Nutzung von FlexRay für die IP-Kommunikation im Fahrzeug
FlexRay meets Internet Protocol
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
FlexRay meets Internet Protocol
Bei FlexRay als Grundlage für die Übertragung von IP-Paketen lassen sich grundsätzlich zwei Ansätze unterscheiden:
- IP over FlexRay: Bei dieser Art der Übertragung werden die IP-Pakete in die FlexRay-Datenrahmen eingefügt und übertragen. Dabei ist ein Parallelbetrieb von Standard-FlexRay und IP möglich. Sogar eine echtzeitfähige Übertragung von IP-Paketen ist realisierbar, da der FlexRay-Bus durch seine konfigurierbaren Kommunikations-Slots ein zeitgesteuertes System zur Verfügung stellt.
- Nutzung des FlexRay Physical Layer als Alternative zum Ethernet Physical Layer: Hier wird auf die Intelligenz des FlexRay-Busses verzichtet, d.h., der FlexRay Communication Controller wird nicht verwendet. An dessen Stelle tritt der Standard-Ethernet-MAC. Von FlexRay selbst wird nur der Physical Layer verwendet.
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IP over FlexRay
Damit Steuergeräte mit „IP over FlexRay“ IP-Pakete versenden und empfangen können, werden diese in den FlexRay-Frame eingebettet und als FlexRay-Payload übertragen. In Bild 1 ist dies schematisch dargestellt.
Innerhalb eines FlexRay-Kommunikationszyklus können die IP-Pakete sowohl im statischen als auch im dynamischen Segment übertragen werden. Das bedeutet, dass bei Verwendung des statischen Segments eine echtzeitfähige und bei Verwendung des dynamischen Segments eine Best-Effort-IP-Kommunikation ermöglicht wird.
Bei der „IP over FlexRay“-Lösung können die Steuergeräte im selben Netzwerk sowohl Nachrichten über das Standard-FlexRay-Protokoll als auch über das IP-Protokoll austauschen. Da jedes „IP over FlexRay“-Steuergerät eine eigene IP-Adresse hat, sind diese Steuergeräte auch in der Lage, mit Hilfe eines Routers IP-Pakete in ein IP-/Ethernet-Netzwerk zu senden und zu empfangen (Bild 2).
Die Herausforderung bei dieser Art der IP-Übertragung liegt vor allem in der Adressumsetzung zwischen dem IP-Adressraum und dem FlexRay-Adressierungsschema (Frame IDs). Eine mögliche Lösung dafür ist die Reservierung bestimmter FlexRay-Frame-IDs, in denen exklusiv IP-Pakete übertragen werden.
Zur Untersuchung der Leistungsfähigkeit dieses Ansatzes wurde bei der BMW Forschung und Technik GmbH ein Prototyp aufgebaut, mit dessen Hilfe sowohl das Echtzeit-Verhalten als auch die Möglichkeit von Daten-Streaming erforscht wurden. Die IP-Echtzeit-Übertragung wurde in Form einer Regelungsanwendung untersucht. Um für realistische Rahmenbedingungen zu sorgen, wurde die FlexRay-Konfiguration des aktuellen BMW 7er verwendet. Die Übertragung der IP-Pakete erfolgt dabei ausschließlich im statischen FlexRay-Segment.
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