigurationsdateien für XCP und CCP Interface zwischen Busprotokolltreiber und Applikationssystem ASAM MCD 1b Field Bus Exchange Format FIBEX Überblick über ASAM AE MCD 2 und MCD Applikationsdatensätze nach ASAM MCD 2 MC ASAP2/A2L-Applikationsdatensätze Calibration Data Format CDF, Meta Data Exchange Format MDX

5 XII Inhalt 6.6 ODX-Diagnosedatensätze nach ASAM AE MCD 2D r Aufbau des ODX-Datenmodells DIAG-LAYER: Hierarchische Diagnosebeschreibung VEHICLE-INFO-SPEC: Fahrzeugzugang und Bustopologie...? COMPARAM-SPEC und COMPARAM-SUBSET: Busprotokoll DIAG-COMM und DIAG-SERVICE: Diagnosedienste Einfache und komplexe Datenobjekte SINGLE-ECU-JOB und MULTIPLE-ECU-JOB: Diagnoseabläufe STATE-CHART: Diagnosesitzungen ECU-CONFIG: Beschreibung der Steuergeräte-Konfiguration ECU-MEM: Beschreibung der Flash-Programmierung FUNCTION-DICTIONARY: Funktionsorientierte Diagnose Packed ODX und ODX-Autorenwerkzeuge ODX Version , 6.7 ASAM AE MCD 3 - Server Funktionsgruppe M - Messen Funktionsgruppe C - Kalibrieren.' Funktionsgruppe D - Diagnose.' MVCI-Schnittstelle für Diagnosetester nach ISO Normen und Standards Software-Standards: OSEK, AUTOSAR, HIS Einführung OSEK/VDX Ereignisgesteuerter Betriebssystemkern OSEK/VDX OS Kommunikation in OSEK/VDX COM Netzmanagement mit OSEK/VDX NM Zeitgesteuerter Betriebssystemkern OSEK Time und fehlertolerante Kommunikation OSEK FTCOM Erweiterung von OSEK OS um Schutzmechanismen: ProtectedOS Hardware-Ein- und Ausgabe (HIS IO Library, IO Driver) HIS Hardwaretreiber für CAN-Kommunikationscontroller (HISCAN Driver) HIS Flash-Lader AUTOSAR Überblick über die AUTOSAR-Basissoftware Betriebssystem AUTOSAR OS Kommunikationsstack AUTOSAR COM und Diagnose DCM Netzmanagement AUTOSAR NM Virtual Function Bus VFB, Runtime Environment AUTOSAR RTE und AUTOSAR Softwarekomponenten Ausblick Normen und Standards 327

6 Inhalt ^_ XIN_ 8 Werkzeuge, Anwendungen und Einsatzgebiete Softwarekomponenten für Steuergeräte Entwurf und Test der On-Board-Kommunikation Entwicklungsprozess mit CANoe von Vector Informatik Netzwerkdesign mit dem DaVinci Network Designer Simulation des Gesamtsystems in CANoe ^ Restbu^simulation als Entwicklungsumgebung für Steuergeräte Integration des Gesamtsystems Werkzeuge zur Applikation von Steuergeräten Flash-Programmierung von Steuergeräten Rahmenbedingungen Flash-Speicher Flash-Programmierprozess Beispiel eines Flash-Laders: ADLATUS von SMART Electronic Test und Freigabe von Flash-Ladern und Busprotokollen Diagnosewerkzeuge in Entwicklung und Fertigung Beispiel für Diagnosewerkzeuge: sämdia von Samtec Automotive Autorenwerkzeuge für Diagnosedaten Beispiel für Autorenwerkzeuge: ODXplorer von Samtec Automotive ASAMMCD3-Laufzeitsysteme Beispiel für ein Diagnosesystem: sammcd3servervon Samtec Automotive Software & Electronics Kommunikation zwischen Fahrzeugen Mautsysteme Car2Car-Konsortium Normen und Standards 390 Literaturverzeichnis 391 Web-Adressen 392 Abkürzungen 394 Sachwortverzeichnis 400