Busarchitektur beim VDM

Transkript

1 Vortrag zur PEARL 2003 Boppard, den Realisierung einer zeitgesteuerten, verteilten Regelung mit einem CAN-TTCAN-Gateway A. Albert*, R. Strasser** * Robert Bosch GmbH, Schwieberdingen ** Institut für Regelungstechnik, Uni Hannover Gliederung VM mit zeitgesteuerter Architektur Kurzer Überblick zu TTCAN Intelligentes CAN-TTCAN-Gateway Kleines Anwendungsbeispiel Zusammenfassung und Ausblick Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns. 1

2 Vehicle ynamics Management (VM) ESP Längsdynamik Aktive Bremse und Antrieb AFS Querdynamik Aktive Lenkung EAR Vertikaldynamik Aktives Fahrwerk Sensorik: Lenkwinkel, Querbeschleunigung & rehrate, Raddrehzahl VM = Überlagertes Regelungskonzept zur gleichzeitigen Verbesserung von Fahrstabilität, komfort, -sicherheit Vernetzung von Steuergeräten und Sensoren Koexistenz, Kooperation, Konkurrenz von unterschiedlichen Regelungsansätzen Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns. 2

3 Busarchitektur beim VM RS LWS Stand heute ESP (Emulator) Private- CAN LWS AFS (ES1000) ESP AFS: - Zusatzlenkwinkel (Stellbefehl) - Statusinformation AFS ESP: - Fahrerwunsch (Information) - Statusinformation Powertrain CAN (Geschw., rehzahlen) Architektur für VM-Studie RS RS LWS LWS Chassis-Bus (CAN, TTCAN, FlexRay) ESP (Emulator) AFS (ES1000) Powertrain CAN (Geschw., rehzahlen) Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns. 3

4 Wofür Zeitsteuerung? Vorteile zeitgesteuerter Systeme Vorhersagbarkeit (Predictability) eterministisches Verhalten auch unter Spitzenlast und Fehlerbedingungen Betriebssicherheit (ependability) höhere Systemzuverlässigkeit durch Fehlertoleranz- und Fehlererkennungsmechanismen Zusammensetzbarkeit (Composability) Unterstützung der Entwicklung und Integration ohne Nebeneffekte Zeitgesteuerte Variante von CAN, ISO (Time Triggered Communication) Gleiches Protokoll und physical-layer wie bei bisherigen CAN-Systemen CAN-Entwicklungserfahrung nach wie vor nutzbar Beliebige power-on Reihenfolge Möglichkeit der verteilten Zeitmaster (Redundanz) Konfiguration downloadfähig über das Netz Bewährte ereignisgetriggerte atenübertragung nach wie vor möglich Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns. 4

5 TTCAN-Grundlagen (1) Nachrichten- und Fenstertypen Nachrichten- bzw. Fenstertypen Referenznachricht Obligatorische Nachricht durch einen Zeitmaster am Anfang jedes Basiszyklus zur globalen Zeitsynchronisation Exklusive Zeit-Fenster Zeitgesteuerte, periodische Nachrichten Arbitrierende Zeit-Fenster Für die bewährte CAN-Arbitrierung reservierte Fenster, z.b. für sporadische Nachrichten Freie Zeit-Fenster Platz für Erweiterungen Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns. 5

6 TTCAN-Grundlagen (2) Basiszyklen und Kommunikationsmatrix Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns. 6

7 Roadmap des Projektes VM mit zeitgesteuerter Architektur Voruntersuchungen zu zeitgesteuerten Bus-Konzepten Echtzeitverhalten von Buskonzepten (Latenzzeit, Jitter) Fragestellung: Welcher Preis ist für die höhere Sicherheit zeitgesteuerter Konzepte zu zahlen im Hinblick auf die Reaktionsfähigkeit? TTCAN-fähige Multi-I/O-Karte (CAN-TTCAN-Gateway) Entwurfsverfahren bei zeitgesteuerten Architekturen aktuelle Tätigkeiten Laborimplementierung des VM Generelle Untersuchung zur zeitgesteuerten Systemarchitektur Synchronisation: Bus Sensoren, Bus Betriebssystem Migration aufzeigen CAN TTCAN FlexRay Auswirkungen auf Entwicklungsprozess und Regelgüte VM-Funktionen mit zeitgesteuertem Konzept Erprobungen im Fahrzeug Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns. 7

8 Intelligente Leiterkarte mit 2 CAN- und 2 TTCAN- Anschlüssen (CAN-TTCAN-Gateway) MPC555- SoC Programmierung PEARL90/RTOS-UH AC AC TPU SPI-EEPROM Ethernet Serielle Schnittstellen Leistungsversorgung 2 TTCAN Controller auf der Rückseite 2*CAN, 2*TTCAN Interfaces Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns. 8

9 Verwendungsmöglichkeiten der Leiterkarte CAN TTCAN CAN Bus 1 Gateway TTCAN Bus 1 Gateway TTCAN Bus 1 CAN CAN Bus 2 TTCAN Bus 2 2 separate 1-zu-1 Verbindungen zwischen CAN und TTCAN (die beabsichtigte Gateway-Funktionalität) 2 CAN-zu-CAN Gateways (evtl. mit unterschiedlichen atenraten) TTCAN-zu-TTCAN Gateway fehlertoleranter (synchroner) Bus mit parallelen TTCAN Bussen 2 unabhängige CAN und 2 unabhängige TTCAN Knoten mit Regelungsanwendungen auf dem MPC555 TTCAN Bus 2 Aktuelle Anwendungen des PCB Vehicle ynamics Management - VM mit zeitgesteuerten Architektur Untersuchung des Einflusses zeitgesteuerter Architekturen auf verteilte Regelungssysteme Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns. 9

10 Beispielanwendung des CAN-TTCAN-Gateways CAN-Knoten A CAN-Bus CAN-Knoten B CAN-Knoten A vorher CAN TTCAN TTCAN-Bus nachher TTCAN CAN CAN-Knoten B Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns. 10

11 Zeitverhalten des CAN-TTCAN-Gateways TTCAN-Bus 250 kbit/s CAN-Knoten A CAN-Knoten B CAN TTCAN gleiche Nachricht CAN-TTCAN-Gateway 50µs IR durch TTCAN Nachricht ist da Eins-zu-Eins Verbindung zusätzliche (i. Allg. konstante) Latenzzeit (Übertragung auf dem Bus, Rechenzeit für IRSR und Taskwechsel) TTCAN CAN CAN-Knoten B Task an CAN- Knoten B, für die die Nachricht bestimmt war, ist angelaufen Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns. 11

12 Synchronisation des RS mit dem TTCAN Bus RS TTCAN Zyklus 1 TTCAN Zyklus 2 TTCAN Zyklus 3 T T T A0 N1 A0 N2 A0 N3 TTCAN R M T R M T R M T ECU N1 N2 N3 konstante Verzögerung Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns. 12

13 Kleines Beispiel zur verteilten Regelung (1) µc 1 µc 2 PT 2 - Strecke /A A/ Sensorund Aktor- Knoten Regler- Knoten TTCAN-Bus Regelgröße Stellgröße µc 1 TTCAN A/ /A µc 2 Regelungsalgorithmus Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns. 13

14 Kleines Beispiel zur verteilten Regelung (2) Sprungantwort Eigenkreisfrequenz statische Verstärkung ämpfungskonstante ead-beat-entwurf Rechteck-Sollverlauf mit 5Hz Regelgröße Stellgröße Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns. 14

15 Kleines Beispiel zur verteilten Regelung (3) Synchronisation OS mit TTCAN-Bus Ein-/Ausgangsverzögerung 11ms unveränderter Reglerentwurf Synchronisation OS mit TTCAN-Bus Ein-/Ausgangsverzögerung 10ms Neuentwurf des Regler mit Kompensation der Latenzzeit Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns. 15

16 Zusammenfassung Intelligente Leiterkarte (32Bit-Rechner mit 64Bit-FPU) mit on-the-chip Echtzeit-Betriebssystem, Shell, Programmverwaltung vielfältigen Schnittstellen und Peripherie 2 x CAN, 2 x TTCAN, 2 x Seriell (RS232), Netzwerkanschluss 4 KByte SPI-EEPROM für Initialisierungsdaten, z.b. TTCAN-Kommunikationsmatrix A-Wandler, A-Wandler, TPU Exemplarische Migration von CAN TTCAN bei verteilten Systemen Untersuchung zeitgesteuerter Architekturen für verteilte Regelungssysteme Aktuelle und zukünftige Arbeiten Laboraufbau, bzw. Versuchsfahrzeug Untersuchungen zur Synchronisation Sensoren Bus, Betriebssystem Bus Auswirkungen zeitgesteuerter Konzepte auf den Entwicklungsprozess, Reglerentwurf Alle Rechte bei Robert Bosch GmbH, auch für den Fall von Schutzrechtsanmeldungen. Jede Verfügungsbefugnis, wie Kopier- und Weitergaberecht, bei uns. 16