Analyse und Optimierung der Echtzeit-Fähigkeit von verteilten FlexRay-Systemen
Potential von FlexRay optimal nutzen (Teil 2)
Fortsetzung des Artikels von Teil 4
Timing-Modelle erfassen Echtzeit-Verhalten
Timing-Modelle erfassen alle Timingrelevanten Eigenschaften der Komponenten und der Vernetzung, insbesondere deren Frequenzen (Raten) sowie Konfiguration (Slot-Nummer, Signalto-Frame-Mapping etc.), blenden aber Implementierungs-Details dabei weitgehend aus. So entsteht eine Darstellung, die ganz bewusst das Echtzeit-Verhalten in das Zentrum der Betrachtung stellt. Bild 1 zeigt das Timing-Modell des hier verwendeten Beispiels in der Notation des Timing-Analyse-Tools SymTA/S von Symtavision.
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Scheduling-Analysen
Mit diesen Modellen können Entwickler durch Scheduling-Analysen gezielt das Echtzeit-Verhalten von Systemen untersuchen und dabei alle relevanten Effekte wie Frequenzumsetzungen, Verzögerungen und Jitter betrachten. Das Werkzeug SymTA/S führt derartige Analysen vollautomatisch sowohl für Einzelkomponenten als auch für ganze Signalpfade von den Sensoren bis zu den Aktoren durch. SymTA/S konstruiert die möglichen Ausführungs- und Kommunikations-Sequenzen, bestimmt daraus die kritischen Signal-Pfade und die resultierenden Signal-Verzögerungen und stellt diese mittels Gantt-Diagrammen nachvollziehbar dar. So können Entwickler und Architekten die komplexen Effekte verstehen und – im nächsten Schritt – kontrollieren.
Bild 1 zeigt ein Beispiel-System. Gesucht ist die Reaktionszeit, mit der der Aktor auf neue Sensorwerte reagiert. Das von SymTA/S generierte Worst-case-Gantt-Diagramm des Signalpfades zeigt Bild 2. Man sieht, dass die Signale vom Sensor zum Aktor eine maximale Gesamtverzögerung von 268,2 ms aufweisen. Diese verteilt sich auf 139,6 ms für ECU1 (vom Sensor bis RTE), 120,2 ms für den FlexRay-Bus (von RTE zu RTE), und 8,4 ms auf ECU2 (von RTE bis zum Aktor).
Insbesondere die vergleichsweise lange FlexRay-Kommunikationszeit von 120 ms mag überraschen, denn immerhin handelt es sich hier um einen Bus mit einer Bitrate von 10 Mbit/s. Den Löwenanteil der genannten Verzögerung verbringen die Signale damit, in der RTE darauf zu warten, von COM (beim Senden) oder von der Applikation (beim Empfangen) gelesen zu werden. Diese sendeund empfangsseitigen Pufferverzögerungen innerhalb der RTE dominieren die Gesamt-Latenz der Kommunikation. Die tatsächliche Frame-Übertragung (von TX_COM zu RX_COM) dauert nur wenige Mikrosekunden und ist in Bild 2 allenfalls zu erahnen. Hinzu kommen Frequenzumsetzungen durch die Bearbeitung von Signalen in unterschiedlichen Rastern.
Das Beispiel zeigt, dass die hohe Geschwindigkeit von FlexRay alleine noch nicht alle Timing-Engpässe löst, sondern erst das Zusammenspiel aller Komponenten bestimmt, ob ein System echtzeit-fähig ist oder nicht. Neben dieser grundsätzlichen Aussage liefert eine solche Analyse auch wichtige Hinweise für Verbesserungen.
- Potential von FlexRay optimal nutzen (Teil 2)
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- Timing-Analyse im Entwicklungsprozess
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