Simulative Bewertung und Optimierung von eingebetteten IP-basierten Systemen im Automobil

Transkript

1 Simulative Bewertung und Optimierung von eingebetteten IP-basierten Systemen im Automobil Sebastian Graf, Michael Glaß und Jürgen Teich Hardware-Software-Co-Design Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg Seite 1

2 Gliederung Motivation Einordnung innerhalb von TP 5 Modellierung Bewertungskriterien Ausblick Seite 2

3 Motivation??[Paolo Giusto, GM ECI Lab] Seite 3

4 Motivation Ziel: Frühzeitige Bewertung des Systems Mehr Freiheitsgrade Optimierungspotential Entweder analytische Bewertung Pessimistische (Worst-Case) Abschätzungen Aufwendige Modellierung der komplexen heterogenen Systeme oder ein simulativer Ansatz Average-Case Abschätzungen Funktionales und zeitliches Verhalten der Anwendungen Laufzeiten der Nachrichten Puffergrößen Verringerter Modellierungsaufwand komplexer Systeme Seite 4

5 Einordnung in TP 5 PREEvision Plugin (TUC & FAU) Implementierung Funktionsbeschreibung (semi-autom.) PREEvision (aquintos) optional Funktionsnetz (autom.) Spezifikation (SysteMoC + Architektur) SystemCoDesigner (FAU) Prototyp Architektur 150%-Modell (autom.) Seite 5

6 Fokus des Vortrags 4. Übernahme der Ergebnisse 1. Modellierung (PREEvision) Funktionssicht Architektursicht Mappings 2. Kopplung (PREEvision Plugins) Metamodellextraktion Erstellung Simulationsmodell 3. Exploration (SystemCoDesigner) Zielgrößenoptimierung Variation Architektur Bewertung der Lösungen (SystemCoDesigner) SystemC-Simulation Bewertung (dyn./stat.) Seite 6

7 Gliederung Motivation Einordnung innerhalb TP 5 Modellierung Methodik: Virtueller Prototyp Funktionsnetz (FN) Komponentennetzwerk (NET/CMP) Kommunikation / IP Bewertungskriterien Ausblick Seite 7

8 Optimierung Methodik Überblick Architekturinformationen Funktionsbeschreibung Virtueller Prototyp Bewertung Implementierung Seite 8

9 Virtueller Prototyp Ausführbare (Funktions-)Spezifikation Funktionale Simulation des Verhaltens f2 f1 msg 0 5 XML gesteuerte Architekturkonfiguration Parametrisierung der Komponenten Funktionsabbildung 10 Aktivierung t[ms] 0ms 0ms 5ms 5ms ECU f2 f1 msg r r 0 5 w r r r 10 t[ms] 0 ms 2.5 ms 5 ms 8 ms Seite 9

10 Virtueller Prototyp - Zeitsimulation f2 f1 ECU Scheduler compute() ready assign compute() ready assign Seite 10

11 Funktionsnetz SystemC-basiertes Framework Aktorisierung des Funktionsnetzes Kapselt Funktonalität Definiert Kommunikationsverhalten actor1 i1(1)/b() b a o1(1)/a() i1 o1 Aktor ist äquivalent zu AUTOSAR SWC void a() { } void b() { } Abstrakte Verbindungen über Kanäle Sender-Receiver (FIFO) Last-is-best (Register) Aktivierungsverhalten Datenflussgesteuert Ereignisgesteuert Zeitgesteuert actor2 a i1(1)/a() void a() { } i1 Seite 11

12 Funktionsnetz Abstraktion Basismodell anhand von Funktionsrümpfen Automatisch generierbar z.b. aus PREEvision Keine Funktionalität, lediglich Platzhalter (Delay, Datenabhägigkeiten) Anreicherung mit abstraktem Wissen Erweiterung der Zustandsmaschine Anpassen des Kommunikationsverhalten Abstrakte Integration von Algorithmen Integration von Funktionscode Verwendung der eingesetzten Funktionen Parametrisierung mit realen (gemessenen) Parametern Genauigkeit der Simulation Aufwand zur Erstellung der Simulation Seite 12

13 Komponentennetzwerk Nachbildung der Fahrzeugarchitektur durch Virtual Processing Components (VPC) Zuständig für Zeitsimulation Ablaufplanung Pufferauslastung <component name= ECU1 scheduler=priority> <attribute type="transaction_delay" value= 5 us" /> <mapping source= f1 target= ECU1 > <timing fname= A::action1 delay = 1 us > <timing fname= A::action2 delay = 2 us > ECU1 Ethernet-Link Ethernet-Link GW FlexRay ECU3 Ethernet-Link ECU2 VPC modelliert zeitliches und logisches Verhalten der realen Komponente ohne die tatsächliche Funktionalität simulieren zu müssen Seite 13

14 Komponentennetzwerk Erweiterungen des Frameworks Neue Komponenten Ethernet Ethernet-AVB Weitere Automotive-Bussysteme (FlexRay, ) IP Abstraktion Dynamisches Verbindungshandling/Reservierung Pufferüberläufe Verwerfen von Nachrichten Definition von Simulationsszenarien Seite 14

15 Kommunikation FN NET ECU ECU Verbindungen auf Funktionsseite Kommunikationsroute auf Komponentenebene Seite 15

16 IP-Abstraktion Statische Route keine Pfadfindung/Routing Overhead durch (IP-)Header zusätzliches Delay der Übertragung Abstraktion der Stack-Durchlaufzeit t Stack tstack, statisch n* tstack, dynamisch Statischer Overhead (z.b. für Erzeugung des Headers) Datenabhängiger (dynamischer) Overhead (z.b. CRC) Integration als zusätzlicher Hop der Route Ethernet NIC / Übertragung data header statischer delay SW-Stack Sendetask Funktion data data data header t Stack size ( data) size( header) datenrate t[ms] dynamischer delay Seite 16

17 Gliederung Motivation Einordnung innerhalb TP 5 Modellierung Bewertungskriterien Ausblick Seite 17

18 Bewertungsmöglichkeiten Funktionale Korrektheit (Validierung) Auslastung Recheneinheit (ECU) Benutzte Datenrate (Busse) Puffer (Communication Controller) Zeitverhalten von Applikationen und Nachrichten Round-Trip-Time, Ende-zu-Ende Latenz, Jitter, Analyse vollautomatisch sowie manuelle Kontrolle über GANTT- Charts Seite 18

19 Bewertungsmöglichkeiten Puffergrößen Bestimmung des max. genutzten Pufferspeichers Systemverhalten bei beschränktem Puffer Problem: Pufferüberläufe Einfluss der Architektur auf das Verhalten der funktionalen Simulation Anpassung des Simulationsmodells Seite 19

20 f1 msg f2 f1 msg f2 Pufferüberlauf / Paketverlust Paketverlust Aktivierung ECU2 msg & f2 ereignisgesteuert f2 msg t[ms] f1 ECU1 msg & f2 zeitgesteuert t[ms] Problemstellung: Realer Ablauf bei Pufferüberlauf widerspricht funktionalem Modell Architekturauswirkung auf funktionales Verhalten des Systems Erweiterung und Anpassung der Simulationsumgebung notwendig Seite 20

21 Optimierungsmöglichkeiten (Entwickler) Erprobung verschiedener Realisierungen/Implementierungen Alternative Funktionsabbildungen Geänderte Ausführungszeiten Verschiedene Möglichkeiten der Funktionsimplementierung Hardwarevariation Routingalternativen Incl. Gateway / Hardwarestack (z.b. UDP offloading) Stream-Reservierung Z.B. Nutzung von Ethernet-AVB Funktionalität bei Paketverlust Seite 21

22 Optimierungsmöglichkeiten (automatisch) Nutzung des SystemCoDesigner-Frameworks Automatische Generierung einer Simulationskonfiguration Ausführen eines definierten Szenarios Automatische Analyse und Bewertung des Systems Iterative Optimierung durch Variation der Systemkonfiguration mycodesign.com/research/scd Seite 22

23 Next Steps AP 5.2: Energieeffiziente Auslegung Energy-Efficient Ethernet Teilnetzbetrieb Funktionsverteilung Erweiterung der automatischen Generierung Seite 23

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Seite 24