Sistemas Embarcados para Automóveis
UFPE - Centro de Informática
Aluno: Bruno Bemvindo CruzDisciplina: PSCI 1999.2
Roteiro• Motivação• Tendências Atuais• Redes Embarcadas
– Visão Geral– CAN
• Processamento Embarcado– Hardware
• ECU – Software
• RTOS• OSEK OS
• Perspectivas Futuras• Conclusões
Motivação - Custo
• Alto Volume de Produção – 15 milhões / ano (EUA)
• Longo Período de Produção – cerca de 10 anos
•Microcontroladores 8 bits•Memória de baixo custo
ROM = $ 0,05 / kBRAM = $ 0,50 / kB
Motivação - Confiabilidade
• Tempo de Vida Médio / Veículo = 2.500 horas
• Bilhões de horas de funcionamento para um determinado modelo
•Sistemas Hard Real Time
Motivação - Demanda
• Em 2002, 15% a 30% do custo de um veículo será com eletrônica
• Em 1990: $940 por carro • Em 2005: $1.720 por carro
•Redes•Linguagem C•Microcontroladores 16 e 32 bits•Memória Flash
Tendências Atuais
• Sistemas Embarcados com baixo custo de produção e alta confiabilidade
•Redes embarcadas•Processamento embarcado
Redes Automotivas
• redução fiação;• aumento do número de funções;• maior flexibilidade;• diagnóstico mais eficiente.
Classificação de Redes (SAE)
• Class A (<10 kbps)– Comfort and Convenience Systems
• Class B (10 a 125 kbps) – Body Electronics and Diagnostics Systems
• Class C (125 kbps a 1 Mbps)– Powertrain, Anti-lock Braking and Vehicle
Dynamics Systems
Redes Automotivas
• UART - Universal Asynchronous Rx/Tx• J1850 SAE• CAN - Controller Area Network • ABUS - Automobile Bitserielleb Schnittstelle• VAN - Vehicle Area Network• ITS Bus (Intelligent Transportation Systems
bus for Mobile Office)
CAN x J1850• Ambas possuem protocolos de arbitramento
CSMA/CR - carrier-sense, multiple-access-with-collision-resolution.
• Data Rate– CAN
• até 1Mbps – J1850
• 41,7 Kbps - Ford• 10.4 kbps - GM, Chrysler
CAN
• Baixo Custo• Extremamente Robusta• Alta Velocidade (até 1 Mbits/seg)• Confiável (Tratamento de Erro)• Retransmissão Automática de Dados• Desconexão Automática de Módulos • Endereçamento Funcional (Broadcast) • Excelente para controle em tempo-real
Arquitetura CAN(modelo OSI)
• Camada 7 - Application• Camada 6 - Presentation• Camada 5 - Session • Camada 4 - Transport• Camada 3 - Network• Camada 2 - Data-link• Camada 1 - Physical
Data Rate x Bus Lenght
Estrutura CAN
Transmissão Sinal
‘0’ Lógico - Bit DominanteCAN - High = 3,5 VCAN - Low = 1,5 V
‘1’ Lógico - Bit RecessivoCAN - High = 2,5 VCAN - Low = 2,5 V
Tolerância a PerturbaçõesNatureza Diferencial do Sinal de Transmissão resulta em Alta Tolerância a Ruídos
Comunicação Broadcast•Basic CAN - Sem Filtragem Prévia
•Full CAN - Com Filtragem Prévia
Full CAN
Classificação CAN•Basic CAN•Full CAN
•Standard CAN - ID 11 bits •V2.0A
•Extended CAN•V2.0B active - ID 11 ou 29 bits•V2.0B passive - ID 11 bits, ignorando ID 29 bits
Acesso Múltiplo ao BarramentoMétodo de Acesso CSMA/CD + AMP
Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection and Arbitration on Message Priority
Método de Arbitramento
Prioridade para Node 3
Bit Dominante (‘0’) tem prioridade sobre Bit Recessivo (‘1’)Maior Prioridade para menor ID
CAN Data Frame
Start of Frame - 1 bitArbitration Field - 12 ou 32 bitsControl Field - 6 bitsData Field - 0 a 8 bytes CRC Field - 16 bitsAcknowledge Field - 2 bitsEOF - 7 bits
Remote Transmission Request
Remote FrameData Frame
RTR Dominante (‘0’) RTR Recessivo (‘1’)
ECU (Hardware)
ECU(Hardware)
Volvo S80
•2 Redes CAN•250Kbps•125Kbps
•4 Redes baixa velocidade•10,4Kbps
•18 ECUs
ECU (Software)
• Escalonamento cíclico– Previsibilidade– Eventos Esporádicos
• RTOS– Custo Memória– Confiabilidade
Técnicas Escalonamento Sistemas Tempo Real
OSEK Offene Systeme und deren Schnittstellen für die
Elektronik im Kraftfahrzeug
• OSEK - Sistemas Abertos e Interfaces para Eletrônica Distribuída em Automóveis
OSEK
• OSEK OS - Sistema Operacional para ECU em Veículos
• OSEK COM - Comunicação entre ECUs em Redes
Automotivas• OSEK NM - Gerenciamento de Redes• OIL - OSEK Implementation Language
OSEK - OS
• Multitarefa, com suporte a escalonamento preemptivo
• Pequena demanda por memória quando comparado com RTOS convencionais– alguns kB de ROM– menos 1kB de RAM
Perspectivas Futuras
• 30% veículo será eletrônica em 2002• RTOS• Memória FLASH• Sistemas Software-Based• Sistemas de Transporte Inteligente
Sistema de Transporte Inteligente• Identificação Motorista;• Sistema de Reconhecimento Remoto;• Controle Acesso;• Sistema Remoto Travamento Carro;• Customização;• Sistema de Iluminação Inteligente;• Sistema de Som Inteligente;• Sensores Aproximação;• Reconhecimento de Voz;• Sistemas de Informação.
Sistema de Transporte Inteligente
Conclusões
• Compromisso Demanda x Custo, Confiabilidade;• Redes e Processamento Embarcados Tempo Real;• Redes: CAN;• ECU alta integração;• Problemas e Desafios Software Embarcado