Sistemas Embarcados para Autom

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Sistemas Embarcados para Automóveis

• UFPE - Centro de Informática
• Aluno Bruno Bemvindo Cruz
• Disciplina PSCI 1999.2

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Roteiro

• Motivação
• Tendências Atuais
• Redes Embarcadas
• Visão Geral
• CAN
• Processamento Embarcado
• Hardware
• ECU
• Software
• RTOS
• OSEK OS
• Perspectivas Futuras
• Conclusões

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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 / kB
• RAM 0,50 / kB

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Motivação - Confiabilidade

• Tempo de Vida Médio / Veículo 2.500 horas
• Bilhões de horas de funcionamento para um
  determinado modelo

• Sistemas Hard Real Time

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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

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Tendências Atuais

• Sistemas Embarcados com baixo custo de produção e
  alta confiabilidade

• Redes embarcadas
• Processamento embarcado

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Redes Automotivas

• redução fiação
• aumento do número de funções
• maior flexibilidade
• diagnóstico mais eficiente.

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Classificação de Redes (SAE)

• Class A (lt10 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

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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)

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CAN x J1850

• Ambas possuem protocolos de arbitramento CSMA/CR
  - carrier-sense, multiple-access-with-collision-re
  solution.
• Data Rate
• CAN
• até 1Mbps
• J1850
• 41,7 Kbps - Ford
• 10.4 kbps - GM, Chrysler

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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

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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

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Data Rate x Bus Lenght
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Estrutura CAN
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Transmissão Sinal
0 Lógico - Bit Dominante CAN - High 3,5
V CAN - Low 1,5 V
1 Lógico - Bit Recessivo CAN - High 2,5
V CAN - Low 2,5 V
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Tolerância a Perturbações
Natureza Diferencial do Sinal de Transmissão
resulta em Alta Tolerância a Ruídos
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Comunicação Broadcast

• Basic CAN - Sem Filtragem Prévia
• Full CAN - Com Filtragem Prévia

Full CAN
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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

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Acesso Múltiplo ao Barramento
Método de Acesso CSMA/CD AMP Carrier Sense
Multiple Access with Collision Detection and
Arbitration on Message Priority
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Método de Arbitramento
Bit Dominante (0) tem prioridade sobre Bit
Recessivo (1) Maior Prioridade para menor ID
Prioridade para Node 3
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CAN Data Frame
Start of Frame - 1 bit Arbitration Field - 12 ou
32 bits Control Field - 6 bits Data Field - 0 a 8
bytes CRC Field - 16 bits Acknowledge Field - 2
bits EOF - 7 bits
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Remote Transmission Request
Remote Frame
Data Frame
RTR Dominante (0)
RTR Recessivo (1)
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ECU (Hardware)
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ECU(Hardware)
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Volvo S80

• 2 Redes CAN
• 250Kbps
• 125Kbps
• 4 Redes baixa velocidade
• 10,4Kbps
• 18 ECUs

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ECU (Software)
Técnicas Escalonamento Sistemas Tempo Real

• Escalonamento cíclico
• Previsibilidade
• Eventos Esporádicos
• RTOS
• Custo Memória
• Confiabilidade

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OSEK Offene Systeme und deren Schnittstellen
für die Elektronik im Kraftfahrzeug

• OSEK - Sistemas Abertos e Interfaces para
  Eletrônica Distribuída em Automóveis

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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

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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

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Perspectivas Futuras

• 30 veículo será eletrônica em 2002
• RTOS
• Memória FLASH
• Sistemas Software-Based
• Sistemas de Transporte Inteligente

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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.

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Sistema de Transporte Inteligente
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Conclusões

• Compromisso Demanda x Custo, Confiabilidade
• Redes e Processamento Embarcados Tempo Real
• Redes CAN
• ECU alta integração
• Problemas e Desafios Software Embarcado