OSV atelier bus mob-bi

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OSV atelier bus mob-bi

  1. 1. Atelier Bus de communication - OSV MobBI, une plateforme technologique au service des entreprises Mobilité et Transports FORMATIONS INSERTION PROFESSIONNELLE EXPERTISES/ETUDES Bâtiments Intelligents FORMATIONS INSERTION PROFESSIONNELLE EXPERTISES/ETUDES Site internet : https://mobbi.univ-rennes1.fr Twitter : @MobBI_UR1 - Bretagne - Grand Ouest - National Mutualisation de moyens matériels et humains d’établissements d’enseignement au service des entreprises pour favoriser et accompagner leurs projets en matière de R&D et d'Innovation et ainsi permettre leur développement économique. MobBI : Systèmes embarqués pour la Mobilité et les Bâtiments Intelligents Ne pas diffuser sans autorisation préalable de la PFT MobBI – Contact : BLANCHARD Jérôme – jerome.blanchard@univ-rennes1.fr
  2. 2. Le multiplexage L’intégration de fonctions multiples au sein d’un boitier : LE CALCULATEUR (ECU) Par exemple…  CMM : Calculateur moteur multifonctions (injection, allumage, dépollution, gestion du refroidissement, etc.)  BVA : Boite de Vitesse Automatique  BSI : Boitier de servitude intelligent qui centralise les informations issues des différents calculateurs et réseaux de la voiture. Dans ce type de câblage TRADITIONNEL, les éléments émetteurs et les éléments récepteurs sont toujours reliés par au moins un fil. ECU : Electronic Control Unit Le multiplexage consiste a faire circuler plusieurs informations entre divers équipements sur un seul canal de transmission. Cette solution technologique est inspirée des réseaux informatiques :  Une simplification du câblage.  Une possibilité d’enrichissement des fonctions.  Une réduction du nombre de capteurs par le partage des informations. ? La distance et la rapidité de communication. ? L’environnement thermique et électrique. ? La sécurité des échanges. AVANT APRES
  3. 3. Overview d’une architecture EE* « générique » d’aujourd’hui Source : In-Vehicle Networking / Freescale *EE : Electrique Electronique
  4. 4. Architecture EE de l’Audi A8 (2010) Source : http://www.forum-audi.com/topic-271-electricite-electronique-reseau-de-bord-de-l-audi-a8-d4.html
  5. 5. Architecture EE de référence : BMW I3-I8 (2012-2015) Source : MobBI - MERCI Gilles !
  6. 6. Source : Citroen.fr/citroen-c5-tourer - Citroen.fr/citroen-c5-berline - Mazda3 - Renault/Trafic-fourgon Le protocole LIN Topologie MAITRE / ESCLAVE Le maître contrôle le bus et scrute les esclaves afin qu'ils partagent leurs données sur le bus. Les esclaves ne fournissent des données que lorsqu'ils sont sollicités d'après une répartition définie des fenêtres temporelles allouées à chaque nœud du réseau.  Système déterministe;  Idéal comme sous-réseau du CAN;  Transmission de données sur un seul fil;  Trame contenants jusqu’à 8 octets de données;  Débit de communication très faible (19,2 Kbits/s max);  Gestion des erreurs seulement sur demande du maitre;  Non utilisable pour les communications évènementielles;  Mauvaise gestion de la bande passante;  Disponibilité du système (échec total si le maitre échoue);  Possibles perturbations dues au transport des données sur un seul fil. LIN (Local Interconnect network) est un protocole de communication créé pour la commande des éléments de confort (climatisation, vitres électriques, etc.) dans l'industrie automobile. Il se veut économique pour les constructeurs, tant lors de la conception du réseau que lors de son implantation dans le véhicule. ISO 17987
  7. 7. Le protocole MOST La fibre optique…  Est insensible au interférences électromagnétiques;  N'émet pas d'interférences;  Offre un taux de transmission élevé;  Ils peuvent être plus léger et flexible que certaines liaisons de données électriques blindés.  Est un équipement plus coûteux;  Les câbles de fibre optique ne doivent pas être pliés (risque de cassure); Topologie en « anneau » Un « jeton » circule sur le réseau et seule la station qui possède le jeton a le droit d'émettre. MOST (Media Oriented Systems Transport) est un système de transmission de données qui permet de réaliser un système d’infodivertissement complexe.  25 Mbit/s (MOST25) (fibre optique : POF)  50 Mbit/s (MOST50) (fibre optique ou paire torsadée)  150 Mbit/s (MOST150) (POF ou paire torsadée) (support d’un canal Ethernet) Cette technologie est utilisée dans les véhicules haut de gamme pour relier les systèmes de télématique (communication entre le système mains-libres et l'autoradio ou le lecteur DVD, navigation GPS, écrans de télévision, etc).  Quantité de câble nécessaire minimale  Protocole simple, évite la gestion des collisions  Retrait ou la panne d'une entité active paralyse le réseau.  Difficile d'insérer une nouvelle station
  8. 8. Le protocole CAN Topologie MULTI-MAITRES Chaque calculateur présent sur le réseau a la possibilité de communiquer des informations quand il le souhaite. Au niveau du CAN, il existe une priorité dans la trame qui permet de structurer les échanges. SIEGES ECLAIRAGE HABITACLE CLIMATISATION RADIO TABLEAU DE BORD APPLICATION PRESENTATION SESSION TRANSPORT RESEAU LIAISON PHYSIQUE  PLS : Physical Signaling Codage-Décodage des bits, Bit timing, Synchronisation  PMA : Physical Medium Access Caractéristiques Emetteurs/Recepteurs  MDI : Medium Dependent Interface Connecteurs  LLC : Logic Link Control Filtrage, Notification de suircharge, Gestion du recouvrement des données  MAC : Medium Access Control Encapsulation, décapsulation des données, Codage des trames, Stuffing-Destuffing, Gestion de l’accès au médium, détection et signalisation des erreurs, Acquittement, Sérialisation, Désérialisation CAN (Controller Area Network) est un protocole de communication d'abord crée et utilisé dans le secteur de l'automobile, mais est actuellement déployé dans la plupart des industries comme l'aéronautique, le nautisme, les véhicules lourds (camions et tracteurs), etc…, via des protocoles standardisés basés sur le CAN.  Composants éprouvés et mise en œuvre « bon marché »;  Médias robustes et détection d’erreur performante;  Multi-maîtres : Pas de relation spécifiques entre les nœuds;  Trame contenants jusqu’à 8 octets de données;  Débit de transmission trop faible pour les applications à venir;  Réseaux CAN de plus en plus surchargés;  Impossibilité d’assurer des redondances de communications. ISO 11898 Architecture et échanges sur les réseaux CAN : Source : http://www.forum-audi.com/topic-271-electricite-electronique-reseau-de-bord-de-l-audi-a8-d4.html
  9. 9. Source : MobBI - BLANCHARD Jérôme Quelques précisions sur le CAN Le support de transmission utilise (souvent) deux fils de cuivre torsadés qui permettent :  De s’affranchir des champs électromagnétiques internes et externes (diaphonie).  D’être immunisé contre les parasites extérieurs : mode différentiel.  De transmettre des informations numériques avec une technologie simple et bon marché. PERTURBATION SUR LES DEUX FILS (Rose et bleu) Sur le différentiel, la perturbation disparait (Rose – Bleu = Diff) ! Deux types de transmission possibles: Différentes constitutions de nœuds possibles: CAN (paire torsadée)
  10. 10. … Du protocole  Débit numérique brut du CAN.  Exigences des futurs champs d’applications.  Reconstruire une philosophie technique. … De distance et de souplesses topologiques  Temps de propagation imposés.  CQFD Distance maximale imposée. Le CAN et ses limites… 10 … De possibilités de redondances topologiques  Impossibilité d’assurer des redondances de communications au niveau des couches physiques du CAN.  Impossibilité d’assurer des fonctions de type X-by-Wire ou encore sécuritaires. … D’accès au medium en temps réel  CAN fortement orienté « Event Triggered ».  Temps de latences non maitrisés  Philosophie « Time Triggered ».  Voir TTCAN (2002 / R. Bosch). … De transmission des données  Plus de marge de progression pour ajouter de nouvelles données.  L’apparition de Gateway a ajouté des délais supplémentaires entre les calculateurs.  Le niveau de complexité avec plusieurs réseaux devient difficile à appréhender (Conception/Validation).  Le CAN n’est pas déterministe et ne permet donc pas de réaliser de véritables fonctions X-By-Wire.
  11. 11. Solution « passagère » pour décharger un réseau La solution la plus rapide à mettre en œuvre est d’ajouter des réseaux supplémentaires avec des passerelles : ECU central ECU 1 ECU 2 ECU 3 ECU 4 ECU N ECU A ECU B ECU C ECU D CAN 500 kbits/s CAN 500 kbits/sCAN 250 kbits/s ... LIN... Réseau de conception basique Réseau avec des sous-réseaux  Nécessaire pour réduire la charge du réseau/bus principal;  Peu cher (doit être moins cher que le bus principal);  Basé sur une interface de transmission des données existante;  Souvent non compatible avec le bus principal. Un sous réseau doit être une solution à long terme, assez simple d’implémentation et peu chère à mettre en œuvre. Ou encore de créer des sous-réseaux :
  12. 12. 12 Besoin particulier : le X-by-Wire Remplacement de commandes mécaniques par des commandes par systèmes électriques. Existe depuis très longtemps dans l’aéronautique : les commandes des volets et des gouvernes ne sont plus réalisées mécaniquement mais par des moteurs électriques pilotés à l’aide de réseaux filaires. Remplacement à terme des ressorts de suspension, barre antiroulis, colonne de direction, crémaillère de direction… dans les automobiles. Nécessite que le bus utilisé soit déterministe car les informations seront « vitales », nécessite une vitesse de bus élevée car il y aura beaucoup d’informations à envoyer. La possibilité de redondance des signaux est très appréciée dans les réseaux sécuritaire. Avantages ? Source : http://www.carscoops.com/2008/04/nissan-murano-ea2-drive-by-wire-concept.html
  13. 13. 13 Le protocole FLEXRAY  Médias redondants et détection d’erreur performante;  Multi-maîtres : Pas de relation spécifiques entre les nœuds;  Transfert « temps-réel » jusqu'à 10 Mbits/s des informations;  Sécurité accrue en cas de défaillances;  Jusqu'à 254 octets de données par trame;  Déterminisme assuré (flux périodique et apériodique);  Conception du réseau assez « lourde »;  Technologie assez chère (véhicules haut de gamme). FRDEVICE FR DEVICE FR DEVICE FRDEVICE BP_Canal A BM_Canal A 100Ω 100Ω BP_Canal B BM_CanalB 100Ω 100Ω APPLICATION PRESENTATION SESSION TRANSPORT RESEAU LIAISON PHYSIQUE Physical Signaling (PLS) - Bit Encoding/Decoding - Bit Time Synchronization Physical Medium attachment (PMA) - Driver/Receiver Characteristics Media Dependant Interface (MDI) - Connectors Logical Link Control (LLC) - Protocol Operation Control Medium Access control(MAC) - Message Framing - Communication Cycle FLEXRAY est un protocole de communication développé pour les besoins spécifiques de l'automobile ou encore de l'aéronautique, notamment pour des applications nécessitant un flux de données important, un transfert des informations en quasi « temps-réel » ou encore pour des applications de type X-By-Wire. Le déterminisme du FlexRay est géré dans la partie statique du cycle de communication : ISO 17458 Topologie MULTI-MAITRES Chaque calculateur présent sur le réseau a la possibilité de communiquer des informations quand il le souhaite. Le FlexRay est apte a supporter l’utilisation de deux canaux de communication (A et B) mais rien n’indique leurs usages respectifs. Source : http://www.bmw.com/com/en/insights/technology/technology_guide/articles/flex_ray.html SEGMENT STATIQUE SEGMENT DYNAMIQUE Cycle N SEGMENT STATIQUE SEGMENT DYNAMIQUE Cycle N + 1 temps
  14. 14. 14 Exemple d’évolution des besoins au fil des ans de la marque Volvo De plus en plus d’échanges de données… Pour de plus en plus d’assistances au conducteur… BACKBONE FlexRay
  15. 15. Source : http://itersnews.com/?p=10541 15  Entre 2010 et 2014 : Premières discussions sur l’Ethernet dans l’automobile  D’ici 2015 : Ethernet principalement dédié à l’assistance à la conduite et au multimédia embarqué.  D’ici 2018-2020 : Backbone Ethernet dans les véhicules ? L’Ethernet dans l’automobile ?
  16. 16. Source : http://www.automotiveworld.com/megatrends-articles/ethernet-fast-track-connected-car/ Les grandes lignes du BROADR-REACH  Couche physique Ethernet 100Mbps  Simple paire torsadée non blindée  Deux fils remplacent quatre fils (dans les systèmes propriétaires)  Réduction des couts  Réduction du poids  Conforme aux niveaux EMC dans l’automobile 16
  17. 17. Prévision 2014 : Architecture EE d’ici 2020/25 Source : http://automotive.electronicspecifier.com/air-conditioning/real-time-automotive-ethernet 17
  18. 18. Comparatif des principaux protocoles
  19. 19. Raspberry Pi Shield CAN INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONSDE RENNES Environnement open source pour un kart électrique Kart électrique Objectif : à l’aide de moyens "Open source" - Implanter sur le kart différents modules, capteurs, actionneurs… - Développer les programmes d’acquisition et de commande sur Raspberry Pi et Arduino - Adapter l’environnement de développement pour une programmation temps réel Arduino D.LEVALOIS / A.BRUNO 30 sept 2015
  20. 20. CAN L CAN H CAN L CAN H CAN L CAN H Oscilloscope : Trame série CAN Calculateur « Arrière du véhicule" BSM (Boitier de servitude Moteur) Calculateur "tableau de bord" INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONSDE RENNES L’environnement de développement (Arduino / Raspberry Pi / Bus CAN) Arduino Uno + shield CAN Feux + vitesse + t° moteur Arduino Uno + shield CAN Luminosité + frein + distance Arduino Uno + shield CAN + écran tactile Calculateur "devant du véhicule" BSI (Boitier de Servitude Intelligent) -> TEMPS REEL Arduino Uno + shield CAN Busmaster PC D.LEVALOIS / A.BRUNO 30 sept 2015
  21. 21. INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONSDE RENNES Programmation temps réel sur BSI: OS trampoline Initiation sur légo nxt mindstorm Processeur Arm7 Raspberry Pi B+ Processeur Arm7 D.LEVALOIS / A.BRUNO 30 sept 2015
  22. 22. INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONSDE RENNES 22/4 L’implantation sur le Kart D.LEVALOIS / A.BRUNO 30 sept 2015

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