Automotive-Schnittstelle mit integriertem Echtzeitrechner

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Automotive-Schnittstelle
mit integriertem Echtzeitrechner
NETZWERK-INTERFACES MIT
SCHNELLEN REAKTIONSZEITEN
N e u e B u s s y s t e m e u n d e i n e z u n e h m e n d e Z a h l vo n N e t z we rke n t re i b e n
h e rk ö m m l i c h e S c h n i t t s t e l l e n z u n e h m e n d a n i h re L e i s t u n g s g re n z e n . D i e
Q u a l i t ä t vo n Te s t s , A n a l y s e n u n d S i m u l at i o n e n w i rd j e d o c h e n t s c h e i d e n d
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ie ideale Schnittstellen-Hardware für CAN, LIN,
FlexRay oder MOST zeichnet sich durch hohe
Echtzeitfähigkeit, Unterstützung vieler unterschiedlicher Netzwerke und eine einfache Handhabung
aus. Diese teilweise gegensätzlichen Anforderungen
lassen sich mit bisherigen Konzepten nicht immer erfüllen. Insbesondere der Wunsch von Anwendern nach
einer Hardware-Schnittstelle, die sich unkompliziert mit
Plug & Play per USB an den PC ankoppeln lässt, ist für
Software- und Schnittstellenentwickler eine Herausforderung. Beispielsweise wirken sich die systembedingt
hohen Latenzen am USB-Anschluss kritisch auf das
Echtzeitverhalten aus.
Echtzeitfähig trotz USB
Bisher ermöglichen Netzwerkschnittstellen nur den reinen
Buszugriff – und auf dem angeschlossenen Windows-PC
werden alle Aufgaben für Simulation, Analyse oder Test
ausgeführt. Folglich ist an Echtzeitfähigkeit wegen langsamer USB-Verbindungen, vieler PC-Bedienvorgänge oder ITHintergrunddienste, oft nicht zu denken. Als Lösung für
diese Herausforderung hat Vector Informatik bei der Entwicklung der aktuellen Schnittstellengeneration VN8900
(Bild 1) einen neuen Weg eingeschlagen. Basierend auf der
modernen Intel-Atom-Plattform-Z530 war es überhaupt
möglich, eine kostengünstige, leistungs- und echtzeitfähige Hardware-Architektur zu entwickeln. Auf dieser Architektur läuft ein für den Anwendungsfall speziell angepasstes Windows XP-Embedded. Somit können Teile der
Simulations- oder Testumgebung sehr einfach sowohl auf
einem normalen PC als auch auf dem Netzwerkinterface
ausgeführt werden und entlasten den Windows-PC. Echtzeitkritische Aufgaben werden direkt auf der SchnittstellenHardware ausgeführt, während Datenaufbereitung, Spei-
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schen Erweiterungen, wie beispielsweise Netzwerkcherung, Visualisierung und andere Standardaufgaben wie
management oder Interaction-Layer. Als Bedien-PC reigewohnt auf dem Windows-PC ablaufen. Je nach Anwenchen sogar ältere und langsamere PCs aus, ohne dass der
dung und Operation sind so um den Faktor zwei bis acht
Anwender Einbußen bei der Echtzeitfähigkeit hinzunehschnellere Systemreaktionen im Vergleich zu den bisherimen hat.
gen passiven Schnittstellenlösungen realisierbar (Tabelle 1). Das modular aufgebaute System besteht
aus einem Basis- und einem Einschubmodul in
einem robusten Kompaktgehäuse. Es ist speziell
für die Zusammenarbeit mit den Simulations- und
Analysewerkzeugen CANoe und CANalyzer von
Vector entwickelt (Bild 2). Insbesondere, wenn
paralleler Zugriff auf mehrere Bus-Kanäle, zusätzliche I/O-Leistung oder sehr kurze Antwortzeiten
im Vordergrund stehen, spielt diese Lösung ihre
Stärken aus.
Aus Anwendersicht arbeitet das neue System
wie eine herkömmliche Netzwerkschnittstelle:
Messvorgänge laufen wie bisher ab, jedoch mit
spürbar höherer Geschwindigkeit. Auch das
Handling und die Konfigurationen sind unverändert. CANoe und CANalyzer laden die betreffenden Test- und Simulationskomponenten selbTabelle 1: Echtzeit-Leistungsfähigkeit bei Volllast
ständig auf die Schnittstellen-Hardware. Das gilt
(20.000 Botschaften/Sekunde).
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auch für die benötigten Kommunikations- und
Diagnosedatenbanken sowie die OEM-spezifiStand-alone-Betrieb erschließt
neue Einsatzbereiche
Neben den klassischen Test-, Analyse- und Simulationsaufgaben eröffnen sich dem VN8900-Anwender neue Einsatzfälle im Stand-alone-Betrieb. Benötigt eine CANoe/CANalyzer-Applikation keine Benutzerinteraktionen, lässt
sich diese autark auf der Schnittstellen-Hardware ausführen. Mit dieser Eigenschaft ergeben sich interessante Einsatzmöglichkeiten wie etwa zur Restbussimulation in größeren Prüfplätzen und HIL-Systemen, denen eine eigene
Restbussimulation fehlt. Die Restbussimulationen erstellt
der Anwender auf Basis der passenden OEM-Erweiterung
mit wenigen Mausklicks und lädt sie auf die SchnittstellenHardware. Weitere Stand-alone-Anwendungen sind zum
Beispiel Gateway-Simulationen oder die Stimulation bei
Langzeittests.
Um Stand-alone-Applikationen in andere Systeme zu integrieren, steht die auf Ethernet/UDP basierende Schnittstelle mit der Bezeichnung FDX (Fast Data Exchange) zur
Verfügung. Sie erlaubt schnelle Schreib- und Lesezugriffe
auf Bussignale und Systemvariablen. Zudem kann darüber
die Anwendung ausgeführt werden. Über den Stand-aloneManager werden vorbereitete CANoe/CANalyzer Standalone-Konfigurationen von einem beliebigen PC aus in das
Schnittstellenmodul geladen. Dieser Vorgang ist für eine
optimale Integration in einer entsprechenden Umgebung
automatisierbar.
Bild 1: VN8900-Systemübersicht.
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Fazit und Ausblick
Das Konzept des VN8900 ermöglicht leistungsfähige und
wirtschaftliche Gesamtlösungen ohne Verzicht auf eine
leicht zu handhabende USB-Verbindung. Das Auslagern
zeitkritischer Berechnungen auf die externe Recheneinheit
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tisch ist möglich. Für den Anwender fällt kein Mehraufwand bei der Konfiguration an. Er profitiert von der unkomplizierten USB-Kopplung an den Windows-PC ohne IPAdress-, Sicherheits- oder Firewall-Konflikte. Dass die
Möglichkeiten des Systems noch nicht ausgereizt sind,
zeigen weitere Funktionen, die sich bereits in der Entwicklung befinden. Dazu gehört zum Beispiel der Vector Real
Time Boost, der die Ausführung von CAPL-Knoten auf Kernel-Mode-Ebene erlaubt und nochmals zu deutlichen Echtzeitsteigerungen führen wird. Ein weiteres Einschubmodul
wird neben CAN und LIN auch einen FlexRay-Anschluss
einschließlich Cold-Start-Helper bieten. (oe)
Bild 2: VN8900 bestehend aus Basismodul und Einschubmodul.
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des VN8900-Systems verhilft CANoe/CANalyzer-Simulationen und -Analysen zu wesentlichen Leistungsgewinnen.
Selbst der Einsatz als Mini-HIL direkt auf einem Arbeits-
Oliver Falkner ist seit 1999 bei der Vector
Informatik GmbH in Stuttgart und dort Gruppenleiter im Produktmanagement der Produktlinie Networks and Distributed Systems
und Produktmanager für CANoe.
@
Vector Informatik
www.vector.com