Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE … · 1 tester-ed Kommunikation im Fahrzeug* 3 l Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708 On-Board Kommunikation

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Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708

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Kommunikation im Fahrzeug*

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On-Board Kommunikation

Off-Board Kommunikation

Motor

Steuergerät

Getriebe

Steuergerät

ABS

Steuergerät

Low-Speed-Bus (Komfort-CAN)

…

Karosserie

Steuergerät

Reifendruck

Steuergerät

Tür

Steuergerät

Sensor

vorn links

High-Speed-Bus (Antriebs-CAN, FlexRay)

Sub-Bus (LIN)

…

MMI Navigation

Kamera

Infotainment-Bus (MOST) Sub-Bus

(FBAS)

…

Werkstatt-

tester

Produktions-

tester Abgastester

Entwicklungs-

tester

Applikations-

tools

Diagnosebus

(CAN, DOIP)

…

*vereinfacht

Kombi-

instrument

Gateway

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Open System Interconnection (OSI) Schichtenmodell (ISO 1978)

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Schicht Bezeichnung Anwendung im Fahrzeug

7 Application Layer (Anwendung)

Anwendungsprogramm, fertige Dienste, z.B.

Fehlerspeicher lesen Diagnoseprotokolle

6* Presentation Layer (Darstellung)

Unterschiedliche Darstellung der Daten

5* Session Layer (Sitzungssteuerung)

Steuert Verbindungsprozesse, z.B.

Authentifizierung, Synchronisation

4 Transport Layer (Transport)

Segmentierung der Botschaften Transportprotokolle

3* Network Layer (Vermittlung)

Routing, Adressierung, Teilnehmererkennung, -

überwachung

2 Data Link Layer (Sicherung)

Botschaftsaufbau, Buszugriff, Fehlererkennung,

Flussregelung Bussysteme

1 Physical Layer (Bitübertragung)

Signalpegel, Bitkodierung

* Werden für Anwendungen im Fahrzeug z. Z. nicht verwendet; Aufgaben werden von den anderen Schichten übernommen.

Busleitungen und Steckverbinder (Mechanik)

Eigentliche Anwendung (On-Board z.B. Motorsteuerung oder Off-Board z.B. Diagnosetester)

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Kosten

Anzahl der Leitungen

Keine Hard- und Softwareänderungen bei unterschiedlicher Anzahl von

Busteilnehmern

Störsicherheit

Fehlererkennung

Datenrate

Leitungslängen bis ca. 40 m

Allgemeine Anforderungen

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Aufgabenfelder

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Aufgabe Kommunikation Wo? Zweck Bussystem (Protokoll)

On-Board Kommunikation – zwischen den Steuergeräten im Fahrzeug:

Fahren Steuergerät zu

Steuergerät

Steuer- und Regelaufgaben

Hohe Echtzeit- und

Sicherheitsanforderungen

CAN, LIN, FlexRay

Unterhalten Steuergerät zu Fahrgast Sehr hohe Datenraten, keine

Sicherheitsanforderungen MOST

Off-Board Kommunikation – zwischen dem Fahrzeug und externen Geräten:

Testen Werkstatt, TÜV, Dekra Fehlerspeicher lesen

Parameter ändern, Stellglieder

ansteuern

Flash-Programmierung

CAN, (K-Line, J1850)

Diagnoseprotokolle:

UDS, KWP 2000 Fertigen Fahrzeughersteller (OEM),

Steuergerätehersteller

Applizieren Entwicklung Ungeschützter schneller Zugriff

auf alle Steuergeräte Interna

CAN

Kalibrierprotokolle:

CCP, XCP

Quelle: Zimmermann

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Anwendungsbereiche und Anforderungen

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Anwendung Botschafts-

länge

Botschafts-

rate Sicherheit Kosten Lösung

On-Board Kommunikation – zwischen den Steuergeräten im Fahrzeug:

Very-Low-Speed

z.B. Fensterheber Kurz Niedrig Niedrig

Sehr

niedrig

Class A Bus

LIN (20 kbit/s)

Low-Speed

z.B. Klimaanlage Kurz Mittel Mäßig Niedrig

Class B Bus

Low-Speed-CAN (125 kbit/s)

High-Speed

z.B. Motorsteuerung Kurz Hoch sehr hoch Mittel

Class C Bus

High-Speed-CAN (500 kbit/s)

Very-High-Speed

z.B. Fahrwerksteuerung Kurz Sehr hoch

Extrem

hoch Mittel

Class C+ Bus

FlexRay (10 Mbit/s)

Multimedia

Infotainment Mittel

Extrem

hoch Niedrig Hoch

Class D Bus

MOST (150 Mbit/s)

Off-Board Kommunikation – zwischen dem Fahrzeug und externen Geräten:

Applikation (MC)

Entwicklung Kurz

Mittel bis

hoch gering Unwichtig CAN

K-Line (veraltet)

J1850 (veraltet)

Zukünftig Ethernet

EOL Programmierung

Fertigung (Flashen)

Lang bis

sehr lang Mittel mäßig Unwichtig

Werkstattdiagnose

After Sales (OBD) Kurz Niedrig gering Niedrig

Quelle: Zimmermann

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Klassifikation nach Bitrate

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Class Bitrate* Vertreter Anwendung

Diagnose < 10 kbit/s ISO 9141 (K-Line) Werkstatt- und

Abgastester

A < 25 kbit/s LIN, SAE J1587/1707 Karosserieelektronik

B 25 … 125 kbit/s Low-Speed-CAN Karosserieelektronik

C 125 … 1000 kbit/s High-Speed-CAN

Antriebsstrang,

Fahrwerk, zunehmend

auch Diagnose

C+ > 1 Mbit/s FlexRay, TTP Steer an Brake by Wire

D > 10 Mbit/s MOST Multimedia * Grenzen sind fließend

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Entwicklung Bussysteme im Fahrzeug

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Heute relevante Bussysteme

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Ältere Bussysteme

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1. An welche Schichten des ISO/OSI-Schichtenmodells denken Sie, wenn von Bussystemen gesprochen wird?

a) Layer 1 und 2

b) Layer 4

c) Layer 7

2. Welche Aufgabe hat ein Gateway?

a) Das Gateway steuert die Türen eines Fahrzeugs

b) Das Gateway koppelt ein Steuergerät an die Busleitungen

c) Ein Gateway verbindet Bussysteme unterschiedlicher Art und/oder Bitraten miteinander

3. Wozu dient die On-Board-Kommunikation?

a) Zum Datenaustausch Steuergeräte untereinander im laufenden Fahrbetrieb

b) Zum Datenaustausch des Fahrzeugs mit dem Werkstatttester

4. Welche Bitrate sollte ein Class C Bussystem nach SAE-Klassifikation haben?

a) bis 20 kbit/s

b) bis 125 kbit/s

c) über 125 kbit/s

d) über 10 Mbit/s

5. Ist die Nutzdatenrate größer, gleich groß oder kleiner als die Bitrate eines Bussystems?

a) Größer

b) Gleich groß

c) Kleiner

Testfragen – Grundlagen I

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Elektrotechnik Bussysteme I

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■ Bitserielle Übertragung

■ Verbindung: meist Halb-Duplex

■ Leitung: meist 2 Draht Twisted Pair

■ Botschaftsversand (Sender/Empfänger)

• Broadcast (an alle)

• Multicast (an einige)

• Unicast (an genau einen)

■ Topologie

■ Kopplung

• Transeiver (Anpassung der Signalpegel)

• Repeater (Signalauffrischung)

• Gateway (zwischen Bussystemen mit unterschiedlichen Bitraten oder Protokollen)

■ Bus-Controller (meist im µC) steuert Übertragung auf Layer 1 und Layer 2

ECU ECU Voll-Duplex

ECU ECU Halb-Duplex

Linie/Baum (CAN, opt. Bei FlexRay)

Ring (MOST)

Stern (FlexRay)

Ein-Draht-Leitung

Zwei-Draht-Leitung

unipolar

bipolar

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Bitkodierung:

Leitungslänge:

Elektrotechnik Bussysteme II


0 1 0 1 0 1 0 1 0

0 1 1 0

0 1 0

NRZ

Manchester*

PWM*

TTakt

* Haben in der Fahrzeugtechnik nur geringe Bedeutung

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Datenübertragung

Zeichenbasierte Übertragung

Bitstrombasierte Übertragung

Adressierung

• Gerätebasiert

Kennzeichnet Sender und Empfänger, Layer 7)

• Inhaltsbasiert

Message Identifier, kennzeichnet Inhalt, Layer 2)

Fehlererkennung / -korrektur

• Paritätsprüfung

• Cyclic Redundancy Check CRC

• Timeout

• Acknowledge

• Wiederholung

Latenz und Jitter


TBotschaft TIFB

Botschaft (Frame) Pause

…

TBotschaft TIFB

TZeichen TICB

1. Zeichen Letztes Zeichen

Start Daten Parität Stop

… …

Gesamtübertragungsdauer (Latenz)

Bus-Über-

tragungs-

dauer

Warten bis

Bus frei

Botschaft

„Verpacken“

Botschaft

„Entpacken“

Umrechnung

PDU-Signal

Umrechnung

Signal-PDU

Daten

vorhanden

Daten

vorhanden

Bussystem

Protokollstapel

Anwendung

Jitter

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Buszugriffsverfahren

Streng deterministisch

Zentral gesteuert:

Master-Slave – (LIN, K-Line)

• Sendeberechtigung wird zugeteilt

Dezentral gesteuert:

Time Division Multiple Access – TDMA (FlexRay, TTCAN, TTP)

• Synchron (Zeitgesteuert)

• gemeinsame Zeitbasis

• Periodische Zeitfenster

CSMA = Carrier Sense Multiple Access

Asynchron (Ereignisgesteuert, zufällig) – Bus belegen, sobald dieser frei ist

Nicht kollisionsfrei:

CSMA/CD – Collision Detect (Ethernet)

• Signalüberwachung

• Bester Datendurchsatz

• Nicht deterministisch

Kollisionsfrei:

CSMA/CA – Collision Avoidance (CAN)

• Arbitrierung - Auswahl des Teilnehmers mit höchster Priorität

• Deterministisch für höchste Priorität


Buszugriffsverfahren

Kontrolliert Unkontrolliert - CSMA

Nicht kollisionsfrei Kollisionsfrei Zentral gesteuert Dezentral gesteuert

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Busanschluss: Wired-OR

• Beispiel: CAN, LIN, K-Line

• Verhalten bei Kollision:

„Low“ gewinnt – Dominantes Signal

„High“ verliert – Rezessives Signal

• Kollisionserkennung: Sender muss das Bussignal mitlesen

• Kollisionsauflösung:

Sind die gesendeten und gelesenen Pegel unterschiedlich, muss der Sender welcher

„High“ gesendet hat, abbrechen und in den Ruhezustand gehen.

Der Sender welcher „Low“ gesendet hat, darf ohne Unterbrechung weitersenden

Elektrotechnik Bussysteme III

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ECU1 ECU2

T1 T2

Signal

+UB +UB

Busleitung

…

Zustand T1 T2 Signal Bemerkung

Ruhezustand Aus Aus UB

Senden Aus (High) Aus (High) UB Wie Ruhezustand

Senden Ein (Low) Aus (High) 0 Dominantes Signal Low (T1) gewinnt

Senden Aus (High) Ein (Low) 0 Dominantes Signal Low (T2) gewinnt

CAN-ID Priorität?

0x1A5

0x3F8

0x3F6

0x010

0x000

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Master-Slave:

+ Einfache Realisierbarkeit

+ Sichergestellte maximale Zeit, deterministisch

• Maximale Latenzzeit proportional zur Anzahl der Busteilnehmer

• Ausfall des Masters Ausfall des Gesamtsystems

• Redundanz bei zyklischer Übertragung

Time Division Multiple Access TDMA:

+ Hohe zeitliche Genauigkeit

+ Hohe Protokolleffizienz

+ Streng deterministisch

• Zeitliche Synchronisierung der Teilnehmer notwendig

• Begrenzte Anzahl von Teilnehmern

• Begrenzte Anzahl von Nachrichten

• Übertragung redundanter Daten

CSMA/CD (Collision Detect):

+ Sehr viele Teilnehmer möglich

+ Niedrige Buslast

+ Teilnehmer kann ohne Bus-Rekonfiguration hinzugefügt oder entfernt werden


• Lange Wartezeiten bei Hochlast

CSMA/CA (Collision Avoidance):

+ Viele Teilnehmer möglich

+ Teilnehmer kann ohne Bus-Rekonfiguration hinzugefügt oder entfernt werden

+ Kaum Effizienzeinbruch bei Hochlast

+ Für hochpriore Botschaften deterministisch

• Maximale Latenzzeiten hochpriorer Nachrichten


Buszugriffsverfahren: Vor- und Nachteile

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Protokollstapel (Protocol Stack)


PH Nutzdaten PT

TH Nutzdaten1

DH Nutzdaten (Payload) DT

PH Nutzdaten (Payload) PT Physical Layer

Application Layer

Nutzdatenrate = Bitrate Anzahl der Nutzdatenbits

Anzahl der Nutzdatenbits + Anzahl der Steuerdatenbits

TT TH Nutzdat2 TT

Steuerdaten

Signal1 Signal2

Signal1 Signal2 Steuerdaten

Desegmentierung Segmentierung

Senden Empfangen

Transport Layer

Data Link Layer

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Header Trailer

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1. Können bei einer Halb-Duplex-Kommunikation mehrere Steuergeräte Botschaften senden?

a) Nein

b) Ja, aber nicht gleichzeitig

c) Ja

2. Weshalb setzt man bei CAN und FlexRay verdrillte Zwei-Draht-Leitungen ein?

a) Das vereinfacht den Kabelbaum

b) Wegen des besseren Verhaltens bei elektromagnetischen Störungen

3. Wer kann eine Broadcast-Botschaft empfangen?

a) Alle Steuergeräte am Bus

b) Nur die Steuergeräte, die in der Botschaft adressiert werden

4. Was bedeutet " Kollision" bei einem Bussystem?

a) Übertragungsdauer der längsten Botschaft

b) Gleichzeitiges Senden von Botschaften durch mehrere Steuergeräte

Testfragen – Grundlagen II

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CAN – Controller Area Network

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1991 erster Class C Bus im Kfz

1994 als ISO 11898 standardisiert

• Elektrische Eigenschaften

• Technologie der Datenkommunikation

• Kein Diagnoseprotokoll → proprietäre Protokolle (TP 2.0, GMLAN)

Die Bosch-Spezifikation CAN 2.0A für 11 Bit IDs und 2.0B für 29 Bit IDs bis heute Grundlage

3 Varianten: High- und Low-Speed CAN sowie Single-Wire-CAN (GM)

SAE J1939 für Nutzkraftwagen

CAN in Automation (CANopen, DeviceNet)

2005 Diagnoseprotokoll in ISO 14229 (UDS) und ISO 15765 (ISOTP) standardisiert


Standard Beschreibung

ISO 11898-1 Data Link Layer CAN 2.0A (ID = 11 Bit) und CAN 2.0B (ID = 29 Bit)

ISO 11898-2 Physical Layer für High-Speed-CAN

ISO 11898-3 Physical Layer für Low-Speed-CAN

ISO 11898-4 TTCAN = Time Triggered CAN

Allgemeines

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Physical Layer und Bus-Topologie

Bitstrombasierter, bidirektionaler Zwei-Draht Linien-Bus nach ISO 11898

Ereignisgesteuert, kollisionsfrei CSMA/CA

High-Speed CAN bis 1 Mbit/s

• Buslänge < 40 … 50 Meter

LowSpeed CAN bis 125 kbit/s

• Fault-Tolerant:

• Unterbrechung von CAN_H oder CAN_L

• Kurzschluß zw. CAN_H oder CAN_L und UBat

• Kurzschluß zw. CAN_H oder CAN_L und Masse

• Kurzschluß zw. CAN_H und CAN_L

Single-Wire CAN nach SAE J2411 – 33 kbit/s (GM) und 83 kbit/s (Chrysler)

• Eindrahtleitung ungeschirmt

• Maximal 32 ECUs


1 Mbit/s

Bitrate

Single-Wire CAN

4,1V

Low-Speed CAN

>3,6V

<1,4V

>4,8V

<0,2V

CAN_L

CAN_H

Pegel [V

]

t 0

1

2

3

4

5

0

1

2

3

4

5

0

1

2

3

4

5

CAN-Buspegel

High-Speed CAN

CAN_L

CAN_H

~2V

Fahrzeug Tester

Transceiver

UART / RS232

…

ECU1 Prozessor

CAN Controller

Transceiver

ECUn Prozessor

CAN Controller

Transceiver

OB

D-S

tecke

r CAN Controller

120 Ω

*

120 Ω

*

CAN_H

CAN_L

RxD TxD

Twisted Pair

* Bei Low-Speed CAN entfallen die Abschlußwiderstände

max.

30 cm

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Data Link Layer

Jede ECU kann senden wenn Busruhe für mindestens 3 Bitzeiten

CAN-Frame Botschaftsformat:

Broadcast-System, Akzeptanzfilderung

CAN-ID kennzeichnet die Priorität (niedrige Zahl = hohe Priorität)

Maximale Übertragungsdauer bei 500 kbit/s für die Botschaft mit höchster Priorität beträgt 222 µs (258 µs bei 29 Bit ID)

Maximale Nutzdatenrate: 35,2 kByte/s (30,3 kByte/s bei 29 Bit ID)

Synchronisation über Startbit (SOF) aber Einfügen eines komplementären Bits (Stuff-Bit) wenn sich 5 Bitzeiten nichts ändert (wegen NRZ)

Remote-Frame: enthält keine Nutzdaten und fordert von einer ECU die zu diesem ID gehörenden Daten an

Hohe Fehlersicherheit: die Restfehler-wahrscheinlichkeit liegt unter 10-11

Busweite Datenkonsistenz:

• Bei Fehlern in Format oder Prüfsumme → Error-Frame innerhalb des Acknowledge- und EndOfFrame Feldes → Daten werden von allen Teilnehmer ignoriert

• Übertragungswiederholung bei Fehlern

• Fehlermanagement: Automatische Abschaltung defekter Controller (Error active, Error passive und Bus off)


RTR

IDE

r0

DLC

3

DLC

2

DLC

1

DLC

0

19 oder 37 Bit Header

11 oder 29 Bit

CAN-ID

SOF

7 Control

Bit

Nutzdaten

0 bis 8 Bytes

15 Bit

CRC

Acknowledge

& EndOfFrame

SOF

…

0 bis 64 Bit Payload 25 Bit Trailer ≥ 3 Bit

Bus Idle Längenangabe ohne Bit-Stuffing, typisch sind 3 bis 4 Stuff-Bits pro Frame

≥ 3 Bit

Bus Idle

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1. Welche Bitrate ist typisch für einen CAN-Bus?

a) 500 kbit/s

b) 10,4 kbit/s

c) 25 Mbit/s

2. Drei Steuergeräte wollen gleichzeitig CAN-Botschaften versenden. Was geschieht?

a) Kein Problem, CAN kann das

b) Es kommt zu einer Kollision. Keine Botschaft wird versendet. Alle Steuergeräte müssen es später erneut versuchen

c) Es kommt zu einer Kollision. Die Botschaft mit der höchsten Priorität wird sofort versendet, die beiden anderen Botschaften müssen solange warten

3. Drei Steuergeräte wollen gleichzeitig eine CAN-Botschaft versenden. Die Botschaften haben die IDs 0x7DF, 0x400 , 0x7E0. In welcher Reihenfolge werden die Botschaften versendet?

a) 1 – 2 – 3

b) 1 – 3 – 2

c) 2 – 1 – 3

d) 2 – 3 – 1

e) 3 – 1 – 2

f) 3 – 2 – 1

4. Wie bezeichnet man das Buszugriffsverfahren bei CAN?

a) Master-Slave-Verfahren

b) CSMA/CR

c) TDMA

d) CSMA/CD

5. Wie viele Nutzdatenbytes können mit einer CAN-Botschaft übertragen werden?

a) 1 Wort = 2 Byte

b) 8 Byte

c) 254 Byte

6. Was passiert, wenn der Empfänger einer CAN-Botschaft einen Fehler feststellt?

a) Nichts. Der Empfänger ignoriert die Botschaft. Der Sender erhält keine Rückmeldung

b) Der Sender teilt dem Empfänger den Fehler mit, indem sein Kommunikationscontroller kein Acknowledge, sondern einen Error Frame sendet. Darauf wiederholt der Kommunikationscontroller des Senders die Botschaft automatisch

7. Eine CAN-Botschaft mit hoher Priorität wird versendet, ...

a) ... sobald der Bus frei ist

b) ... sobald der Bus frei ist und keine Botschaft höherer Priorität zum Senden bereit steht

c) ... sofort. Eine Botschaft mit niedrigerer Priorität, die gerade auf dem Bus versendet wird, wird abgebrochen.

8. Wie lange dauert die reine Übertragung einer CAN-Botschaft mit maximaler Nutzdatenlänge bei 500 kbit/s ganz grob?

a) Ca. 30 Mikrosekunden

b) Ca. 300 Mikrosekunden

c) Ca. 3 Millisekunden

d) Ca. 30 Millisekunden

9. Die Bitrate in einem CAN-Bussystem ...

a) Muss für alle Steuergeräte an einem Bus gleich sein

b) Kann für jedes Steuergerät individuell festgelegt werden

c) Wird im laufenden Betrieb nach Bedarf geändert

Testfragen – CAN

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LIN – Local Interconnect Network

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Allgemeines

Entwickelt vom 1998 gegründeten LIN-Konsortium (Motorola heute Freescale und Kfz-Herstellern)

Ziel: kostengünstige Alternative zum Low-Speed-CAN

Subbus für CAN-Netze für einfache Sensor-Aktor-Anwendungen

Master-Knoten = Gateway zum CAN mit präziser Zeitbasis

Slave-Knoten ohne Konfigurationsinformationen und mit selbstsynchronisierendem Bittakt

Wenige Mechanismen zur Erkennung von Übertragungsfehlern und keine Verfahren zur Fehlerkorrektur

Erhebliche Erweiterungen mit Version 2.0 und 2.1 (optionale Tunneln von KWP 2000 oder UDS, PLug-and-Play für LIN-Slave Knoten)

Das Ziel einen LIN Knoten zum halben Preis eines CAN-Low-Speed Knotens zu implementieren wurde vermutlich nicht erreicht

LIN macht das Gesamtnetz eines Fahrzeugs komplexer und fehleranfälliger

Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708 U

mfa

ng d

er

Spezifik

ation

Jahr

Versionsgeschichte

1999 2000 2002 2003 2006

LIN

1.0

LIN

1.2

LIN

1.3

LIN

2.0

LIN

2.1

LIN Spezifikationen:

Node Capability Language Specification

Node Configuration and Identification Specification

Diagnostic Specification

Application Program Interface Specification

Configuration Language Specification

Protocol Specification

Physical Layer Specification

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Zeichenbasierter (8N1), bidirektionaler Ein-Draht Linienbus ohne Abschirmung

Physical Layer und Bitübertra-gungsschicht identisch mit dem K-Line Protokoll (ISO 9141) - NRZ

Mit jedem UART realisierbar

Geringe Anforderungen an Bitgenauigkeit der Slaves und Protokolltiming (Slaves benötigen keinen eigenen Quarz)

1 Master steuert bis zu 15 Slaves

Maximale Bitrate = 20 kbit/s

Subbus für CAN mit den Standardbitraten 2,4; 9,6 und 19,2 kbit/s

Spezifiziert für Reaktionszeiten von maximal 200 ms

Buslänge < 40 m


Fahrzeug

…

ECU1 Master

Transceiver

µC

ECU2 Slave

Transceiver

µC

ECUn Slave

Transceiver

µC + + +

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Data Link Layer

Sync-Break ist ein eindeutiges Muster (mind. 13 Low- u. 1 High-Bit)

Taktsynchronisation der Slaves über Sync-Byte

PID (Potected ID):

• 6 Bits ID und 2 Bits Parität

• Kennzeichnet Botschaft, die genau ein SG auf den Bus sendet

• Verbindungslos: Inhalt der Daten, nicht die SG-Adresse

• 64 mögliche Antworten mit 32 zu 2, 16 zu 4, 12 zu 8 Datenbytes und 4 spezielle Antworten, siehe Tabelle

Little-Endian-Format

Sleep-Modus nach mindestens 4 s Businaktivität (V 2.x) oder PID 0x3C und 0x00 Datenbyte

WUP: Low-Signal für 0,25 bis 5 ms; Master beginnt nach 100 ms

LIN arbeitet zeitsynchron, Master bestimmt Frame-Slots und Inhalt

Konfiguration des Netzes über Sceduling-Table im Master (LDF)

Maximale Nutzdatenrate 1,2 kbit/s


Header – gesendet nur vom Master

Sync-Byte

0x55 13 – 26

Bits

Antwort mit 2, 4 oder 8

Datenbytes Checksum

Interframe Space

PID

Response Space

Response – gesendet vom Master oder Slave

TMessage

…

Sync-Break

1 – 14

Bits

Rezessive

Dominant

PID Funktion

0 - 0x3B Übertragen von Daten

0x3C Request Frame des Masters

0x3D Response Frame der Slaves

0x3E Reserviert für anwenderspezifische Erw.

0x3F Reserviert für zukünftige Erweiterungen

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Botschaftstypen

Unconditional Frames (Standardframes)

• Normale zyklisch übertragene Standardframes

Event Triggered Frames

• Für Daten, sie sich selten ändern

• Mehrere Slaves können auf einen Request antworten

• Es antworten nur die Slaves, bei denen sich Daten geändert haben

• Master erkennt Slave am ersten Datenbyte der Response → PID des Standardframes

• Erkennt der Master Kollision, fragt er die Standardframes ab bevor er wieder Event Triggered Frames sendet


Sporadic Frames

• Platzhalter in der Scheduling-Table für dynamisches Verhalten des Masters

• Dann, wenn sich Daten im Master geändert haben oder vom Master Antworten gefordert werden (Master als Slave)

• Sonst bleibt der Bus in diesem Slot in Ruhe

• Master kann einen von mehreren möglichen PIDs verwenden

• Auswahl der Botschaft über statische Priorität → Scheduling-Table

• Ereignisgesteuert, nicht deterministisch

Diagnostic Frames PID (0x3C und 0x3D)

• Immer mit 8 Datenbytes

• Für Konfiguration und Diagnose der Slaves

• Diagnose über ISOTP oder UDS ohne Flußsteuerung

• Master sendet Diagnoserequest über 0x3C und holt die Response vom Slave über 0x3D ab

Userdefined Frames (PID 0x3E)

• Datenfeld darf länger als 8 Byte sein

Reserved Frames (PID 0x3F)

• Für zukünftige Erweiterungen

• Darf z.Z. nicht verwendet werden

Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708 30

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1. Welche Bitrate ist typisch für einen LIN-Bus?

a) 500 kbit/s

b) 19,2 kbit/s

c) 125 kbit/s

2. Wie bezeichnet man das Buszugriffsverfahren bei LIN?


b) CSMA/CA

c) TDMA

d) CSMA/CD

3. Wer sendet LIN Requests?

a) Das Master-Steuergerät

b) Ein Slave-Steuergerät

4. Wer sendet eine LIN Response?

a) Der Master, wenn er einen Slave zum Senden auffordern will

b) Ein Slave, wenn er auf einen LIN Request des Masters antwortet. Der Master, wenn er Daten an einen Slave versenden will

5. Wenn bei der Übertragung eines LIN Requests ein Fehler auftritt,

a) Sendet der Slave keine Response. Daran erkennt der Master den Fehler.

b) Passiert gar nichts. Es gibt gar keine Fehlererkennung für LIN Requests.

6. Wie viele Slave-Steuergeräte dürfen auf einen LIN-Request im Normalfall mit einer Response antworten?

a) Jedes Steuergerät, das die geforderte Information liefern kann

b) Genau ein Steuergerät, das in der Entwicklungsphase für die PID

des Requests festgelegt wurde

c) Bei LIN müssen immer alle Steuergeräte am Bus antworten

7. Wie viele Nutzdatenbytes können in einer LIN-Botschaft versendet werden?

a) Bis zu 2 Byte

b) Bis zu 8 Byte

c) Bis zu 12 Byte

d) Bis zu 16 Byte

e) Bis zu 256 Byte

8. Wie viele verschiedene LIN-Botschaften können über den PID unterschieden werden?

a) Bis zu 64

b) Bis zu 256

9. Wie lange dauert die reine Übertragung einer LIN-Botschaft bei maximaler Nutzdatenlänge und 10 kbit/s mindestens?

a) Ca. 100 Mikrosekunden

b) Ca. 1 Millisekunde

c) Ca. 10 Millisekunden

d) Ca. 100 Millisekunden

10. Ein LIN Slave Steuergerät muss ...

a) ... nur wissen, auf welche PIDs es reagieren muss

b) ... muss alle PIDs und den Zeit-Schedule des gesamten Bussytems kennen

Testfragen – LIN

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FlexRay

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Allgemeines

Herstellerübergreifendes

Bussystem für echtzeitkritische

High-Speed Anwendungen im X-

By-Wire Umfeld

Entwickelt im FlexRay-Konsortium

(gegründet 2000 von BMW,

DaimlerChrysler, Motorola und

Philips)

2005 FlexRay Spezifikation 2.1

Kombination aus Byteflight (BMW)

und TTP/C (TTTech)

Vorteile gegenüber CAN:

• Höhere Datenrate

• Deterministisch

• Fehlertolerant

Erster Serieneinsatz 2006 für

dynamische Dämpferregelung im

BMW X5


Spezifikationen – FlexRay Communications System

Protocol Specification Version 2.1, 2005, www.FlexRay.com

Electrical Physical Layer Specification Version 2.1, 2005, www.FlexRay.com

Electrical Physical Layer Application Notes Version 2.1, 2005, www.FlexRay.com

Bus Guardian Specification 2.0, 2004, www.FlexRay.com

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Bitstrombasierter, bidirektionaler Zwei-Draht Bus mit Differenzsignal

Optionaler zweiter Kanal – für Redundanz oder Bandbreitenerhöhung verwendbar

Broadcast-System: Zeitgesteuert nach TDMA und ereignisgesteuert nach FTDMA (Flexible Time Division Multiple Access)

Maximal 64 Steuergeräte je Bussegment

Bitrate:

• 10 Mbit/s mit aktivem Sternkoppler

• bei passivem Linienbus nur unwesentlich höher als CAN

Zukünftig höhere Bitraten möglich

Einsatz von Lichtwellenleiter möglich


Aktive-Star-Struktur +

Linienstruktur (Hybrid)

ECU

ECU

ECU

ECU

ECU

SK ECU ECU ECU

Passive Linienstruktur

Maximal 24 m

ECU ECU ECU ECU …

Fahrzeug

…

120 Ω

BP (Bus Plus)

BM (Bus Minus) Twisted Pair

120 Ω

ECU1 Host

Comm. Controller

BT BG BT BG

ECUn Host

Comm. Controller

BT BG BT BG

BP (Bus Plus)

BM (Bus Minus) Twisted Pair

120 Ω

120 Ω

A

B (optional)

ECU

ECU

ECU ECU

ECU

Passive-Star-Struktur

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Data Link Layer

Feste Anzahl Zeitslots im statischen Segment

In ein Zeitslot muß eine komplette Botschaft passen

Senderecht in einem Zeitslot hat genau ein Steuergerät → kollisionsfrei

Ein SG kann auf beiden Kanälen im selben oder anderen Zeitslots senden

Cycle Multiplexing: Die Scheduling-Table kann für jeden Zyklus unterschiedlich sein (Framewiederholung = n2)

Jedes SG zählt die Zeitslots mit 1 beginnend auf beiden Kanälen getrennt im Slot-Counter

Das statischen Segment muß mindestens 2 und darf maximal 1023 Zeitslots haben

Minislots = Zeitslots im dynamischen Segment

Senderecht in einem Minislot hat genau ein Steuergerät → kollisionsfrei

Botschaft darf aber eine auch auf beiden Kanälen unterschiedliche Länge haben

SG kann im dyn. Seg. auf das Senderecht verzichten

Slot-Counter Wert im dyn. Segment = Priorität

Maximale Gesamtanzahl der Slots = 2047

In-Cycle-Response


6 7 8 9 10

6 7 8 9

Cyclen Cyclen + 1 Cyclen - 1

Statisches Segment Dynamisches Segment (opt.)

Symbol

Window (opt.)

Network

Idle Time

Slot-Counter

Makro Ticks (1 … 6 µs) …

1 2 3 4 5 1 Kanal A …

1 2 3 4 5 1 Kanal B …

Slot Raster

Static Slot Minislot

…

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Statisches Segment Dyn. Segment SYM+NIT

2,5 ms Slot 5 ms Slot CycleMux Slot 2,5 ms Slot

2,5 ms

3,0 ms

5,0 ms

1,9 ms

2,0 ms

100 µs

Wiederholung des

Kommunikationsschemas über

mehrere (max. 64) Zyklen hinweg

Ein Steuergerät sendet einmal pro

Zyklus

Ein Steuergerät sendet mehrfach

pro Zyklus zur Erhöhung der

Datenrate

Ein Steuergerät sendet nur in jedem

2., 4., 8., 16. … Zyklus zur

Mehrfachnutzung der Slots

Cycle Multiplexing

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10 ms Zyklus 00

20 ms Zyklus 01

10 ms Zyklus 02

40 ms Zyklus 03

10 ms Zyklus 04

20 ms Zyklus 05

… Zyklus 63

… 0,5 ms 0,5 ms … …

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Frameformat

Frame-ID = Nummer des Zeitslots

Nur Gerade Anzahl von Nutzdatenbytes

Zykluszähler wird beim Start des Netzes mit 0 initialisiert und dann mit jedem Zyklus inkrementiert

TSS – Transmission Start Sequence: 0-Bitfolge der Länge 3 … 15 Bits zur Kennzeichnung des Übertragungsbeginns

FSS – Frame Start Sequence: 1 Bit auf logisch 1 zur Synchronisation der Bitabtatstung

BSS – Byte Start Sequence: 1-0-Bitfolge vor jedem Byte zur Empfänger Synchronisation

FES – Frame End Sequenz: 0-1-Bitfolge zur Kennzeichnung des Botschaftsendes

DTS – Dynamic Trailing Sequence: Mind. ein 0 und ein 1 Bit zur Überbrückung der Zeit bis zum nächsten Minislot

Wesentlich höherer Protokoll-Overhead als bei CAN

Max. Nutzdatenrate 500 kByte/s, in der jedoch Praxis deutlich kleiner

Konfiguration der statischen und dynamischen Segmente aller SG eines Fahrzeugs kompliziert


5 Bit

Steuerbits Format:

Bit 1: Reserved = 0

Bit 2: Payload Preample Indicator = Statisches Slot: Daten enthalten einen Netzwerkmanagement Vector

Dynamisches Slot: Daten enthalten 2-Byte-Message-ID

Bit 3: Null Frame Indicator = Zeigt an, daß die Nutzdaten keine gültigen Daten enthalten (1) oder nicht (0)

Bit 4: Sync Frame Indicator = Zeigt an, ob der Frame zur Synchronisation verwendet werden (1) kann oder nicht (0)

Bit 5: Startup Frame Indicator = Zeigt einen Startup-Frame zur Synchronisation beim Systemstart an (1)

11 Bit

1 2 3 4 5 Frame-ID

1 … 2047

Anzahl

Datenworte Header CRC

Zyklus

Zähler

0 … 127

16 Bit Nutzdatenworte Prüfsumme CRC

7 Bit 11 Bit 6 Bit 24 Bit

5 Byte Header 0 … 256 Byte Daten 3 Byte Trailer

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Netzwerkstart und Taktsynchronisation

Zum Starten des Netzes mindestens 2 besser 3 Kaltstartknoten

Kaltstartknoten müssen immer auf beiden Kanälen A und B angeschlossen sein

WUP und CAS sind eindeutige Bitmuster

WUP wird auf einem Kanal CAS immer auf beiden Kanälen gesendet, damit beide Kanäle synchron gestartet werden

Beim Senden der Kaltstartknoten in den normalen Kommunikationszyklen sind immer die Bits Startup Frame Indicator und Sync Frame Indicator gesetzt

Die anderen Kaltstartknoten beginnen sobald sie mindestens 4 Botschaften mit den gesetzten Bits empfangen und sich synchronisiert haben

Normale SG beginnen, sobald sie mindestens 2 aufeinander folgende Botschaften von zwei verschiedenen Kaltstartknoten empfangen haben

Somit können sich SG jederzeit neu in eine laufende Kommunikation einklinken (bei 3 Kaltstartknoten auch ein Kaltstartknoten selbst)

Netzwerkstart frühestens nach 8 kompletten Kommunikationszyklen abgeschlossen

Laufende Synchronisation der lokalen Mikrotiks mit den globalen Makroticks über Botschaften mit gesetztem Sync Frame Indicator Bit im statischen Segment

• Sync Nodes: mindesten 2 und maximal 15 → Redundanz

• senden immer auf beiden Kanälen


Knoten K

Wakeup

Pattern

WUP

K

Collision

Avoidance

Symbol CAS

Cycle0

K

Cycle1

K

Cycle2

K

Cycle3

K …

Cycle4

K L

Cycle5

K L …

Cycle4 Cycle6

K L

Cycle7

K L

Cycle8

K L M …

Cycle9

K L M

Knoten K prüft, ob Bus in Ruhe ist

K = Leading Coldstart-Node

L = Coldstart-Node

M = normales Steuergerät

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1. Weshalb wurde FlexRay entwickelt?

a) Weil CAN zu teuer war.

b) Weil die Bitrate von CAN durch die CSMA/CR Arbitrierung Prinzip bedingt nicht wesentlich vergrößert werden kann und für zeitkritische Anwendungen nicht mehr ausreicht.

c) Weil ein Bussystem mit höherer Bitrate unempfindlicher gegen elektromagnetische Störungen (EMV) ist.

2. Welches Buszugriffsverfahren verwendet FlexRay?


b) CSMA/CA

c) TDMA bzw. FTDMA

d) CSMA/CD

3. In einem Zeitschlitz (Slot) darf das Steuergerät senden, …

a) … dessen Botschaft die höchste Priorität hat.

b) … das gerade einen Request empfangen hat.

c) … das für diesen Slot konfiguriert wurde.

d) … das am schnellsten ist.

4. Die Slots des statischen Segments sind ...

a) ... alle gleich lang.

b) ... sind je nach Bedarf unterschiedlich lang.

5. Falls eine Botschaft länger ist als ein Slot im statischen Segment,

a) … wird sie vom Kommunikationscontroller automatisch auf mehrere Slots verteilt.

b) … kann sie nicht versendet werden.

6. Botschaften im dynamischen Segment, ...

a) ... dürfen nicht länger sein als ein Minislot.

b) ... sind in der Regel länger als ein Minislot, müssen aber vollständig in das dynamische Segment passen.

7. Bei CAN kann nach Einschalten der Betriebsspannung jedes Steuergerät zu einem beliebigen Zeitpunkt anfangen, Botschaften zu versenden. Bei FlexRay ...

a) ... ist das genauso.

b) ... müssen zunächst mindestens zwei Kaltstartknoten die Netzwerkkommunikation starten. Erst danach dürfen normale Steuergeräte mit dem Senden beginnen.

c) ... versendet ein Steuergerät an alle anderen eine Botschaft, mit der es mitteilt, dass die anderen Geräte mit dem Senden beginnen dürfen.

8. Welche Bustopologie ist bei FlexRay nicht möglich?

a) Ringbus

b) Linienbus

c) Stern

9. Durch Cycle Multiplexing …

a) … darf ein Steuergerät in jedem Kommunikationszyklus mehrfach senden. Dadurch verringert sich die effektive Zyklusdauer für dieses Steuergerät.

b) … kann derselbe Zeitschlitz in aufeinanderfolgenden Zyklen durch unterschiedliche Steuergeräte belegt werden. Dadurch vergrößert sich die effektive Zyklusdauer für diese Steuergeräte.

10. Die Zyklusdauer ist …

a) … die Dauer eines Zeitschlitzes und ist typischerweise deutlich kleiner als 100 Mikrosekunden.

b) … die Periodendauer, mit der sich der gesamte Kommunikationsablauf periodisch wiederholt.

Testfragen – FlexRay

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MOST – Media Oriented System Transport 42

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Allgemeines

Infotainment-Bus für Telematik und Multimedia-Anwendungen im Fahrzeug

Vernetzung von Radio, CD-Wechsler, Telefon, Navigation, TV etc.

Entwickelt von Firma OASIS/SMSC, Harman Becker und OEMs, als Konkurrenz zu D2B (Digital Data Bus, Philips)

Seit 1998 weiterentwickelt durch die MOST-Cooperation

Definiert alle 7 ISO/OSI-Schichten

Digitale und störunempfindliche Übertragung von Audio- und Videosignalen

Optisches Übertragungsmedium mit Kunstoff-Lichtwellenleiter aber auch Kupferkabel möglich

Über Gateway im Fahrzeug vernetzt

Layer 1 u. 2 durch SMSC-Patente geschützt, restriktive Lizenzvergabe


Spezifikationen

MOST Specification Framework, Rev. 1.1, 1999, www.MostCooperation.com

MOST Specification Rev. 2.5, 2006, www.MostCooperation.com

MOST Dynamic Specification Rev. 1.2, 2006, www.MostCooperation.com

MOST MAMAC Specification Rev. 1.1, 2003, www.MostCooperation.com

MOST Function Block Library für Netzknoten mit Slave- oder Masterfunktion

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Bitstromorientiertes Übertragungs-protokoll mit Lichtwellenleitern (POF)

• EMV unempfindlich

• Jedoch: teure Steckverbinder, begrenzte Biegeradien und geringe Temperatur-stabilität

Manchester-kodiertes Lichtsignal → Bitsynchronisation beim Empfänger

Meist logische Ringstruktur mit bis zu 64 ECUs

Punkt-zu-Punkt Verbindung zwischen den ECUs → jede ECU hat Ein- und Ausgang

Bitrate 25 Mbit/s, zukünftig 50 Mbit/s und höher

Inaktive ECUs arbeiten im Bypass-Betrieb, aktive entnehmen Signale oder fügen welche hinzu

Eine ECU arbeitet als Timing-Master und erzeugt die Frames, alle anderen synchronisieren sich auf dessen Bit- und Frametakt

Zeitsynchron mit TDMA-Zugriff, maximale Nutzdatenrate 2,6 MB/s

Optional paketorientierte asynchrone Übertragung mit CSMA-Zugriff, maximale Nutzdatenrate 1,2 MB/s bei gleichzeitig bis zu 1,1 MB/s für synchrone Daten


Fahrzeug

ECU3 µC

Comm. Controller

FOT

ECU1 µC

Comm. Controller

FOT ECUn µC

Comm. Controller

FOT

ECU2 µC

Comm. Controller

FOT

POF

Plastic Optic Fiber

Rx

Rx

Rx

Rx

Tx

Tx

Tx

Tx

MOST Ring

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Data Link Layer

1 Block = 16 Botschaften (Frames)

Jede Botschaft durchläuft genau einmal den gesamten Ring

2 Datenbereiche:

• Synchronous Data Channel (z.B.: Audio, Video)

Zeitslots zu je 8 Bit (physikalische Kanäle)

Mehrere physikalische Kanäle ergeben einen logischen Kanal (Streaming Channel)

Anwendungen fordern diese Kanäle an und geben sie wieder frei

Keine Sender- und Empfängeradressen – Steuerung erfolgt nur über Control Channels

• Asynchronous Data Channel (z.B.: Navi-Karteninformationen, TCP/IP)

Max. 48 Bytes Nutzdaten pro Frame → Segmentierung

Buszugriff, wenn Bus frei ist → Erkennung über Arbitrierung CSMA/CA

CRC-Summe, aber keine Empfangsbestätigung, Fehlermeldung oder Sendewiederholung

• Control Channel (z.B.: Netzmanagement, Gerätekommunikation)

Ereignisgesteuerte Übertragung von festen 32 Bytes pro Block im 2 Byte Control Data Field des Frames

Segmentierung in Einheiten von 2 Byte

Geringe Bandbreite

Physikalische oder logische Adresse

Empfänger gibt Bestätigung ACK, wenn nicht NAK


32 Bytes

4 Byte

Arb. Target

Address Daten CRC

2 Byte 2 Byte 1 Byte 17 Byte 2 Byte

Source

Address Type Trailer

4 Byte

Control Data:

10 … 58 Bytes

1 Byte

Arb. Target

Address DL

Source

Address Daten CRC

2 Byte 1 Byte 2 Byte 0, 4, 8, … 48 Byte 2 Byte

Asynchronous Data:

1 Byte

Header-Format:

Bit 0-3: Präampel – kennzeichnet den Start eines Blocks und eines Frames

Bit 4-7: Boundary Descriptor – unterteilt das nachfolgende Datenfeld in einen

synchronen und asynchronen Bereich

24 … 60 Byte

Header 60 Byte Daten

Synchron Asynchron Steuerdaten

1 Frame = 64 Bytes mit TFrame = 22,67 µs

Trailer

36 … 0 Byte 2 Byte 1 Byte

1 Block = 16 Frames mit TBlock = 363 µs

(bei Frame-Rate 44,1 kHz = Bitrate 25 Mbit/s) Blockformat:

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1. Welche Bitrate ist typisch für MOST?

a) 500 kbit/s

b) 10 Mbit/s

c) 25 Mbit/s

2. MOST ist durch seine hohe Bitrate besonders geeignet für …

a) Audio- und Videosignale, die eine hohe Bandbreite benötigen.

b) Steuer- und Regelanwendungen mit Echtzeitanforderungen.

3. Was meint man, wenn man sagt, das MOST System arbeitet mit 44 kHz bzw. 48 kHz?

a) Das ist die Bitrate des Bussystems

b) Das ist die Rate, mit der die Abtastwerte von Audiosignalen bei CDs und DVDs aufgenommen werden.

4. Wie viele Nutzdatenbytes passen maximal in einen MOST25-Frame?

a) 32 Byte

b) 60 Byte

c) 64 Byte

d) 256 Byte

5. Der synchrone Datenbereich eines MOST-Frames wird vor allem verwendet, um ...

a) … TCP/IP-Daten zu übertragen.

b) … Audio-Daten zu übertragen.

c) … das MOST-System zu synchronisieren und zu konfigurieren.

6. Weshalb wird in der nächsten MOST-Generation die Bitrate auf 150 Mbit/s erhöht?

a) Weil für Brake- und Stear-by-Wire-Anwendungen für neue Fahrdynamiksysteme eine schnellere Übertragung notwendig ist.

b) Weil die Qualität der Radio- und CD-Musikübertragung sowie die Sprachqualität für das Autotelefon dadurch verbessert werden kann.

c) Weil die Bandbreite von MOST25 für Videosignale, wie sie für Nachtsichtassistenten, Verkehrszeichenerkennung oder Rückfahrkameras benötigt werden, nicht ausreicht.

Testfragen – MOST

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K-Line

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Allgemein

Erster Europäischer Bus (K-Bus)

1989 als ISO 9141 standardisiert

• Elektrische Eigenschaften

• Art der Bitübertragung

• Kommunikationsaufnahme

(Reizung)

• Diagnoseprotokoll war hersteller-

spezifisch und nicht Bestandteil

1994 übernahm die EU die

amerikanische OBD-2 (EOBD)

Daraus wurde ISO 9141-2 /

ISO14230 (KWP 2000 - Keyword

Protocol 2000)


Standard Beschreibung

ISO 14230-3 Physical Layer für KWP 2000 (Kompatibel zu ISO 9141-2)

ISO 14230-2 Data Link Layer

ISO 14230-1 Application Layer Implementierungshinweise

ISO 14230-4 Einschränkungen des Physical- und Data Link Layers für die

EOBD

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Zeichenbasierter (8N1),

bidirektionaler Ein-Draht-Bus

Logikpegel:

• > 0,8 UBat für High

• < 0,2 UBat für Low

Optional unidirektionale L-Line

Master-Slave (Tester-Steuergerät)

Standardbaudrate 10,4 kbits/s

Tester und Steuergeräte-Implementierung über UART sehr kostengünstig realisierbar


Fahrzeug

ECU1 (Slave)

ECU2 (Slave)

Tester (Master)

Pegelwandler

UART / RS232

…

RxD TxD O

BD

-Ste

cke

r + +

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Data Link Layer

3 Phasen der Kommunikation

• Verbindungsaufbau (Reizung)

• Datenaustausch

• Verbindungsabbau

Fast-Reizung nach ISO 14230 (Dauer ca. 100 ms):

Adress-Reizung (5 Baud = ca. 2,5 s)

Datenaustausch durch Request-Response

Botschaftsformat:

Checksum = mod 256 Summe aller Bytes (außer der Prüfsumme selbst)

Im Keyword sind das Header-Format und die Timingparameter kodiert (Wertebereich 2000 bis 2031)


1 bis 4 Byte Header

Format Length Target

Address

Source

Address Nutzdaten Checksum

1 – 255 Bytes 1 Byte Trailer

Optional Optional

Bit 7 0

Adressierung:

00 = Keine

01 = CARB

10 = Physikalisch

11 = Funktional (SAE J2178)

Länge:

0 = mit Längenbyte

1-63 ohne Längenbyte

Formatbyte:

Tester → ECU

5 bit/s

> 300 ms ca. 2 s < 300 ms

ECU → Tester

Die Baudrate wird vom Tester durch das Sync-Byte ausgemessen

< 20 ms < 20 ms < 20 ms < 50 ms

Tester → ECU ECU → Tester

K-Line

L-Line

Sync-Byte Adressbyte KW LSB KW MSB I-KW MSB

Adressbyte

I-Adr.Byte

Tester → ECU

Wup

> 55 ms 25 25 ms < 50 ms

ECU → Tester

Gilt nur für 10,4 kbit/s!

K-Line

L-Line

StartCommuncationRequest (5 Byte)

0x81 0xC1 KWLSB KWMSB

StartCommuncationReponse (7 Byte)

(300 ms)

(Nutzdaten)

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Fehlerbehandlung:

Falsche Botschaftslänge / Prüfsumme:

• ECU ignoriert Botschaft

• Tester prüft Timeout und wiederholt

Falsche Daten:

• ECU sendet negative Response

Einschränkungen bei EOBD:

Header besteht immer aus 3 Byte (Target-, Source Address, kein Längenbyte)

Botschaften haben max. 7 Byte Nutzdaten

Tester-Request Target-Address ist immer funktional

ECU-Response Target-Address immer physikalisch

Nur Default Timing-Parameter zulässig

Nur 10,4 kbit/s zulässig

Sonstiges:

Übertragungszeit von 255 Bytes Daten bei 10,4 kbit/s von 250 ms bis 5,5s

Protokollrealisierung fast nur in Software – hohe Interrupt-Belastung

ISO 9141 war Grundlage vieler proprietärer Protokolle (KW 71, KW 81, KW 500 etc.)

Tester → ECU

Request

P4

B1 B2 CS …

P2 P1

B1 B2 CS …

P3

B1 …

ECU → Tester

Response

Normal Extended (nur

physikalisch)

P1 0 … 20 ms 0 … 20 ms

P2 25 … 50 ms 0 … 1000 ms

P3 55 … 5000 ms 0 … 5000 ms

P4 5 … 20 ms 5 … 20 ms

Timingparameter:

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Timings, OBD etc.


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Inhalt

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SAE J1850 54

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Allgemeines

Veraltetes Bitstrom-orientierter Class A/B Bus für On- und OffBoard Kommunikation vor allem bei amerikanischen Herstellern

1994 als SAE J1850 standardisiert

Auch für OBD zugelassen

Für Neufahrzeuge in den USA und Europa wird ab 2007 J1850 durch CAN ersetzt

SAE J2178 legt die Inhalte für die OnBoard Kommunikation fest

SAE J1979 und ISO 15031 beschreibt die Dienste für die OBD-Kommunikation


Eigenschaften SAE J1850 PWM SAE J1850 VPWM

Verwendet von Ford General Motors, Chrysler,

Harley Davidson und Toyota

Bit-Kodierung Pulsbreitenmodulation (PMW) Variable Pulsbreitenmodulation (VPMW)

Bitrate 41,6 kbit/s 10,4 kbit/s (Mittelwert)

Datenleitung Zwei-Draht (Twisted Pair) Ein-Draht (Single Wire)

Signalpegel

5 V Differenzsignal

Low < 2,2 V; High > 2,8 V

Maximal 6,25 V

UBat unipolar

Low < 3,5 V; High > 4,5 V

Maximal 20 V

Nutzdaten 0 bis 8 Bytes je Botschaft

Botschaftslänge Maximal 101 Bit (inkl. Header und Trailer)

Buszugriff CSMA/CA

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Physical- und Data Link Layer

Bitcodierung:

Botschaftsformat:

PWM und VPWM sind inkompatibel

Bei PWM beginnt jedes Bit mit einem Low-High-Übergang

Bei VPWM beginnt jedes Bit mit einem Übergang und endet mit dem komplementären Übergang

In Frame Response (IFR) mit 1 Byte Länge zum direkten Antworten des Empfängers ohne eigenen Block

Trotz niedriger Bitrate komplizierter Aufbau → Controller erforderlich


Bit Pegel Dauer

0 Low TBit,short

0 High TBit,long

1 High TBit,short

1 Low TBit,long

J1850 VPWM:

TBit, short = 64 µs

TBit, long = 128 µs = 2 • TBit,short

J1850 VPWM Bitfolge 0 0001 1101:

0 0 0 0 1 1 1 0 1

TBit

Logisch 1

⅔ TBit ⅓TBit

Logisch 0

TBit

⅔ TBit ⅓TBit

J1850 PWM:

SOF

Bit

Message

Control

Bus Idle

Target

Address

Source

Address

Nutzdaten

0 bis 8 Bytes

CRC

Checksum

EOD

Bit

In Frame

Response

EOF

Bit

Optional Optional

Header 1 oder 3 Bytes 1 Byte

Maximal 12 Bytes

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SAE J1708 58

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Älteres in amerikanischen Nutzfahrzeugen weit verbreitetes serielles, bidirektionales und zeichenorientiertes Busprotokoll (1990)

Prioritätsgesteuertes Buszugriffsverfahren CSMA/CA (die Nachricht mit der niedrigsten Priorität erhält als erste den Buszugriff)

Class A Bus mit fester Bitrate von 9600 bit/s

Physikalische Schicht basiert auf RS-485 jedoch ohne Busabschluß (Reflexionen werden aufgrund der niedrigen Datenrate in Kauf genommen)

Mit UART realisierbar

Application Layer = SAE J1587 (Kommunikation und Datenaustausch auf Basis von Parameter-IDs)

Botschaftsaufbau:

• 1 Byte MID (Message Identification Character)

• bis 19 Datenbytes

• 1 Byte Checksumme

Protokoll beinhaltet Fehlerbehebungsmechanismen durch Überwachung der Daten und Sendewiederholungen

Vorgänger von J1939 (CAN für Nutzfahrzeuge)

Allgemeines

Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708 59

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1. Was ist die K-Line ist?

a) Eine Diagnoseschnittstelle

b) Ein Bussysteme für die On-Board-Kommunikation im Fahrbetrieb.

2. Wo findet man SAE J8150 in Europa?

a) In Fahrzeugen europäischer Hersteller

b) In Fahrzeugen japanischer Hersteller

c) In Fahrzeugen amerikanischer Hersteller

3. Welcher Bus verwendet für die Bitcodierung das aufwendige PWM-Verfahren?

a) K-Line

b) SAE J1850

c) SAE J1708

4. Welcher Bus wurde/wird praktisch nur bei Nutzfahrzeugen verwendet?

a) K-Line

b) SAE J1850

c) SAE J1708

5. Mit welchem Bus arbeitet das Diagnoseprotokoll KWP 2000?

a) K-Line

b) SAE J1850

c) SAE J1708

Testfragen – Ältere Bussysteme

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Documents

Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE … · 1 tester-ed Kommunikation im Fahrzeug* 3 l Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708 On-Board Kommunikation