Teil 1: Architektur, Aufgaben und Vorteile
Serielle Bussysteme im Automobil I #####
Fortsetzung des Artikels von Teil 2
Architektur serieller Bussysteme
In Anlehnung an das von der ISO (International Standardization Organization) spezifizierte Referenzmodell der Datenkommunikation wird die serielle Schnittstelle eines Busknotens im Automobil typischerweise in zwei (Kommunikations-)Schichten unterteilt: untere Schicht (Physical Layer) und darüber liegende Schicht (Data Link Layer).
Der Data Link Layer übernimmt die Aufgaben von Adressierung, Framing, Buszugriff, Synchronisation sowie Fehlererkennung und -korrektur. Definiert werden diese Aufgaben durch ein Kommunikationsprotokoll. Die Physical-Layer-Spezifikation umfasst dagegen alle Aspekte des Physical Layers, angefangen von der physikalischen Busankopplung bis hin zur physikalischen Signalübertragung mittels Bus.
In der Regel realisiert man die physikalische Busankopplung mit Hilfe eines Transceivers und die Ankopplung des Data Link Layer über einen Kommunikationscontroller. Wenn sich alle Busknoten innerhalb des Systems an dasselbe Kommunikationsprotokoll und dieselbe Physical-Layer-Spezifikation halten, sind die grundlegenden Voraussetzungen für einen reibungs-losen Datenaustausch zwischen den Busknoten gegeben.
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Bei der seriellen Kommunikation übergibt die Applikation des Senders dem Kommunikationscontroller den zu versendenden Datenblock. Dieser ergänzt den Datenblock um die Adresse und um Prüf- und Synchronisationsinformationen, so dass ein Frame entsteht. Der Transceiver überträgt nun den Frame über den Bus. Als physikalische Verbindungsstruktur kommt im Automobil hauptsächlich die wegen der passiven Busankopplung sehr einfach handhabbare Linientopologie zum Einsatz. Auf der Empfängersei-te nimmt wieder der Transceiver den Frame entgegen und übergibt ihn dem Kommunikationscontroller, welcher die an ihn übertragenen Informationen auswertet und im Falle des korrekten Datenempfangs den Datenblock an die Applikation weitergibt.
Das Ergebnis ist ein hierarchischer und somit transparenter Kommunikationsfluss. Dieser wird durch das Erledigen der den Schichten zugeordneten Kommunikationsaufgaben sowie durch das Kommunikationsprotokoll und die Definition des Physical Layers garantiert (Bild 3).
Für manche Aufgaben, wie beispielsweise das Busmanagement (u.a. Sleep- und Wake-Up-Funktion) oder die Diagnose und Konfiguration von Busknoten reicht die vom Data Link Layer zur Verfügung gestellte Kommunikationsfunktionalität nicht aus. Durch die Definition höherer Schichten bzw. höherer Kommunikationsprotokolle kann die Kommunikationsfunktionalität erweitert werden.
Transparenz durch herstellerübergreifende Bustechnologien
Der verschärfte Wettbewerb sorgt für immer mehr Sicherheits- und Komfortfunktionen im Automobil. Die Folge ist nicht nur ein permanenter Anstieg der Anzahl an elektronischen Komponenten in den Fahrzeugen, sondern auch ein deutlich höherer Vernetzungsgrad mit rasant steigendem Datenaufkommen, da die meisten neuen Automobil-Funktionen ohne Datenaustausch nicht mehr auskommen. Damit für die Kfz-Hersteller die zunehmende Komplexität der Fahrzeugelektronik beherrschbar bleibt, schaffen sie auf den System-, Funktions- und Kom-munikationsebenen verschiedene Standards. Auf der System- bzw. Funktionsebene soll in Zukunft „AUTOSAR“ (AUTomotive Open System ARchitecture) für die nötige Transparenz sorgen.
Herstellerübergreifende Kommunikationsstandards wie die seriellen Bussysteme CAN [1], LIN [2], MOST [3] und FlexRay [4] sorgen für mehr Transparenz auf der Kommunikationsebene. CAN (Controller Area Network) wird hauptsächlich in den Bereichen Antrieb, Fahrwerk und Komfort eingesetzt. LIN (Local Interconnect Network) dient zur einfachen und kostengünstigen Datenübertragung im Sensor/Aktor-Bereich. MOST (Media Oriented System Transport) setzt man im Infotainment zur Übertragung von Video- und Audiosignalen ein. Und FlexRay ermöglicht schließlich anspruchsvollste Kommunikation in sicherheitskritischen verteilten Anwendungen. Bild 4 zeigt ein Beispiel zur Vernetzung von elektronischen Steuergeräten mit seriellen Bussystemen im modernen Automobil. Im Gegensatz zu CAN, LIN und MOST muss sich FlexRay im Automobil aber erst noch etablieren. Im Herbst dieses Jahres geht die erste FlexRay-Serienanwendung auf die Straße. Der Münchner Autobauer BMW wird im neuen X5 erstmals das innovative Bussystem in einer aktiven Dämpferkontrolle einsetzen.
CAN wurde Anfang der 1980er Jahre von der Robert Bosch GmbH entwickelt und 1994 international standardisiert (ISO 11898). Drei Geschäftsführer der Vector Infomatik waren an der Entwicklung maßgeblich beteiligt. LIN, MOST und FlexRay gingen aus den herstellerübergreifenden Organisationen LIN-Konsortium, MOST-Kooperation und FlexRay-Group hervor. Sie sind zwar nicht offiziell standardisiert, können aber als De-facto-Standards aufgefasst werden.
Vector Informatik [5] unterstützt Fahrzeughersteller und -zulieferer bei der CAN-, LIN-, FlexRay- und MOST-Vernetzung mit einer durchgängigen Werkzeugkette aus Design- und Entwicklungstools sowie mit Softwarekomponenten und Basissoftware für AUTOSAR-Steuergeräte. Beratung, Consulting Services und Werkzeuge für das Prozessmanagement ergänzen die Anwendungsgebiete. Abgerundet werden die Leistungen durch ein umfangreiches Schulungsangebot, wie beispielsweise das eintägige Seminar „Serielle Bussysteme im Automobil“ oder Grundlagenseminare zu CAN, LIN, FlexRay und MOST. Ergänzende und vertiefende Informationen zu seriellen Bussystemen bietet das Unternehmen in Form von elektronischen Informationen im Bereich „Training“ an.
Die Teile zwei bis fünf dieser Reihe befassen sich detailliert mit den seriellen Bussystemen CAN, LIN, FlexRay und MOST.
Links
[1] www.can.bosch.com
[2] www.lin-subbus.com
[3] www.mostcooperation.com
[4] www.flexray.com
[5] www.vector-informatik.de
 | Dipl.-Ing., Dipl.-Techpaed. Eugen Mayer hat nach der Berufsausbildung zum Kommunikationselektroniker an der FH Ravensburg/Weingarten Elektronik und an der Universität Stuttgart Elektrotechnik und Berufspädagogik studiert. Er arbeitet seit 1999 bei der Vector Informatik und ist dort als Senior Trainer tätig. |
- Serielle Bussysteme im Automobil I #####
- Datensicherheit durch Fehlererkennung und -korrektur
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