Sistemas Embarcados para Automóveis

1. Sistemas Embarcados para Automóveis UFPE - Centro de Informática Aluno: Bruno Bemvindo Cruz Disciplina: PSCI 1999.2

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

3. 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

4. Motivação - Confiabilidade • Tempo de Vida Médio / Veículo = 2.500 horas • Bilhões de horas de funcionamento para um determinado modelo • Sistemas Hard Real Time

5. 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

6. Tendências Atuais • Sistemas Embarcados com baixo custo de produção e alta confiabilidade • Redes embarcadas • Processamento embarcado

7. Redes Automotivas • redução fiação; • aumento do número de funções; • maior flexibilidade; • diagnóstico mais eficiente.

8. 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

9. 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)

10. 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

11. 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

12. 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

13. Data Rate x Bus Lenght

14. Estrutura CAN

15. 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

16. Tolerância a Perturbações Natureza Diferencial do Sinal de Transmissão resulta em Alta Tolerância a Ruídos

17. Comunicação Broadcast • Basic CAN - Sem Filtragem Prévia • Full CAN - Com Filtragem Prévia Full CAN

18. 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

19. Acesso Múltiplo ao Barramento Método de Acesso CSMA/CD + AMP Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection and Arbitration on Message Priority

20. Método de Arbitramento Bit Dominante (‘0’) tem prioridade sobre Bit Recessivo (‘1’) Maior Prioridade para menor ID Prioridade para Node 3

21. 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

22. Remote Transmission Request Remote Frame Data Frame RTR Dominante (‘0’) RTR Recessivo (‘1’)

23. ECU (Hardware)

24. ECU(Hardware)

25. Volvo S80 • 2 Redes CAN • 250Kbps • 125Kbps • 4 Redes baixa velocidade • 10,4Kbps • 18 ECUs

26. ECU (Software) • Escalonamento cíclico • Previsibilidade • Eventos Esporádicos • RTOS • Custo Memória • Confiabilidade Técnicas Escalonamento Sistemas Tempo Real

27. OSEK Offene Systeme und deren Schnittstellen für die Elektronik im Kraftfahrzeug • OSEK - Sistemas Abertos e Interfaces para Eletrônica Distribuída em Automóveis

28. 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

29. 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

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

31. 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.

32. Sistema de Transporte Inteligente

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