Autóipari beágyazott rendszerek A kommunikáció alapjai
1
Alapfogalmak • Hálózati kommunikáció – Vezérlőegységek közötti információ továbbítás • Csomópontok
– Kommunikációs csatornákon keresztül • Terepbuszok (cluster) • Átjárók (gateway)
– Statikus • A kommunikációs minta fejlesztési időben rögzített
2
Alapfogalmak • Információ egységek – Jel – signal • Egy elemi adat, amit át kell vinni • Pl. jármű sebesség
– PDU – Protocol Data Unit
jel PDU keret
• Logikailag összetartozó jelekből álló csomag
– Keret – frame • Egy vagy több PDU-ból álló, fizikai adategység • Kiegészül protokoll specifikus fej és farok résszel 3
Kommunikációs minták • Üzenet alapú kommunikáció
4
Kommunikációs minták • Üzenet alapú kommunikáció Kötött formátumú üzenet
5
Kommunikációs minták • Üzenet alapú kommunikáció A küldő elküldi az üzenetet
6
Kommunikációs minták • Üzenet alapú kommunikáció Az egyes fogadók egymástól függetlenül veszik az üzenetet
7
Kommunikációs minták • Üzenet alapú kommunikáció
A vevők egyetlen puffert, vagy egy üzenetsort tartanak fenn
8
Kommunikációs minták • Üzenet alapú kommunikáció
A kapcsolat szigorúan egyirányú, nincs visszajelzés a vételről
9
Kommunikációs minták • Távoli eljáráshívás
10
Kommunikációs minták • Távoli eljáráshívás
A szerver egy adott szignatúrájú függvényt valósít meg
11
Kommunikációs minták • Távoli eljáráshívás
A híváshoz előre definiált formátumú üzenetet vár • kliens azonosító • függvény azonosító • bemenő argumentumok értéke
12
Kommunikációs minták • Távoli eljáráshívás
A válasz üzenet szintén előre meghatározott • kliens azonosító • függvény azonosító • kimenő argumentumok értéke • visszatérési érték 13
Kommunikációs minták • Távoli eljáráshívás
A kliens összeállítja a híváshoz szükséges üzenetet, és elküldi
14
Kommunikációs minták • Távoli eljáráshívás
A szerver a kéréseket sorba állítja, majd érkezési sorrendben végrehajtja. Az eredményt a válaszüzenetben közli
15
Kommunikációs minták • Távoli eljáráshívás A kliens kiértékeli a válaszüzenetet
16
Kommunikációs minták • Távoli eljáráshívás • Hívás módja – Szinkron • Mint a helyi függvényhívás • A hívás idejére a kliens blokkolódik
– Aszinkron • A hívás indítása után a kliens tovább fut • Az eredmény rendelkezésre állása lekérdezhető
17
Kommunikációs minták • Adatfolyam kommunikáció Az adatfolyam általában folyamatos, valós idejű információáramlást biztosít
18
Kommunikációs minták • Adatfolyam kommunikáció A fogadó egy FIFO puffert tart fenn a beérkező adatok átmeneti tárolására
19
Kommunikációs minták • Adatfolyam kommunikáció
A puffer telítettségétől függően visszajelzést ad a küldőnek a folyam szabályozására 20
Üzenet szemantika • Állapot szemantika – Az üzenetben a reprezentált információ aktuális állapota található – Példa • Egy hőmérséklet szenzor aktuális értéke • A rendszer aktuális állapota • A motor aktuális fordulatszáma
– Az utoljára fogadott üzenet a legújabb értéket tartalmazza • Nincs szükség üzenetsorra 21
Üzenet szemantika • Esemény szemantika – Az üzenetben a reprezentált információ állapotának változása található (az előző üzenethez képest) – Példa • Egy hőmérséklet szenzor által mért hőmérséklet változás • A motor fordulatszámának változása
– A jel aktuális értékének kiszámításához az összes fogadott üzenetre szükség van • Üzenetsorra van szükség az üzenetvesztés elkerülése miatt 22
Üzenet szemantika • Állapot szemantika – Előnyök • Nincs üzenetsor • Üzenetvesztésre érzéketlen • Az utolsó érték érvényes (nem kell számolni)
• Esemény szemantika – Előnyök • Ha a jelváltozás lassú, kisebb bitszámon ábrázolható • Esemény jellegű fizikai jelek továbbítására alkalmasabb – Pl. egy külső megszakításkérés érkezett 23
Üzenet szemantika Fizikai jel értéke (időben)
• Példa Jel (km/h)
0
2
4
7
10
12
8
5
Állapot üzenet
0
2
4
7
10
12
8
5
Esemény üzenet
0
2
2
3
3
2
-4
-3
Állapot üzenetek értéke Esemény üzenetek értéke
24
Üzenet ütemezés • Idővezérelt ütemezés – Az üzenet átvitele periodikusan történik
• Előnyök – A kommunikációs csatorna terhelése egyenletes – Üzenet késleltetés korlátos (periódusidő) – A vevő egyszerűen detektálhatja a küldő hibáját • Időtúllépés (timeout)
• Hátrányok – Akkor is átvisszük a jelet, ha nem változik – A minimális késleltetési idő hosszú 25
Üzenet ütemezés • Eseményvezérelt ütemezés – Az üzenet átvitele az értékének változásakor történik
• Előnyök – Nem ismételjük az értéket, ha nem változik – Minimális késleltetési idő rövid
• Hátrányok – – – –
Nem lehet detektálni a küldő hibáját A maximális késleltetés kiszámítása nehézkes A csatorna terhelése dinamikusan változik A csatornán csomagütközés is előfordulhat 26
Üzenet ütemezés • Használat – Idővezérelt ütemezés • Állandóan szükséges vezérlőjelek, információk – Járműsebesség – Hőmérséklet adatok
• Állandó sávszélességet igénylő szolgáltatások – Távoli nyomkövetés (debug)
– Eseményvezérelt ütemezés • Sporadikus események vagy ritkán változó jelek – Hűtőventillátor ki/bekapcsolása – Garázs diagnosztikai kérések – Szoftverletöltés 27
Hálózati topológia • Topológia – A csomópontok fizikai lerendezése – A hálózat megvalósítása • Vezetékek • Lezárás • Aktív elemek
– Kialakítás szempontjai • • • •
Zavarérzékenység Bővíthetőség Fizikai korlátok (vezetékhossz) Ár 28
Hálózati topológia • Busz topológia – Minden csomópont egy fizikai kábelen – Előnyök • Egyszerű kialakítás • Alacsony ár
– Hátrányok • Egy hiba (pl. rövidzár) blokkolhatja a teljes kommunikációt • Limitált csomópont szám és kábelhossz • Limitált sebesség (sok adó/vevő impedanciája miatt)
29
Hálózati topológia • Gyűrű topológia – Minden csomópont két másikhoz kapcsolódik – Előnyök • Redundáns (minden csomóponthoz két út vezet)
– Hátrányok • Az üzenetkésleltetés függ a csomópont távolságától • Sok kábel szükséges (ár) • Minden csomópontra átjárót kell telepíteni (SW)
30
Hálózati topológia •
Csillag topológia – Minden csomópont egy központi elemhez kapcsolódik – Előnyök • Hibák ellen védett (egy hiba csak egy csomópontot érint) • Sebessége magas lehet – Kevés vevő egy szegmensen – Párhuzamos kommunikáció több ágon
• Zavarvédelme jó (rövidebb ágak) • Fizikai kiterjedése nagyobb lehet
– Hátrányok • Aktív eszközt igényel(het) (ár) – Passzív csillag – nincs aktív elem – Ismétlő – minden kimeneten megismétli a fogadott csomagot – Kapcsoló – csak a címzetthez továbbítja a csomagot
• Sok kábel szükséges (ár) 31
Hálózati topológia • Vegyes topológia – A csillag és busz topológia vegyítése – Ötvözi a két megoldás előnyeit • Egymástól független ágak • Több csomópont egy kábelre fűzve központi elem nélkül
– Adott alkalmazáshoz optimalizálható • Átviteli sebesség igények • Fizikai elhelyezkedés • Környezeti hatások
32
Hálózati protokollok • Controller Area Network (CAN) – – – – –
A legelterjedtebb autóipari busz Sebesség <=1Mbps (gyakorlatban 500kbps) Általában réz alapú Általában busz topológiával használják Általános célú hálózat
• Local Interconnection Network (LIN) – – – – –
Olcsó, kis sebességű busz Sebesség <=20kbps Réz alapú Busz topológiájú Egyszerű szenzorok, beavatkozók összekötésére 33
Hálózati protokollok • FlexRay – – – – –
Nagy sebességű duplikált, hibatűrő busz Sebesség <=10Mbps Általában réz alapú Busz, csillag, vagy vegyes topológiát támogat Főleg biztonságkritikus kommunikációra használják
• Media Oriented Systems Transport (MOST) – – – – –
Multimédia átvitel Sebesség <=150Mbps Optikai vagy réz (50Mbps) alapú Gyűrű topológiájú Szórakoztató rendszer multimédia adatainak átvitelére szolgál 34
Hálózati protokollok •
Ethernet – Nagy sebességű, általános kommunikációs rendszer • Napjaink legelterjedtebb helyi hálózati protokollja
– – – –
Sebesség 10, 100, vagy 1000Mbps Általában réz alapú Csillag topológia Az autóipari felhasználása napjainkban alakul ki • Kamerák képének továbbítása • Nagy sávszélességű adattovábbítás (radar, stb.) • Diagnosztikai csatoló (Diagnostics over IP – DoIP)
– Fizikai rétegek • IEEE 802.3 (2 ill. 4 érpár, 10-1000Mbps) • BroadR Reach (duplex 66Mbps egyetlen érpáron)
35
