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Kommunikation im Fahrzeug*
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Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
On-Board Kommunikation
Off-Board Kommunikation
Motor
Steuergerät
Getriebe
Steuergerät
ABS
Steuergerät
Low-Speed-Bus (Komfort-CAN)
…
Karosserie
Steuergerät
Reifendruck
Steuergerät
Tür
Steuergerät
Sensor
vorn links
High-Speed-Bus (Antriebs-CAN, FlexRay)
Sub-Bus (LIN)
…
MMI Navigation
Kamera
Infotainment-Bus (MOST) Sub-Bus
(FBAS)
…
Werkstatt-
tester
Produktions-
tester Abgastester
Entwicklungs-
tester
Applikations-
tools
Diagnosebus
(CAN, DOIP)
…
*vereinfacht
Kombi-
instrument
Gateway
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Open System Interconnection (OSI) Schichtenmodell (ISO 1978)
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Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
Schicht Bezeichnung Anwendung im Fahrzeug
7 Application Layer (Anwendung)
Anwendungsprogramm, fertige Dienste, z.B.
Fehlerspeicher lesen Diagnoseprotokolle
6* Presentation Layer (Darstellung)
Unterschiedliche Darstellung der Daten
5* Session Layer (Sitzungssteuerung)
Steuert Verbindungsprozesse, z.B.
Authentifizierung, Synchronisation
4 Transport Layer (Transport)
Segmentierung der Botschaften Transportprotokolle
3* Network Layer (Vermittlung)
Routing, Adressierung, Teilnehmererkennung, -
überwachung
2 Data Link Layer (Sicherung)
Botschaftsaufbau, Buszugriff, Fehlererkennung,
Flussregelung Bussysteme
1 Physical Layer (Bitübertragung)
Signalpegel, Bitkodierung
* Werden für Anwendungen im Fahrzeug z. Z. nicht verwendet; Aufgaben werden von den anderen Schichten übernommen.
Busleitungen und Steckverbinder (Mechanik)
Eigentliche Anwendung (On-Board z.B. Motorsteuerung oder Off-Board z.B. Diagnosetester)
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Kosten
Anzahl der Leitungen
Keine Hard- und Softwareänderungen bei unterschiedlicher Anzahl von
Busteilnehmern
Störsicherheit
Fehlererkennung
Datenrate
Leitungslängen bis ca. 40 m
Allgemeine Anforderungen
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Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
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Aufgabenfelder
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Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
Aufgabe Kommunikation Wo? Zweck Bussystem (Protokoll)
On-Board Kommunikation – zwischen den Steuergeräten im Fahrzeug:
Fahren Steuergerät zu
Steuergerät
Steuer- und Regelaufgaben
Hohe Echtzeit- und
Sicherheitsanforderungen
CAN, LIN, FlexRay
Unterhalten Steuergerät zu Fahrgast Sehr hohe Datenraten, keine
Sicherheitsanforderungen MOST
Off-Board Kommunikation – zwischen dem Fahrzeug und externen Geräten:
Testen Werkstatt, TÜV, Dekra Fehlerspeicher lesen
Parameter ändern, Stellglieder
ansteuern
Flash-Programmierung
CAN, (K-Line, J1850)
Diagnoseprotokolle:
UDS, KWP 2000 Fertigen Fahrzeughersteller (OEM),
Steuergerätehersteller
Applizieren Entwicklung Ungeschützter schneller Zugriff
auf alle Steuergeräte Interna
CAN
Kalibrierprotokolle:
CCP, XCP
Quelle: Zimmermann
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Anwendungsbereiche und Anforderungen
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Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
Anwendung Botschafts-
länge
Botschafts-
rate Sicherheit Kosten Lösung
On-Board Kommunikation – zwischen den Steuergeräten im Fahrzeug:
Very-Low-Speed
z.B. Fensterheber Kurz Niedrig Niedrig
Sehr
niedrig
Class A Bus
LIN (20 kbit/s)
Low-Speed
z.B. Klimaanlage Kurz Mittel Mäßig Niedrig
Class B Bus
Low-Speed-CAN (125 kbit/s)
High-Speed
z.B. Motorsteuerung Kurz Hoch sehr hoch Mittel
Class C Bus
High-Speed-CAN (500 kbit/s)
Very-High-Speed
z.B. Fahrwerksteuerung Kurz Sehr hoch
Extrem
hoch Mittel
Class C+ Bus
FlexRay (10 Mbit/s)
Multimedia
Infotainment Mittel
Extrem
hoch Niedrig Hoch
Class D Bus
MOST (150 Mbit/s)
Off-Board Kommunikation – zwischen dem Fahrzeug und externen Geräten:
Applikation (MC)
Entwicklung Kurz
Mittel bis
hoch gering Unwichtig CAN
K-Line (veraltet)
J1850 (veraltet)
Zukünftig Ethernet
EOL Programmierung
Fertigung (Flashen)
Lang bis
sehr lang Mittel mäßig Unwichtig
Werkstattdiagnose
After Sales (OBD) Kurz Niedrig gering Niedrig
Quelle: Zimmermann
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Klassifikation nach Bitrate
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Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
Class Bitrate* Vertreter Anwendung
Diagnose < 10 kbit/s ISO 9141 (K-Line) Werkstatt- und
Abgastester
A < 25 kbit/s LIN, SAE J1587/1707 Karosserieelektronik
B 25 … 125 kbit/s Low-Speed-CAN Karosserieelektronik
C 125 … 1000 kbit/s High-Speed-CAN
Antriebsstrang,
Fahrwerk, zunehmend
auch Diagnose
C+ > 1 Mbit/s FlexRay, TTP Steer an Brake by Wire
D > 10 Mbit/s MOST Multimedia * Grenzen sind fließend
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Entwicklung Bussysteme im Fahrzeug
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Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
Heute relevante Bussysteme
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Ältere Bussysteme
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1. An welche Schichten des ISO/OSI-Schichtenmodells denken Sie, wenn von Bussystemen gesprochen wird?
a) Layer 1 und 2
b) Layer 4
c) Layer 7
2. Welche Aufgabe hat ein Gateway?
a) Das Gateway steuert die Türen eines Fahrzeugs
b) Das Gateway koppelt ein Steuergerät an die Busleitungen
c) Ein Gateway verbindet Bussysteme unterschiedlicher Art und/oder Bitraten miteinander
3. Wozu dient die On-Board-Kommunikation?
a) Zum Datenaustausch Steuergeräte untereinander im laufenden Fahrbetrieb
b) Zum Datenaustausch des Fahrzeugs mit dem Werkstatttester
4. Welche Bitrate sollte ein Class C Bussystem nach SAE-Klassifikation haben?
a) bis 20 kbit/s
b) bis 125 kbit/s
c) über 125 kbit/s
d) über 10 Mbit/s
5. Ist die Nutzdatenrate größer, gleich groß oder kleiner als die Bitrate eines Bussystems?
a) Größer
b) Gleich groß
c) Kleiner
Testfragen – Grundlagen I
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Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
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Elektrotechnik Bussysteme I
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Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
■ Bitserielle Übertragung
■ Verbindung: meist Halb-Duplex
■ Leitung: meist 2 Draht Twisted Pair
■ Botschaftsversand (Sender/Empfänger)
• Broadcast (an alle)
• Multicast (an einige)
• Unicast (an genau einen)
■ Topologie
■ Kopplung
• Transeiver (Anpassung der Signalpegel)
• Repeater (Signalauffrischung)
• Gateway (zwischen Bussystemen mit unterschiedlichen Bitraten oder Protokollen)
■ Bus-Controller (meist im µC) steuert Übertragung auf Layer 1 und Layer 2
ECU ECU Voll-Duplex
ECU ECU Halb-Duplex
Linie/Baum (CAN, opt. Bei FlexRay)
Ring (MOST)
Stern (FlexRay)
Ein-Draht-Leitung
Zwei-Draht-Leitung
unipolar
bipolar
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Bitkodierung:
Leitungslänge:
Elektrotechnik Bussysteme II
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
0 1 0 1 0 1 0 1 0
0 1 1 0
0 1 0
NRZ
Manchester*
PWM*
TTakt
* Haben in der Fahrzeugtechnik nur geringe Bedeutung
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Datenübertragung
Zeichenbasierte Übertragung
Bitstrombasierte Übertragung
Adressierung
• Gerätebasiert
Kennzeichnet Sender und Empfänger, Layer 7)
• Inhaltsbasiert
Message Identifier, kennzeichnet Inhalt, Layer 2)
Fehlererkennung / -korrektur
• Paritätsprüfung
• Cyclic Redundancy Check CRC
• Timeout
• Acknowledge
• Wiederholung
Latenz und Jitter
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
TBotschaft TIFB
Botschaft (Frame) Pause
…
TBotschaft TIFB
TZeichen TICB
1. Zeichen Letztes Zeichen
Start Daten Parität Stop
… …
Gesamtübertragungsdauer (Latenz)
Bus-Über-
tragungs-
dauer
Warten bis
Bus frei
Botschaft
„Verpacken“
Botschaft
„Entpacken“
Umrechnung
PDU-Signal
Umrechnung
Signal-PDU
Daten
vorhanden
Daten
vorhanden
Bussystem
Protokollstapel
Anwendung
Jitter
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Buszugriffsverfahren
Streng deterministisch
Zentral gesteuert:
Master-Slave – (LIN, K-Line)
• Sendeberechtigung wird zugeteilt
Dezentral gesteuert:
Time Division Multiple Access – TDMA (FlexRay, TTCAN, TTP)
• Synchron (Zeitgesteuert)
• gemeinsame Zeitbasis
• Periodische Zeitfenster
CSMA = Carrier Sense Multiple Access
Asynchron (Ereignisgesteuert, zufällig) – Bus belegen, sobald dieser frei ist
Nicht kollisionsfrei:
CSMA/CD – Collision Detect (Ethernet)
• Signalüberwachung
• Bester Datendurchsatz
• Nicht deterministisch
Kollisionsfrei:
CSMA/CA – Collision Avoidance (CAN)
• Arbitrierung - Auswahl des Teilnehmers mit höchster Priorität
• Deterministisch für höchste Priorität
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
Buszugriffsverfahren
Kontrolliert Unkontrolliert - CSMA
Nicht kollisionsfrei Kollisionsfrei Zentral gesteuert Dezentral gesteuert
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Busanschluss: Wired-OR
• Beispiel: CAN, LIN, K-Line
• Verhalten bei Kollision:
„Low“ gewinnt – Dominantes Signal
„High“ verliert – Rezessives Signal
• Kollisionserkennung: Sender muss das Bussignal mitlesen
• Kollisionsauflösung:
Sind die gesendeten und gelesenen Pegel unterschiedlich, muss der Sender welcher
„High“ gesendet hat, abbrechen und in den Ruhezustand gehen.
Der Sender welcher „Low“ gesendet hat, darf ohne Unterbrechung weitersenden
Elektrotechnik Bussysteme III
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Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
ECU1 ECU2
T1 T2
Signal
+UB +UB
Busleitung
…
Zustand T1 T2 Signal Bemerkung
Ruhezustand Aus Aus UB
Senden Aus (High) Aus (High) UB Wie Ruhezustand
Senden Ein (Low) Aus (High) 0 Dominantes Signal Low (T1) gewinnt
Senden Aus (High) Ein (Low) 0 Dominantes Signal Low (T2) gewinnt
CAN-ID Priorität?
0x1A5
0x3F8
0x3F6
0x010
0x000
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Master-Slave:
+ Einfache Realisierbarkeit
+ Sichergestellte maximale Zeit, deterministisch
• Maximale Latenzzeit proportional zur Anzahl der Busteilnehmer
• Ausfall des Masters Ausfall des Gesamtsystems
• Redundanz bei zyklischer Übertragung
Time Division Multiple Access TDMA:
+ Hohe zeitliche Genauigkeit
+ Hohe Protokolleffizienz
+ Streng deterministisch
• Zeitliche Synchronisierung der Teilnehmer notwendig
• Begrenzte Anzahl von Teilnehmern
• Begrenzte Anzahl von Nachrichten
• Übertragung redundanter Daten
CSMA/CD (Collision Detect):
+ Sehr viele Teilnehmer möglich
+ Niedrige Buslast
+ Teilnehmer kann ohne Bus-Rekonfiguration hinzugefügt oder entfernt werden
• Nicht deterministisch
• Lange Wartezeiten bei Hochlast
CSMA/CA (Collision Avoidance):
+ Viele Teilnehmer möglich
+ Teilnehmer kann ohne Bus-Rekonfiguration hinzugefügt oder entfernt werden
+ Kaum Effizienzeinbruch bei Hochlast
+ Für hochpriore Botschaften deterministisch
• Maximale Latenzzeiten hochpriorer Nachrichten
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
Buszugriffsverfahren: Vor- und Nachteile
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Protokollstapel (Protocol Stack)
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
PH Nutzdaten PT
TH Nutzdaten1
DH Nutzdaten (Payload) DT
PH Nutzdaten (Payload) PT Physical Layer
Application Layer
Nutzdatenrate = Bitrate Anzahl der Nutzdatenbits
Anzahl der Nutzdatenbits + Anzahl der Steuerdatenbits
TT TH Nutzdat2 TT
Steuerdaten
Signal1 Signal2
Signal1 Signal2 Steuerdaten
Desegmentierung Segmentierung
Senden Empfangen
Transport Layer
Data Link Layer
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Header Trailer
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1. Können bei einer Halb-Duplex-Kommunikation mehrere Steuergeräte Botschaften senden?
a) Nein
b) Ja, aber nicht gleichzeitig
c) Ja
2. Weshalb setzt man bei CAN und FlexRay verdrillte Zwei-Draht-Leitungen ein?
a) Das vereinfacht den Kabelbaum
b) Wegen des besseren Verhaltens bei elektromagnetischen Störungen
3. Wer kann eine Broadcast-Botschaft empfangen?
a) Alle Steuergeräte am Bus
b) Nur die Steuergeräte, die in der Botschaft adressiert werden
4. Was bedeutet " Kollision" bei einem Bussystem?
a) Übertragungsdauer der längsten Botschaft
b) Gleichzeitiges Senden von Botschaften durch mehrere Steuergeräte
Testfragen – Grundlagen II
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Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
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CAN – Controller Area Network
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Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
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1991 erster Class C Bus im Kfz
1994 als ISO 11898 standardisiert
• Elektrische Eigenschaften
• Technologie der Datenkommunikation
• Kein Diagnoseprotokoll → proprietäre Protokolle (TP 2.0, GMLAN)
Die Bosch-Spezifikation CAN 2.0A für 11 Bit IDs und 2.0B für 29 Bit IDs bis heute Grundlage
3 Varianten: High- und Low-Speed CAN sowie Single-Wire-CAN (GM)
SAE J1939 für Nutzkraftwagen
CAN in Automation (CANopen, DeviceNet)
2005 Diagnoseprotokoll in ISO 14229 (UDS) und ISO 15765 (ISOTP) standardisiert
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
Standard Beschreibung
ISO 11898-1 Data Link Layer CAN 2.0A (ID = 11 Bit) und CAN 2.0B (ID = 29 Bit)
ISO 11898-2 Physical Layer für High-Speed-CAN
ISO 11898-3 Physical Layer für Low-Speed-CAN
ISO 11898-4 TTCAN = Time Triggered CAN
Allgemeines
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Physical Layer und Bus-Topologie
Bitstrombasierter, bidirektionaler Zwei-Draht Linien-Bus nach ISO 11898
Ereignisgesteuert, kollisionsfrei CSMA/CA
High-Speed CAN bis 1 Mbit/s
• Buslänge < 40 … 50 Meter
LowSpeed CAN bis 125 kbit/s
• Fault-Tolerant:
• Unterbrechung von CAN_H oder CAN_L
• Kurzschluß zw. CAN_H oder CAN_L und UBat
• Kurzschluß zw. CAN_H oder CAN_L und Masse
• Kurzschluß zw. CAN_H und CAN_L
Single-Wire CAN nach SAE J2411 – 33 kbit/s (GM) und 83 kbit/s (Chrysler)
• Eindrahtleitung ungeschirmt
• Maximal 32 ECUs
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
1 Mbit/s
Bitrate
Single-Wire CAN
4,1V
Low-Speed CAN
>3,6V
<1,4V
>4,8V
<0,2V
CAN_L
CAN_H
Pegel [V
]
t 0
1
2
3
4
5
0
1
2
3
4
5
0
1
2
3
4
5
CAN-Buspegel
High-Speed CAN
CAN_L
CAN_H
~2V
Fahrzeug Tester
Transceiver
UART / RS232
…
ECU1 Prozessor
CAN Controller
Transceiver
ECUn Prozessor
CAN Controller
Transceiver
OB
D-S
tecke
r CAN Controller
120 Ω
*
120 Ω
*
CAN_H
CAN_L
RxD TxD
Twisted Pair
* Bei Low-Speed CAN entfallen die Abschlußwiderstände
max.
30 cm
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Data Link Layer
Jede ECU kann senden wenn Busruhe für mindestens 3 Bitzeiten
CAN-Frame Botschaftsformat:
Broadcast-System, Akzeptanzfilderung
CAN-ID kennzeichnet die Priorität (niedrige Zahl = hohe Priorität)
Maximale Übertragungsdauer bei 500 kbit/s für die Botschaft mit höchster Priorität beträgt 222 µs (258 µs bei 29 Bit ID)
Maximale Nutzdatenrate: 35,2 kByte/s (30,3 kByte/s bei 29 Bit ID)
Synchronisation über Startbit (SOF) aber Einfügen eines komplementären Bits (Stuff-Bit) wenn sich 5 Bitzeiten nichts ändert (wegen NRZ)
Remote-Frame: enthält keine Nutzdaten und fordert von einer ECU die zu diesem ID gehörenden Daten an
Hohe Fehlersicherheit: die Restfehler-wahrscheinlichkeit liegt unter 10-11
Busweite Datenkonsistenz:
• Bei Fehlern in Format oder Prüfsumme → Error-Frame innerhalb des Acknowledge- und EndOfFrame Feldes → Daten werden von allen Teilnehmer ignoriert
• Übertragungswiederholung bei Fehlern
• Fehlermanagement: Automatische Abschaltung defekter Controller (Error active, Error passive und Bus off)
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
RTR
IDE
r0
DLC
3
DLC
2
DLC
1
DLC
0
19 oder 37 Bit Header
11 oder 29 Bit
CAN-ID
SOF
7 Control
Bit
Nutzdaten
0 bis 8 Bytes
15 Bit
CRC
Acknowledge
& EndOfFrame
SOF
…
0 bis 64 Bit Payload 25 Bit Trailer ≥ 3 Bit
Bus Idle Längenangabe ohne Bit-Stuffing, typisch sind 3 bis 4 Stuff-Bits pro Frame
≥ 3 Bit
Bus Idle
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1. Welche Bitrate ist typisch für einen CAN-Bus?
a) 500 kbit/s
b) 10,4 kbit/s
c) 25 Mbit/s
2. Drei Steuergeräte wollen gleichzeitig CAN-Botschaften versenden. Was geschieht?
a) Kein Problem, CAN kann das
b) Es kommt zu einer Kollision. Keine Botschaft wird versendet. Alle Steuergeräte müssen es später erneut versuchen
c) Es kommt zu einer Kollision. Die Botschaft mit der höchsten Priorität wird sofort versendet, die beiden anderen Botschaften müssen solange warten
3. Drei Steuergeräte wollen gleichzeitig eine CAN-Botschaft versenden. Die Botschaften haben die IDs 0x7DF, 0x400 , 0x7E0. In welcher Reihenfolge werden die Botschaften versendet?
a) 1 – 2 – 3
b) 1 – 3 – 2
c) 2 – 1 – 3
d) 2 – 3 – 1
e) 3 – 1 – 2
f) 3 – 2 – 1
4. Wie bezeichnet man das Buszugriffsverfahren bei CAN?
a) Master-Slave-Verfahren
b) CSMA/CR
c) TDMA
d) CSMA/CD
5. Wie viele Nutzdatenbytes können mit einer CAN-Botschaft übertragen werden?
a) 1 Wort = 2 Byte
b) 8 Byte
c) 254 Byte
6. Was passiert, wenn der Empfänger einer CAN-Botschaft einen Fehler feststellt?
a) Nichts. Der Empfänger ignoriert die Botschaft. Der Sender erhält keine Rückmeldung
b) Der Sender teilt dem Empfänger den Fehler mit, indem sein Kommunikationscontroller kein Acknowledge, sondern einen Error Frame sendet. Darauf wiederholt der Kommunikationscontroller des Senders die Botschaft automatisch
7. Eine CAN-Botschaft mit hoher Priorität wird versendet, ...
a) ... sobald der Bus frei ist
b) ... sobald der Bus frei ist und keine Botschaft höherer Priorität zum Senden bereit steht
c) ... sofort. Eine Botschaft mit niedrigerer Priorität, die gerade auf dem Bus versendet wird, wird abgebrochen.
8. Wie lange dauert die reine Übertragung einer CAN-Botschaft mit maximaler Nutzdatenlänge bei 500 kbit/s ganz grob?
a) Ca. 30 Mikrosekunden
b) Ca. 300 Mikrosekunden
c) Ca. 3 Millisekunden
d) Ca. 30 Millisekunden
9. Die Bitrate in einem CAN-Bussystem ...
a) Muss für alle Steuergeräte an einem Bus gleich sein
b) Kann für jedes Steuergerät individuell festgelegt werden
c) Wird im laufenden Betrieb nach Bedarf geändert
Testfragen – CAN
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LIN – Local Interconnect Network
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Allgemeines
Entwickelt vom 1998 gegründeten LIN-Konsortium (Motorola heute Freescale und Kfz-Herstellern)
Ziel: kostengünstige Alternative zum Low-Speed-CAN
Subbus für CAN-Netze für einfache Sensor-Aktor-Anwendungen
Master-Knoten = Gateway zum CAN mit präziser Zeitbasis
Slave-Knoten ohne Konfigurationsinformationen und mit selbstsynchronisierendem Bittakt
Wenige Mechanismen zur Erkennung von Übertragungsfehlern und keine Verfahren zur Fehlerkorrektur
Erhebliche Erweiterungen mit Version 2.0 und 2.1 (optionale Tunneln von KWP 2000 oder UDS, PLug-and-Play für LIN-Slave Knoten)
Das Ziel einen LIN Knoten zum halben Preis eines CAN-Low-Speed Knotens zu implementieren wurde vermutlich nicht erreicht
LIN macht das Gesamtnetz eines Fahrzeugs komplexer und fehleranfälliger
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708 U
mfa
ng d
er
Spezifik
ation
Jahr
Versionsgeschichte
1999 2000 2002 2003 2006
LIN
1.0
LIN
1.2
LIN
1.3
LIN
2.0
LIN
2.1
LIN Spezifikationen:
Node Capability Language Specification
Node Configuration and Identification Specification
Diagnostic Specification
Application Program Interface Specification
Configuration Language Specification
Protocol Specification
Physical Layer Specification
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Physical Layer und Bus-Topologie
Zeichenbasierter (8N1), bidirektionaler Ein-Draht Linienbus ohne Abschirmung
Physical Layer und Bitübertra-gungsschicht identisch mit dem K-Line Protokoll (ISO 9141) - NRZ
Mit jedem UART realisierbar
Geringe Anforderungen an Bitgenauigkeit der Slaves und Protokolltiming (Slaves benötigen keinen eigenen Quarz)
1 Master steuert bis zu 15 Slaves
Maximale Bitrate = 20 kbit/s
Subbus für CAN mit den Standardbitraten 2,4; 9,6 und 19,2 kbit/s
Spezifiziert für Reaktionszeiten von maximal 200 ms
Buslänge < 40 m
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
Fahrzeug
…
ECU1 Master
Transceiver
µC
ECU2 Slave
Transceiver
µC
ECUn Slave
Transceiver
µC + + +
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Data Link Layer
Sync-Break ist ein eindeutiges Muster (mind. 13 Low- u. 1 High-Bit)
Taktsynchronisation der Slaves über Sync-Byte
PID (Potected ID):
• 6 Bits ID und 2 Bits Parität
• Kennzeichnet Botschaft, die genau ein SG auf den Bus sendet
• Verbindungslos: Inhalt der Daten, nicht die SG-Adresse
• 64 mögliche Antworten mit 32 zu 2, 16 zu 4, 12 zu 8 Datenbytes und 4 spezielle Antworten, siehe Tabelle
Little-Endian-Format
Sleep-Modus nach mindestens 4 s Businaktivität (V 2.x) oder PID 0x3C und 0x00 Datenbyte
WUP: Low-Signal für 0,25 bis 5 ms; Master beginnt nach 100 ms
LIN arbeitet zeitsynchron, Master bestimmt Frame-Slots und Inhalt
Konfiguration des Netzes über Sceduling-Table im Master (LDF)
Maximale Nutzdatenrate 1,2 kbit/s
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
Header – gesendet nur vom Master
Sync-Byte
0x55 13 – 26
Bits
Antwort mit 2, 4 oder 8
Datenbytes Checksum
Interframe Space
PID
Response Space
Response – gesendet vom Master oder Slave
TMessage
…
Sync-Break
1 – 14
Bits
Rezessive
Dominant
PID Funktion
0 - 0x3B Übertragen von Daten
0x3C Request Frame des Masters
0x3D Response Frame der Slaves
0x3E Reserviert für anwenderspezifische Erw.
0x3F Reserviert für zukünftige Erweiterungen
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Botschaftstypen
Unconditional Frames (Standardframes)
• Normale zyklisch übertragene Standardframes
Event Triggered Frames
• Für Daten, sie sich selten ändern
• Mehrere Slaves können auf einen Request antworten
• Es antworten nur die Slaves, bei denen sich Daten geändert haben
• Master erkennt Slave am ersten Datenbyte der Response → PID des Standardframes
• Erkennt der Master Kollision, fragt er die Standardframes ab bevor er wieder Event Triggered Frames sendet
• Nicht deterministisch
Sporadic Frames
• Platzhalter in der Scheduling-Table für dynamisches Verhalten des Masters
• Dann, wenn sich Daten im Master geändert haben oder vom Master Antworten gefordert werden (Master als Slave)
• Sonst bleibt der Bus in diesem Slot in Ruhe
• Master kann einen von mehreren möglichen PIDs verwenden
• Auswahl der Botschaft über statische Priorität → Scheduling-Table
• Ereignisgesteuert, nicht deterministisch
Diagnostic Frames PID (0x3C und 0x3D)
• Immer mit 8 Datenbytes
• Für Konfiguration und Diagnose der Slaves
• Diagnose über ISOTP oder UDS ohne Flußsteuerung
• Master sendet Diagnoserequest über 0x3C und holt die Response vom Slave über 0x3D ab
Userdefined Frames (PID 0x3E)
• Datenfeld darf länger als 8 Byte sein
Reserved Frames (PID 0x3F)
• Für zukünftige Erweiterungen
• Darf z.Z. nicht verwendet werden
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708 30
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1. Welche Bitrate ist typisch für einen LIN-Bus?
a) 500 kbit/s
b) 19,2 kbit/s
c) 125 kbit/s
2. Wie bezeichnet man das Buszugriffsverfahren bei LIN?
a) Master-Slave-Verfahren
b) CSMA/CA
c) TDMA
d) CSMA/CD
3. Wer sendet LIN Requests?
a) Das Master-Steuergerät
b) Ein Slave-Steuergerät
4. Wer sendet eine LIN Response?
a) Der Master, wenn er einen Slave zum Senden auffordern will
b) Ein Slave, wenn er auf einen LIN Request des Masters antwortet. Der Master, wenn er Daten an einen Slave versenden will
5. Wenn bei der Übertragung eines LIN Requests ein Fehler auftritt,
a) Sendet der Slave keine Response. Daran erkennt der Master den Fehler.
b) Passiert gar nichts. Es gibt gar keine Fehlererkennung für LIN Requests.
6. Wie viele Slave-Steuergeräte dürfen auf einen LIN-Request im Normalfall mit einer Response antworten?
a) Jedes Steuergerät, das die geforderte Information liefern kann
b) Genau ein Steuergerät, das in der Entwicklungsphase für die PID
des Requests festgelegt wurde
c) Bei LIN müssen immer alle Steuergeräte am Bus antworten
7. Wie viele Nutzdatenbytes können in einer LIN-Botschaft versendet werden?
a) Bis zu 2 Byte
b) Bis zu 8 Byte
c) Bis zu 12 Byte
d) Bis zu 16 Byte
e) Bis zu 256 Byte
8. Wie viele verschiedene LIN-Botschaften können über den PID unterschieden werden?
a) Bis zu 64
b) Bis zu 256
9. Wie lange dauert die reine Übertragung einer LIN-Botschaft bei maximaler Nutzdatenlänge und 10 kbit/s mindestens?
a) Ca. 100 Mikrosekunden
b) Ca. 1 Millisekunde
c) Ca. 10 Millisekunden
d) Ca. 100 Millisekunden
10. Ein LIN Slave Steuergerät muss ...
a) ... nur wissen, auf welche PIDs es reagieren muss
b) ... muss alle PIDs und den Zeit-Schedule des gesamten Bussytems kennen
Testfragen – LIN
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FlexRay
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Allgemeines
Herstellerübergreifendes
Bussystem für echtzeitkritische
High-Speed Anwendungen im X-
By-Wire Umfeld
Entwickelt im FlexRay-Konsortium
(gegründet 2000 von BMW,
DaimlerChrysler, Motorola und
Philips)
2005 FlexRay Spezifikation 2.1
Kombination aus Byteflight (BMW)
und TTP/C (TTTech)
Vorteile gegenüber CAN:
• Höhere Datenrate
• Deterministisch
• Fehlertolerant
Erster Serieneinsatz 2006 für
dynamische Dämpferregelung im
BMW X5
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
Spezifikationen – FlexRay Communications System
Protocol Specification Version 2.1, 2005, www.FlexRay.com
Electrical Physical Layer Specification Version 2.1, 2005, www.FlexRay.com
Electrical Physical Layer Application Notes Version 2.1, 2005, www.FlexRay.com
Bus Guardian Specification 2.0, 2004, www.FlexRay.com
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Physical Layer und Bus-Topologie
Bitstrombasierter, bidirektionaler Zwei-Draht Bus mit Differenzsignal
Optionaler zweiter Kanal – für Redundanz oder Bandbreitenerhöhung verwendbar
Broadcast-System: Zeitgesteuert nach TDMA und ereignisgesteuert nach FTDMA (Flexible Time Division Multiple Access)
Maximal 64 Steuergeräte je Bussegment
Bitrate:
• 10 Mbit/s mit aktivem Sternkoppler
• bei passivem Linienbus nur unwesentlich höher als CAN
Zukünftig höhere Bitraten möglich
Einsatz von Lichtwellenleiter möglich
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
Aktive-Star-Struktur +
Linienstruktur (Hybrid)
ECU
ECU
ECU
ECU
ECU
SK ECU ECU ECU
Passive Linienstruktur
Maximal 24 m
ECU ECU ECU ECU …
Fahrzeug
…
120 Ω
BP (Bus Plus)
BM (Bus Minus) Twisted Pair
120 Ω
ECU1 Host
Comm. Controller
BT BG BT BG
ECUn Host
Comm. Controller
BT BG BT BG
BP (Bus Plus)
BM (Bus Minus) Twisted Pair
120 Ω
120 Ω
A
B (optional)
ECU
ECU
ECU ECU
ECU
Passive-Star-Struktur
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Data Link Layer
Feste Anzahl Zeitslots im statischen Segment
In ein Zeitslot muß eine komplette Botschaft passen
Senderecht in einem Zeitslot hat genau ein Steuergerät → kollisionsfrei
Ein SG kann auf beiden Kanälen im selben oder anderen Zeitslots senden
Cycle Multiplexing: Die Scheduling-Table kann für jeden Zyklus unterschiedlich sein (Framewiederholung = n2)
Jedes SG zählt die Zeitslots mit 1 beginnend auf beiden Kanälen getrennt im Slot-Counter
Das statischen Segment muß mindestens 2 und darf maximal 1023 Zeitslots haben
Minislots = Zeitslots im dynamischen Segment
Senderecht in einem Minislot hat genau ein Steuergerät → kollisionsfrei
Botschaft darf aber eine auch auf beiden Kanälen unterschiedliche Länge haben
SG kann im dyn. Seg. auf das Senderecht verzichten
Slot-Counter Wert im dyn. Segment = Priorität
Maximale Gesamtanzahl der Slots = 2047
In-Cycle-Response
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
6 7 8 9 10
6 7 8 9
Cyclen Cyclen + 1 Cyclen - 1
Statisches Segment Dynamisches Segment (opt.)
Symbol
Window (opt.)
Network
Idle Time
Slot-Counter
Makro Ticks (1 … 6 µs) …
1 2 3 4 5 1 Kanal A …
1 2 3 4 5 1 Kanal B …
Slot Raster
Static Slot Minislot
…
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Statisches Segment Dyn. Segment SYM+NIT
2,5 ms Slot 5 ms Slot CycleMux Slot 2,5 ms Slot
2,5 ms
3,0 ms
5,0 ms
1,9 ms
2,0 ms
100 µs
Wiederholung des
Kommunikationsschemas über
mehrere (max. 64) Zyklen hinweg
Ein Steuergerät sendet einmal pro
Zyklus
Ein Steuergerät sendet mehrfach
pro Zyklus zur Erhöhung der
Datenrate
Ein Steuergerät sendet nur in jedem
2., 4., 8., 16. … Zyklus zur
Mehrfachnutzung der Slots
Cycle Multiplexing
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Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
10 ms Zyklus 00
20 ms Zyklus 01
10 ms Zyklus 02
40 ms Zyklus 03
10 ms Zyklus 04
20 ms Zyklus 05
… Zyklus 63
… 0,5 ms 0,5 ms … …
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Frameformat
Frame-ID = Nummer des Zeitslots
Nur Gerade Anzahl von Nutzdatenbytes
Zykluszähler wird beim Start des Netzes mit 0 initialisiert und dann mit jedem Zyklus inkrementiert
TSS – Transmission Start Sequence: 0-Bitfolge der Länge 3 … 15 Bits zur Kennzeichnung des Übertragungsbeginns
FSS – Frame Start Sequence: 1 Bit auf logisch 1 zur Synchronisation der Bitabtatstung
BSS – Byte Start Sequence: 1-0-Bitfolge vor jedem Byte zur Empfänger Synchronisation
FES – Frame End Sequenz: 0-1-Bitfolge zur Kennzeichnung des Botschaftsendes
DTS – Dynamic Trailing Sequence: Mind. ein 0 und ein 1 Bit zur Überbrückung der Zeit bis zum nächsten Minislot
Wesentlich höherer Protokoll-Overhead als bei CAN
Max. Nutzdatenrate 500 kByte/s, in der jedoch Praxis deutlich kleiner
Konfiguration der statischen und dynamischen Segmente aller SG eines Fahrzeugs kompliziert
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
5 Bit
Steuerbits Format:
Bit 1: Reserved = 0
Bit 2: Payload Preample Indicator = Statisches Slot: Daten enthalten einen Netzwerkmanagement Vector
Dynamisches Slot: Daten enthalten 2-Byte-Message-ID
Bit 3: Null Frame Indicator = Zeigt an, daß die Nutzdaten keine gültigen Daten enthalten (1) oder nicht (0)
Bit 4: Sync Frame Indicator = Zeigt an, ob der Frame zur Synchronisation verwendet werden (1) kann oder nicht (0)
Bit 5: Startup Frame Indicator = Zeigt einen Startup-Frame zur Synchronisation beim Systemstart an (1)
11 Bit
1 2 3 4 5 Frame-ID
1 … 2047
Anzahl
Datenworte Header CRC
Zyklus
Zähler
0 … 127
16 Bit Nutzdatenworte Prüfsumme CRC
7 Bit 11 Bit 6 Bit 24 Bit
5 Byte Header 0 … 256 Byte Daten 3 Byte Trailer
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Netzwerkstart und Taktsynchronisation
Zum Starten des Netzes mindestens 2 besser 3 Kaltstartknoten
Kaltstartknoten müssen immer auf beiden Kanälen A und B angeschlossen sein
WUP und CAS sind eindeutige Bitmuster
WUP wird auf einem Kanal CAS immer auf beiden Kanälen gesendet, damit beide Kanäle synchron gestartet werden
Beim Senden der Kaltstartknoten in den normalen Kommunikationszyklen sind immer die Bits Startup Frame Indicator und Sync Frame Indicator gesetzt
Die anderen Kaltstartknoten beginnen sobald sie mindestens 4 Botschaften mit den gesetzten Bits empfangen und sich synchronisiert haben
Normale SG beginnen, sobald sie mindestens 2 aufeinander folgende Botschaften von zwei verschiedenen Kaltstartknoten empfangen haben
Somit können sich SG jederzeit neu in eine laufende Kommunikation einklinken (bei 3 Kaltstartknoten auch ein Kaltstartknoten selbst)
Netzwerkstart frühestens nach 8 kompletten Kommunikationszyklen abgeschlossen
Laufende Synchronisation der lokalen Mikrotiks mit den globalen Makroticks über Botschaften mit gesetztem Sync Frame Indicator Bit im statischen Segment
• Sync Nodes: mindesten 2 und maximal 15 → Redundanz
• senden immer auf beiden Kanälen
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
Knoten K
Wakeup
Pattern
WUP
K
Collision
Avoidance
Symbol CAS
Cycle0
K
Cycle1
K
Cycle2
K
Cycle3
K …
Cycle4
K L
Cycle5
K L …
Cycle4 Cycle6
K L
Cycle7
K L
Cycle8
K L M …
Cycle9
K L M
Knoten K prüft, ob Bus in Ruhe ist
K = Leading Coldstart-Node
L = Coldstart-Node
M = normales Steuergerät
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1. Weshalb wurde FlexRay entwickelt?
a) Weil CAN zu teuer war.
b) Weil die Bitrate von CAN durch die CSMA/CR Arbitrierung Prinzip bedingt nicht wesentlich vergrößert werden kann und für zeitkritische Anwendungen nicht mehr ausreicht.
c) Weil ein Bussystem mit höherer Bitrate unempfindlicher gegen elektromagnetische Störungen (EMV) ist.
2. Welches Buszugriffsverfahren verwendet FlexRay?
a) Master-Slave-Verfahren
b) CSMA/CA
c) TDMA bzw. FTDMA
d) CSMA/CD
3. In einem Zeitschlitz (Slot) darf das Steuergerät senden, …
a) … dessen Botschaft die höchste Priorität hat.
b) … das gerade einen Request empfangen hat.
c) … das für diesen Slot konfiguriert wurde.
d) … das am schnellsten ist.
4. Die Slots des statischen Segments sind ...
a) ... alle gleich lang.
b) ... sind je nach Bedarf unterschiedlich lang.
5. Falls eine Botschaft länger ist als ein Slot im statischen Segment,
a) … wird sie vom Kommunikationscontroller automatisch auf mehrere Slots verteilt.
b) … kann sie nicht versendet werden.
6. Botschaften im dynamischen Segment, ...
a) ... dürfen nicht länger sein als ein Minislot.
b) ... sind in der Regel länger als ein Minislot, müssen aber vollständig in das dynamische Segment passen.
7. Bei CAN kann nach Einschalten der Betriebsspannung jedes Steuergerät zu einem beliebigen Zeitpunkt anfangen, Botschaften zu versenden. Bei FlexRay ...
a) ... ist das genauso.
b) ... müssen zunächst mindestens zwei Kaltstartknoten die Netzwerkkommunikation starten. Erst danach dürfen normale Steuergeräte mit dem Senden beginnen.
c) ... versendet ein Steuergerät an alle anderen eine Botschaft, mit der es mitteilt, dass die anderen Geräte mit dem Senden beginnen dürfen.
8. Welche Bustopologie ist bei FlexRay nicht möglich?
a) Ringbus
b) Linienbus
c) Stern
9. Durch Cycle Multiplexing …
a) … darf ein Steuergerät in jedem Kommunikationszyklus mehrfach senden. Dadurch verringert sich die effektive Zyklusdauer für dieses Steuergerät.
b) … kann derselbe Zeitschlitz in aufeinanderfolgenden Zyklen durch unterschiedliche Steuergeräte belegt werden. Dadurch vergrößert sich die effektive Zyklusdauer für diese Steuergeräte.
10. Die Zyklusdauer ist …
a) … die Dauer eines Zeitschlitzes und ist typischerweise deutlich kleiner als 100 Mikrosekunden.
b) … die Periodendauer, mit der sich der gesamte Kommunikationsablauf periodisch wiederholt.
Testfragen – FlexRay
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Allgemeines
Infotainment-Bus für Telematik und Multimedia-Anwendungen im Fahrzeug
Vernetzung von Radio, CD-Wechsler, Telefon, Navigation, TV etc.
Entwickelt von Firma OASIS/SMSC, Harman Becker und OEMs, als Konkurrenz zu D2B (Digital Data Bus, Philips)
Seit 1998 weiterentwickelt durch die MOST-Cooperation
Definiert alle 7 ISO/OSI-Schichten
Digitale und störunempfindliche Übertragung von Audio- und Videosignalen
Optisches Übertragungsmedium mit Kunstoff-Lichtwellenleiter aber auch Kupferkabel möglich
Über Gateway im Fahrzeug vernetzt
Layer 1 u. 2 durch SMSC-Patente geschützt, restriktive Lizenzvergabe
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
Spezifikationen
MOST Specification Framework, Rev. 1.1, 1999, www.MostCooperation.com
MOST Specification Rev. 2.5, 2006, www.MostCooperation.com
MOST Dynamic Specification Rev. 1.2, 2006, www.MostCooperation.com
MOST MAMAC Specification Rev. 1.1, 2003, www.MostCooperation.com
MOST Function Block Library für Netzknoten mit Slave- oder Masterfunktion
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Physical Layer und Bus-Topologie
Bitstromorientiertes Übertragungs-protokoll mit Lichtwellenleitern (POF)
• EMV unempfindlich
• Jedoch: teure Steckverbinder, begrenzte Biegeradien und geringe Temperatur-stabilität
Manchester-kodiertes Lichtsignal → Bitsynchronisation beim Empfänger
Meist logische Ringstruktur mit bis zu 64 ECUs
Punkt-zu-Punkt Verbindung zwischen den ECUs → jede ECU hat Ein- und Ausgang
Bitrate 25 Mbit/s, zukünftig 50 Mbit/s und höher
Inaktive ECUs arbeiten im Bypass-Betrieb, aktive entnehmen Signale oder fügen welche hinzu
Eine ECU arbeitet als Timing-Master und erzeugt die Frames, alle anderen synchronisieren sich auf dessen Bit- und Frametakt
Zeitsynchron mit TDMA-Zugriff, maximale Nutzdatenrate 2,6 MB/s
Optional paketorientierte asynchrone Übertragung mit CSMA-Zugriff, maximale Nutzdatenrate 1,2 MB/s bei gleichzeitig bis zu 1,1 MB/s für synchrone Daten
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
Fahrzeug
ECU3 µC
Comm. Controller
FOT
ECU1 µC
Comm. Controller
FOT ECUn µC
Comm. Controller
FOT
ECU2 µC
Comm. Controller
FOT
POF
Plastic Optic Fiber
Rx
Rx
Rx
Rx
Tx
Tx
Tx
Tx
MOST Ring
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Data Link Layer
1 Block = 16 Botschaften (Frames)
Jede Botschaft durchläuft genau einmal den gesamten Ring
2 Datenbereiche:
• Synchronous Data Channel (z.B.: Audio, Video)
Zeitslots zu je 8 Bit (physikalische Kanäle)
Mehrere physikalische Kanäle ergeben einen logischen Kanal (Streaming Channel)
Anwendungen fordern diese Kanäle an und geben sie wieder frei
Keine Sender- und Empfängeradressen – Steuerung erfolgt nur über Control Channels
• Asynchronous Data Channel (z.B.: Navi-Karteninformationen, TCP/IP)
Max. 48 Bytes Nutzdaten pro Frame → Segmentierung
Buszugriff, wenn Bus frei ist → Erkennung über Arbitrierung CSMA/CA
CRC-Summe, aber keine Empfangsbestätigung, Fehlermeldung oder Sendewiederholung
• Control Channel (z.B.: Netzmanagement, Gerätekommunikation)
Ereignisgesteuerte Übertragung von festen 32 Bytes pro Block im 2 Byte Control Data Field des Frames
Segmentierung in Einheiten von 2 Byte
Geringe Bandbreite
Physikalische oder logische Adresse
Empfänger gibt Bestätigung ACK, wenn nicht NAK
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
32 Bytes
4 Byte
Arb. Target
Address Daten CRC
2 Byte 2 Byte 1 Byte 17 Byte 2 Byte
Source
Address Type Trailer
4 Byte
Control Data:
10 … 58 Bytes
1 Byte
Arb. Target
Address DL
Source
Address Daten CRC
2 Byte 1 Byte 2 Byte 0, 4, 8, … 48 Byte 2 Byte
Asynchronous Data:
1 Byte
Header-Format:
Bit 0-3: Präampel – kennzeichnet den Start eines Blocks und eines Frames
Bit 4-7: Boundary Descriptor – unterteilt das nachfolgende Datenfeld in einen
synchronen und asynchronen Bereich
24 … 60 Byte
Header 60 Byte Daten
Synchron Asynchron Steuerdaten
1 Frame = 64 Bytes mit TFrame = 22,67 µs
Trailer
36 … 0 Byte 2 Byte 1 Byte
1 Block = 16 Frames mit TBlock = 363 µs
(bei Frame-Rate 44,1 kHz = Bitrate 25 Mbit/s) Blockformat:
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1. Welche Bitrate ist typisch für MOST?
a) 500 kbit/s
b) 10 Mbit/s
c) 25 Mbit/s
2. MOST ist durch seine hohe Bitrate besonders geeignet für …
a) Audio- und Videosignale, die eine hohe Bandbreite benötigen.
b) Steuer- und Regelanwendungen mit Echtzeitanforderungen.
3. Was meint man, wenn man sagt, das MOST System arbeitet mit 44 kHz bzw. 48 kHz?
a) Das ist die Bitrate des Bussystems
b) Das ist die Rate, mit der die Abtastwerte von Audiosignalen bei CDs und DVDs aufgenommen werden.
4. Wie viele Nutzdatenbytes passen maximal in einen MOST25-Frame?
a) 32 Byte
b) 60 Byte
c) 64 Byte
d) 256 Byte
5. Der synchrone Datenbereich eines MOST-Frames wird vor allem verwendet, um ...
a) … TCP/IP-Daten zu übertragen.
b) … Audio-Daten zu übertragen.
c) … das MOST-System zu synchronisieren und zu konfigurieren.
6. Weshalb wird in der nächsten MOST-Generation die Bitrate auf 150 Mbit/s erhöht?
a) Weil für Brake- und Stear-by-Wire-Anwendungen für neue Fahrdynamiksysteme eine schnellere Übertragung notwendig ist.
b) Weil die Qualität der Radio- und CD-Musikübertragung sowie die Sprachqualität für das Autotelefon dadurch verbessert werden kann.
c) Weil die Bandbreite von MOST25 für Videosignale, wie sie für Nachtsichtassistenten, Verkehrszeichenerkennung oder Rückfahrkameras benötigt werden, nicht ausreicht.
Testfragen – MOST
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K-Line
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Allgemein
Erster Europäischer Bus (K-Bus)
1989 als ISO 9141 standardisiert
• Elektrische Eigenschaften
• Art der Bitübertragung
• Kommunikationsaufnahme
(Reizung)
• Diagnoseprotokoll war hersteller-
spezifisch und nicht Bestandteil
1994 übernahm die EU die
amerikanische OBD-2 (EOBD)
Daraus wurde ISO 9141-2 /
ISO14230 (KWP 2000 - Keyword
Protocol 2000)
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
Standard Beschreibung
ISO 14230-3 Physical Layer für KWP 2000 (Kompatibel zu ISO 9141-2)
ISO 14230-2 Data Link Layer
ISO 14230-1 Application Layer Implementierungshinweise
ISO 14230-4 Einschränkungen des Physical- und Data Link Layers für die
EOBD
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Physical Layer und Bus-Topologie
Zeichenbasierter (8N1),
bidirektionaler Ein-Draht-Bus
Logikpegel:
• > 0,8 UBat für High
• < 0,2 UBat für Low
Optional unidirektionale L-Line
Master-Slave (Tester-Steuergerät)
Standardbaudrate 10,4 kbits/s
Tester und Steuergeräte-Implementierung über UART sehr kostengünstig realisierbar
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
Fahrzeug
ECU1 (Slave)
ECU2 (Slave)
Tester (Master)
Pegelwandler
UART / RS232
…
RxD TxD O
BD
-Ste
cke
r + +
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Data Link Layer
3 Phasen der Kommunikation
• Verbindungsaufbau (Reizung)
• Datenaustausch
• Verbindungsabbau
Fast-Reizung nach ISO 14230 (Dauer ca. 100 ms):
Adress-Reizung (5 Baud = ca. 2,5 s)
Datenaustausch durch Request-Response
Botschaftsformat:
Checksum = mod 256 Summe aller Bytes (außer der Prüfsumme selbst)
Im Keyword sind das Header-Format und die Timingparameter kodiert (Wertebereich 2000 bis 2031)
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
1 bis 4 Byte Header
Format Length Target
Address
Source
Address Nutzdaten Checksum
1 – 255 Bytes 1 Byte Trailer
Optional Optional
Bit 7 0
Adressierung:
00 = Keine
01 = CARB
10 = Physikalisch
11 = Funktional (SAE J2178)
Länge:
0 = mit Längenbyte
1-63 ohne Längenbyte
Formatbyte:
Tester → ECU
5 bit/s
> 300 ms ca. 2 s < 300 ms
ECU → Tester
Die Baudrate wird vom Tester durch das Sync-Byte ausgemessen
< 20 ms < 20 ms < 20 ms < 50 ms
Tester → ECU ECU → Tester
K-Line
L-Line
Sync-Byte Adressbyte KW LSB KW MSB I-KW MSB
Adressbyte
I-Adr.Byte
Tester → ECU
Wup
> 55 ms 25 25 ms < 50 ms
ECU → Tester
Gilt nur für 10,4 kbit/s!
K-Line
L-Line
StartCommuncationRequest (5 Byte)
0x81 0xC1 KWLSB KWMSB
StartCommuncationReponse (7 Byte)
(300 ms)
(Nutzdaten)
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Fehlerbehandlung:
Falsche Botschaftslänge / Prüfsumme:
• ECU ignoriert Botschaft
• Tester prüft Timeout und wiederholt
Falsche Daten:
• ECU sendet negative Response
Einschränkungen bei EOBD:
Header besteht immer aus 3 Byte (Target-, Source Address, kein Längenbyte)
Botschaften haben max. 7 Byte Nutzdaten
Tester-Request Target-Address ist immer funktional
ECU-Response Target-Address immer physikalisch
Nur Default Timing-Parameter zulässig
Nur 10,4 kbit/s zulässig
Sonstiges:
Übertragungszeit von 255 Bytes Daten bei 10,4 kbit/s von 250 ms bis 5,5s
Protokollrealisierung fast nur in Software – hohe Interrupt-Belastung
ISO 9141 war Grundlage vieler proprietärer Protokolle (KW 71, KW 81, KW 500 etc.)
Tester → ECU
Request
P4
B1 B2 CS …
P2 P1
B1 B2 CS …
P3
B1 …
ECU → Tester
Response
Normal Extended (nur
physikalisch)
P1 0 … 20 ms 0 … 20 ms
P2 25 … 50 ms 0 … 1000 ms
P3 55 … 5000 ms 0 … 5000 ms
P4 5 … 20 ms 5 … 20 ms
Timingparameter:
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Timings, OBD etc.
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
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SAE J1850 54
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Allgemeines
Veraltetes Bitstrom-orientierter Class A/B Bus für On- und OffBoard Kommunikation vor allem bei amerikanischen Herstellern
1994 als SAE J1850 standardisiert
Auch für OBD zugelassen
Für Neufahrzeuge in den USA und Europa wird ab 2007 J1850 durch CAN ersetzt
SAE J2178 legt die Inhalte für die OnBoard Kommunikation fest
SAE J1979 und ISO 15031 beschreibt die Dienste für die OBD-Kommunikation
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
Eigenschaften SAE J1850 PWM SAE J1850 VPWM
Verwendet von Ford General Motors, Chrysler,
Harley Davidson und Toyota
Bit-Kodierung Pulsbreitenmodulation (PMW) Variable Pulsbreitenmodulation (VPMW)
Bitrate 41,6 kbit/s 10,4 kbit/s (Mittelwert)
Datenleitung Zwei-Draht (Twisted Pair) Ein-Draht (Single Wire)
Signalpegel
5 V Differenzsignal
Low < 2,2 V; High > 2,8 V
Maximal 6,25 V
UBat unipolar
Low < 3,5 V; High > 4,5 V
Maximal 20 V
Nutzdaten 0 bis 8 Bytes je Botschaft
Botschaftslänge Maximal 101 Bit (inkl. Header und Trailer)
Buszugriff CSMA/CA
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Physical- und Data Link Layer
Bitcodierung:
Botschaftsformat:
PWM und VPWM sind inkompatibel
Bei PWM beginnt jedes Bit mit einem Low-High-Übergang
Bei VPWM beginnt jedes Bit mit einem Übergang und endet mit dem komplementären Übergang
In Frame Response (IFR) mit 1 Byte Länge zum direkten Antworten des Empfängers ohne eigenen Block
Trotz niedriger Bitrate komplizierter Aufbau → Controller erforderlich
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
Bit Pegel Dauer
0 Low TBit,short
0 High TBit,long
1 High TBit,short
1 Low TBit,long
J1850 VPWM:
TBit, short = 64 µs
TBit, long = 128 µs = 2 • TBit,short
J1850 VPWM Bitfolge 0 0001 1101:
0 0 0 0 1 1 1 0 1
TBit
Logisch 1
⅔ TBit ⅓TBit
Logisch 0
TBit
⅔ TBit ⅓TBit
J1850 PWM:
SOF
Bit
Message
Control
Bus Idle
Target
Address
Source
Address
Nutzdaten
0 bis 8 Bytes
CRC
Checksum
EOD
Bit
In Frame
Response
EOF
Bit
Optional Optional
Header 1 oder 3 Bytes 1 Byte
Maximal 12 Bytes
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Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
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SAE J1708 58
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Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708
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Älteres in amerikanischen Nutzfahrzeugen weit verbreitetes serielles, bidirektionales und zeichenorientiertes Busprotokoll (1990)
Prioritätsgesteuertes Buszugriffsverfahren CSMA/CA (die Nachricht mit der niedrigsten Priorität erhält als erste den Buszugriff)
Class A Bus mit fester Bitrate von 9600 bit/s
Physikalische Schicht basiert auf RS-485 jedoch ohne Busabschluß (Reflexionen werden aufgrund der niedrigen Datenrate in Kauf genommen)
Mit UART realisierbar
Application Layer = SAE J1587 (Kommunikation und Datenaustausch auf Basis von Parameter-IDs)
Botschaftsaufbau:
• 1 Byte MID (Message Identification Character)
• bis 19 Datenbytes
• 1 Byte Checksumme
Protokoll beinhaltet Fehlerbehebungsmechanismen durch Überwachung der Daten und Sendewiederholungen
Vorgänger von J1939 (CAN für Nutzfahrzeuge)
Allgemeines
Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708 59
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1. Was ist die K-Line ist?
a) Eine Diagnoseschnittstelle
b) Ein Bussysteme für die On-Board-Kommunikation im Fahrbetrieb.
2. Wo findet man SAE J8150 in Europa?
a) In Fahrzeugen europäischer Hersteller
b) In Fahrzeugen japanischer Hersteller
c) In Fahrzeugen amerikanischer Hersteller
3. Welcher Bus verwendet für die Bitcodierung das aufwendige PWM-Verfahren?
a) K-Line
b) SAE J1850
c) SAE J1708
4. Welcher Bus wurde/wird praktisch nur bei Nutzfahrzeugen verwendet?
a) K-Line
b) SAE J1850
c) SAE J1708
5. Mit welchem Bus arbeitet das Diagnoseprotokoll KWP 2000?
a) K-Line
b) SAE J1850
c) SAE J1708
Testfragen – Ältere Bussysteme
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