4^ Springer Vi eweg. Bussysteme Fahrzeugtechnik. in der. Protokolle, Standards und. Softwarearchitektur. Ralf Schmidgall.

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1 Werner Zimmermann Ralf Schmidgall Bussysteme Fahrzeugtechnik in der Protokolle, Standards und Softwarearchitektur 5, aktualisierte und erweiterte Auflage Mit 278 Abbildungen und 103 Tabellen 4^ Springer Vi eweg

2 Distributed Single Layer 1 Anwendung von Bussystemen und Protokollen 1 11 Überblick 2 12 KfzBussysteme, Protokolle und Standards 5 13 Standardisierung bei KfzBussystemen und Software 7 14 Neuere Entwicklungen 9 Literatur 12 2 Grundkonzepte und einfache KfzBussysteme Grundlagen Elektrotechnische Grundlagen Topologie und Kopplung von Bussystemen Botschaften, Protokollstapel, Dienste (Services) Kommunikationsmodelle, Adressierung Zeichenund Bitstrombasierte Übertragung, Nutzdatenrate 216 Buszugriffsverfahren, Fehlererkennung und Fehlerkorrektur Jitter und Latenz bei der Datenübertragung Elektrik/Elektronik(E/E)Architekturen KLine nach ISO 9141 und ISO Entwicklung von KLine und KWP KLine BusTopologie und Physical Layer Data Link Layer Einschränkungen für emissionsrelevante Komponenten (OBD) Schnittstelle zwischen Software und KommunikationsController Ältere KLineVarianten Zusammenfassung KLine 1 und SAEJ SensorAktorBussysteme SENT Edge Nibble Transmission nach SAE J PSI 5 Peripheral Sensor Interface ASRB 20 Automotive Safety Restraint Bus (ISO 22898) DSI Systems Interface 51 XI

3 Physical Layer Layer Deterministischer X 25 Normen und Standards zu Kap 2 54 Literatur 55 3 KfzBussysteme und Data Link Layer Controller Area Network CAN nach ISO Entwicklung von CAN BusTopologie und Physical Layer CAN Data Link Layer Fehlerbehandlung Einsatz von CANHöhere Protokolle Schnittstelle zwischen ProtokollSoftware und CANController Zeitverhalten von CANSystemen, Wahl der Botschaftspriorität 318 TimeTriggeredCAN (TTCAN) Buszugriff Energiesparmaßnahmen: Wakeup und Partial Networking Höhere Datenraten: CAN Flexible DataRate CAN FD Zusammenfassung CAN 1 und Local Interconnect Network LIN Überblick Data Link Layer Neue Botschaftstypen bei LIN V LIN Transportschicht und ISO Diagnose über LIN LIN Configuration Language Dynamische Konfiguration von LINSlaveSteuergeräten LIN Application Programming Interface (API) Zeitverhalten von LINSystemen Zusammenfassung LIN Layer 1 und FlexRay BusTopologie und Physical Layer Data Link Layer NetzwerkStart und TaktSynchronisation Fehlerbehandlung, Bus Guardian Konfiguration und übergeordnete Protokolle Zeitverhalten von FlexRaySystemen, BeispielKonfiguration Schnittstelle zum FlexRayController Weiterentwicklung FlexRay 3x Zusammenfassung FlexRay 1 und Media Oriented Systems Transport MOST BusTopologie und Physical Layer Data Link Layer Kommunikationscontroller Network Services und Funktionsblöcke Netzmanagement 133

4 XIII 346 Höhere Protokollschichten Beispiel für Systemstart und Audioverbindung Zusammenfassung MOST Automotive Ethernet Ethernet nach IEEE Autotauglicher Physical Layer BroadRReach Echtzeitfähigkeit mit IEEE 8021 AudioVideoBridging AVB Höhere Protokollschichten IP, TCP und UDP Normen und Standards zu Kapitel Literatur Transportprotokolle Transportprotokoll ISO TP für CAN nach ISO Botschaftsaufbau Flusssteuerung, Zeitüberwachung und Fehlerbehandlung Dienste für die Anwendungsschicht (Application Layer Services) ProtokollErweiterungen Adressierung bei KWP 2000/UDS Zuordnung von CAN Identifiern Bandbreite des ISO TP für CAN Transportprotokoll für FlexRay nach ISO Botschaftsaufbau und Adressierung Verbindungsarten und Übertragungsablauf Bandbreitensteuerung Fehlerbehandlung und Implementierungshinweise Bandbreite des FlexRay Transportprotokolls Transportprotokoll TP 20 für CAN Adressierung und CAN Message Identifier BroadcastBotschaften Dynamischer Kanalaufbau und Verbindungsmanagement Datenübertragung Transportprotokoll 441 Botschaftsaufbau TP 16 für CAN Dynamischer Kanalaufbau Datenübertragung und Datenrichtungswechsel Transportprotokoll SAEJ1939/21 für CAN Übertragungsarten, Adressierung und CAN Message Identifier Segmentierte Datenübertragung (Multi Packet) Transportprotokoll DoIP nach ISO Transportprotokoll für CAN FD Normen und Standards zu Kapitel Literatur 188

5 XIV 5 Diagnoseprotokolle Application Layer Diagnoseprotokoll KWP 2000 (ISO ) Überblick Diagnosesitzungen (Diagnostic Management) Adressierung der Steuergeräte nach KWP 2000 und UDS Bussystemabhängige Dienste (Network Layer Protocol Control) 515 Fehlerspeicher lesen und löschen (Stored Data Transmission) 516 Daten lesen und schreiben (Data Transmission), Ansteuern von SteuergeräteEin 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 UDSDiagnosedienste Response on Event Dienst OnBoardDiagnose OBD nach ISO 15031/SAE J Überblick OBDDiagnosedienste Auslesen des Fehlerspeichers und von Steuergerätewerten Abfrage der Testergebnisse für abgasrelevante Komponenten OBDFehlercodes Data Link Security PassThroughProgrammierung Beispiel Weiterentwicklung der Diagnose WorldWide Harmonized OnBoard Diagnose nach ISO Normen und Standards zu Kapitel Literatur 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 AMLKonfigurationsdateien für XCP und CCP Interface zwischen Bus und Applikationssystem ASAM MCD lb Field Bus Exchange Format FIBEX Überblick über ASAM AE MCD 2 und MCD Applikationsdatensätze nach ASAM MCD 2 MC ASAP2/A2LApplikationsdatensätze Calibration Data Format CDF und Meta Data Exchange MDX ODXDiagnosedatensätze nach ASAM AE MCD 2D 277

6 Messen Kalibrieren XV 661 Aufbau des ODXDatenmodells DIAGLAYER: Hierarchische Diagnosebeschreibung VEHICLEINFOSPEC: Fahrzeugzugang und Bustopologie COMPARAMSPEC und COMPARAMSUBSET: Busprotokoll DIAGCOMM und DIAGSERVICE: Diagnosedienste Einfache und komplexe Datenobjekte SINGLEECUJOB und MULTIPLEECUJOB: Diagnoseabläufe STATECHART: Diagnosesitzungen ECUCONFIG: Beschreibung der SteuergeräteKonfiguration ECUMEM: Beschreibung der FlashProgrammierung FUNCTIONDICTIONARY: Funktionsorientierte Diagnose Packaged ODX und ODXAutorenwerkzeuge ODX Version 22 und ISO ASAM AE MCD 3Server Funktionsgruppe M Funktionsgruppe C Funktionsgruppe D Diagnose MVCISchnittstelle für Diagnosetester nach ISO OTXBeschreibung von Testabläufen nach ISO Grundkonzepte und Aufbau von OTX OTXCoreDatenmodell OTXCoreProgrammelemente OTXErweiterungen Normen und Standards zu Kapitel Literatur SoftwareStandards: OSEK und HIS Einführung OSEK/VDX Ereignisgesteuerter Betriebssystemkern OSEK/VDX OS Kommunikation in OSEK/VDX COM Netzmanagement mit OSEK/VDX NM Zeitgesteuerter Betriebssystemkern OSEK Time, Fehlertoleranz OSEK FTCOM und Schutzmechanismen Protected OSEK Scheduling, Taskprioritäten und Zeitverhalten bei OSEK OS und AUTOSAR OS HardwareEin und Ausgabe (HIS IO Library, IO Driver) HIS Hardwaretreiber für CANKommunikationscontroller (HIS CAN Driver) HIS FlashLader Normen und Standards zu Kapitel Literatur 365

7 XVI 8 AUTOSARSoftwarearchitekturfürKfzSysteme Einführung Überblick über die AUTOSARBasissoftware Funktionale Sicherheit Betriebssystem AUTOSAR OS Kommunikationsstack AUTOSAR COM, Diagnose DCM Netzmanagement AUTOSAR NM Virtual Function Bus VFB, Runtime Environment RTE und Softwarekomponenten Beispiel einer einfachen Anwendung Ausblick Normen und Standards zu Kapitel Literatur Werkzeuge, Anwendungen und Einsatzgebiete Entwurfund Test der OnBoardKommunikation Entwicklungsprozess mit CANoe von Vector Informatik Netzwerkdesign mit dem Network Designer Simulation des Gesamtsystems in CANoe Restbussimulation als Entwicklungsumgebung für Steuergeräte Integration des Gesamtsystems System und Softwareentwurffür Steuergeräte Systementwurf mit PREEvision von Vector Informatik Entwicklung der Anwendungssoftware im AUTOSARProzess Systemtest und Applikation Werkzeuge zur Applikation von Steuergeräten SteuergeräteApplikation mit CANape von Vector Informatik FlashProgrammierung von Steuergeräten Rahmenbedingungen FlashSpeicher FlashProgrammierprozess Beispiel eines FlashLaders: ADLATUS von SMART IN OVATION Softwaretest von FlashLadern und Busprotokollen Diagnosewerkzeuge in Entwicklung und Fertigung Beispiel für Diagnosewerkzeuge: samdia von Samtec Automotive Autorenwerkzeuge für Diagnosedaten DiagnoseLaufzeitsysteme und OTX DiagnoseSequenzen Open Test Framework von emotive als OTX Werkzeug Echtzeitverhalten der SteuergeräteKommunikation Kennwerte für das Echtzeitverhalten Echtzeitanalyse mit SymTA/S von Symtavision 480 Literatur 482

8 XVII 10 Kommunikation zwischen Fahrzeugen Mautsysteme Car2CarKonsortium und Vehicle2XKommunikation Normen und Standards zu Kapitel Literatur 489 WebAdressen 491 Abkürzungen 495 Sachverzeichnis 501