Progettazione di una On Board Unit per la comunicazione interveicolare

1. Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Elettronica Progettazione di una On Board Unit per la comunicazione interveicolare Relatore: Prof. Aldo Franco Dragoni Correlatori: Dott. Paolo Pagano Prof. Massimo Conti Candidato : Riccardo Pelliccia

2. Introduzione • Tesi sviluppata presso il ReTisLab della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa. • Ambito: • Automotive, VehicularAd-hoc NETworks (VANETs), Sistemi intelligenti di Trasporto. • Motivazione: • Permettere una comunicazione senza fili dal veicolo (trasmissione parametri interni) al mondo esterno e viceversa (segnalazione eventi). Riccardo Pelliccia

3. Introduzione • Obiettivi: Realizzazione di una On Board Unit provvista di CAN Bus e interfaccia wireless IEEE 802.11a/p. • Risultato: I veicoli che transitano lungo un tratto stradale risultano essere connessi tra loro, con la possibilità di scambiarsi informazioni (stato meccanico, distanza di sicurezza, velocità, ecc); inoltre sono connessi con le RSU che trasmettono dati sullo stato del traffico su una strada. Riccardo Pelliccia

4. La comunicazione interveicolare • VehicularAd-hoc NETworks (VANETs) Le VehicularAd-hoc NETworks sono una forma di reti mobili ad-hoc in cui è possibile una comunicazione tra i veicoli (V2V) e tra veicoli e l’infrastruttura di rete fissa (V2I) Riccardo Pelliccia

5. La comunicazione interveicolare • VehicularAd-hoc NETworks (VANETs) Le VehicularAd-hoc NETworks sono una forma di reti mobili ad-hoc in cui è possibile una comunicazione tra i veicoli (V2V) e tra veicoli e l’infrastruttura di rete fissa (V2I) • Applicazioni: • Sicurezza • Controllo dello stato del veicolo • Gestione del traffico Riccardo Pelliccia

6. La comunicazione interveicolare • Sistema Intelligente di Trasporti ITS Riccardo Pelliccia

7. Requisiti di una OBU Quali sono i requisiti che deve avere una boardper comunicazioni veicolari ? Riccardo Pelliccia

8. Requisiti di una OBU Quali sono i requisiti che deve avere una boardper comunicazioni veicolari ? • Garantire la comunicazione via wireless secondo uno standard ben definito. • Garantire l’interfacciamento con i sistemi già presenti a bordo auto. • Permettere la comunicazione con altre possibili periferiche (memorie, Bluetooth, videocamere). IEEE 802.11a/p CAN Bus SPI, USB, I2C Riccardo Pelliccia

9. Architettura Hardware Quale Architettura? Riccardo Pelliccia

10. Architettura Hardware Quale Architettura? Micro-Controllore Vantaggi • Hardware semplice • Memoria flash e RAM interna • Economica Svantaggi • Basse capacità computazionali • No espansione di memoria • Massimo data rate 22 Mbps • Ridotti GPIO Processore ARM Vantaggi • Alta velocità (400 MHz) • Controller USB on chip • Molte possibilità di upgrade Svantaggi • Necessita di memorie esterne • Più costoso rispetto al Micro • Piccola memoria interna • Design complesso Riccardo Pelliccia

11. Architettura Hardware Quale Architettura? Micro-Controllore Vantaggi • Hardware semplice • Memoria flash e RAM interna • Economica Svantaggi • Basse capacità computazionali • No espansione di memoria • Massimo data rate 22 Mbps • Ridotti GPIO Processore ARM Vantaggi • Alta velocità (400 MHz) • Controller USB on chip • Molte possibilità di upgrade Svantaggi • Necessita di memorie esterne • Più costoso rispetto al Micro • Piccola memoria interna • Design complesso Riccardo Pelliccia

12. Architettura Hardware Micro-Controllore Vantaggi • Hardware semplice • Memoria flash e RAM interna • Economica Svantaggi • Basse capacità computazionali • No espansione di memoria • Massimo data rate 22 Mbps • Ridotti GPIO Processore ARM Vantaggi • Alta velocità (400 MHz) • Controller USB on chip • Molte possibilità di upgrade Svantaggi • Necessita di memorie esterne • Più costoso rispetto al Micro • Piccola memoria interna • Design complesso RiccardoPelliccia

13. Processore ARM • AT91SAM9G20: • Velocità 400MHz • USB 2.0 Full Speed • Ethernet MAC 10/100 Base T • Debug Unit (DBGU) RiccardoPelliccia

14. Processore ARM • AT91SAM9G20: • Velocità 400MHz • USB 2.0 Full Speed • Ethernet MAC 10/100 Base T • Debug Unit (DBGU) • Netus G20 (ACME System) • AT91SAM9G20 • 64KB RAM • 128 KB Flash RiccardoPelliccia

15. Schema a blocchi Riccardo Pelliccia

16. Schema a blocchi Core Memoria Wireless Comunication Core RS-232 CAN Bus GPIO Riccardo Pelliccia

17. Schema elettrico (powersupply) Riccardo Pelliccia

18. Schema elettrico (memorie) Connessione GPS Memoria flash esterna Riccardo Pelliccia

19. Schema elettrico (USB, CAN, Eth) Ethernet Riccardo Pelliccia

20. Schema elettrico (RS-232, GPIO) RS-232 Riccardo Pelliccia

21. Schema elettrico (processore) Riccardo Pelliccia

22. PCB Per concessione di IsTCIP-Scuola Superiore Sant’Anna. Tutti I diritti sono riservati Riccardo Pelliccia

23. OBU R.0 Riccardo Pelliccia

24. OBU R.0 Core Riccardo Pelliccia

25. OBU R.0 Core Wireless Comunication Riccardo Pelliccia

26. OBU R.0 Core Wireless Comunication CAN Riccardo Pelliccia

27. OBU R.0 Memoria Core Wireless Comunication CAN Riccardo Pelliccia

28. OBU R.0 Memoria Core GPIO Wireless Comunication CAN Riccardo Pelliccia

29. Architettura Software • Sistema operativo open source basato su kernel Linux e adatto a dispositivi embedded. • Kernel utilizzato e modificato durante la tesi (2.6.37). • Driver presenti: • MCP 2515 (CAN Bus). • RT 2870 (Wireless Interface). Riccardo Pelliccia

30. Esempi Applicativi (1) • Park finder: • Una RSU manda un messaggio alla OBU (che lo visualizzerà nella dashboard) con le indicazioni per arrivare al parcheggio libero più vicino. Riccardo Pelliccia

31. Esempi Applicativi (2) • Sicurezza stradale: • La RSU trasmette in brodcast un segnale di pericolo per avvertire i guidatori della situazione di pericolo. Riccardo Pelliccia

32. Conclusioni e Sviluppi futuri • Gli obiettivi che ci eravamo posti in fase iniziale sono stati ampiamente soddisfatti. • Upgrade • Transceiver 802.15.4 • Lettore smart card (carta di identità elettronica) Riccardo Pelliccia

33. Ringraziamenti GRAZIE PER L’ATTENZIONE Riccardo Pelliccia