Inkrementelle Konsolidierung automobiler Bussysteme auf Basis eines Realtime Ethernet Backbones

Abstract

Echtzeit-Ethernet ist vielversprechender Kandidat zur Verbesserung der Kommunikation in zukünftigen Automobilen. Es bietet hohe Bandbreite, geringen Jitter, und die physikalische Schicht kann mit den Anforderungen der Automobilindustrie wachsen. Eine Migrationsstragie unter Weiterverwendung der Errungenschaften der letzten Jahrzehnte im Bereich der Feldbusse ist nötig, um einen sanften Übergang von aktuellen Feldbusarchitekturen zum Echtzeit-Ethernet zu ermöglichen. Diese Arbeit untersucht die Auswirkungen einer inkrementellen Migration von Controller Area Network (CAN)-Bussen hin zum Echtzeit-Ethernet. Eine Migrationsstrategie wird aus Restriktionen technologischer Standards und Entwurfsmustern entwickelt, welche in Richtlinien für Machbarkeitsuntersuchungen überführt werden. Eine exible Schnittstellenbeschreibungssprache wird entwickelt, implementiert und zur Übersetzung zwischen etablierten Protokollen und Echtzeit-Ethernet in einem Kommunikationsgateway genutzt. Der Einsatz in einem Prototypenfahrzeug liefert realistische Kenndaten um die Machbarkeit der Migration unter Beibehaltung bestehender CAN-Anwendungen zu zeigen.

Realtime Ethernet is a promising candidate to improve automotive communication networks in upcoming cars. It provides high bandwidth and low jitter and can be adapted using a suitable physical layer to comply with the requirements of the automotive industry. To support a smooth transition from today’s heterogeneous eldbus dominated communication architecture towards a Realtime Ethernet backbone design, a migration strategy is demanded, preserving the development and knowledge about eldbus technologies acquired over the last decades. This thesis investigates the impact of the step-wise transition from the controller area network technology towards Realtime Ethernet. A migration strategy is contributed by evaluating compatibility restrictions arising from formal technology standards and development patterns. These restrictions are re ned into guidelines allowing to perform feasibility checks for individual use-cases. An interface description language covering relevant aspects of the translation between legacy and Realtime Ethernet protocols is implemented in a drop-in gateway architecture. The results obtained from the prototype implementation using realistic hardware resources show the feasibility of transparently migrating parts of CAN buses.