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