Experimental framework for controller area network based on a multi-processor-system-on-a-chip

Abstract

Prozesse müssen teilweise innerhalb einer Zeitschranke terminieren und daher muss Kontrollinformation rechtzeitig zur Verfügung stehen. Darüber hinaus ist ein optimierter mittlerer Datendurchsatz erforderlich da die Leistungsfähigkeit vieler Prozesse von der mittleren Reaktionszeit abhängt. In dieser Diplomarbeit wird eine experimentelle Evaluierungsmethode vorgestellt, welche statistische Daten betreffend des Transportverhaltens ermittelt. Hierfür wurde eine Hardwareplattform entwickelt, welche aus Prozessoren besteht um ECUs zu emulieren. Des weiteren werden auf jedem Prozessor Prozesse simuliert, welche jeweils Nachrichten mit einer eindeutigen Kennung während eines zufälligen und beschränkten Zeitintervalls generieren. Die instanzierten Nachrichten werden mittels CAN verschickt und mit Hilfe der ermittelten Transportzeiten statistische Daten berechnet. Darüber hinaus werden zusätzliche Parameter wie z.B. die Anzahl der versandten und empfangen Nachrichten bei jedem Prozessor bestimmt. Des weiteren wird eine komplette Toolchain vorgestellt, welche zum Entwurf von Testkonfigurationen und Auswertung von ermittelten statistischen Daten dient.<br />CAN weist akzeptable durchschnittliche Transportzeiten für die Nachrichtenübertragung auf. Jedoch treten sporadisch extremst verzögerte Transportzeiten auf. Die Transportzeiten sind bei einer geringeren Kollisionswahrscheinlichkeit reduziert. Die Kollisionswahr- scheinlichkeit wird durch die Anzahl der Nachrichten sowie durch die Sendefrequenz jeder einzelnen Nachricht bestimmt. Die Kollisionswahrscheinlichkeit bestimmt die Auslastung des Transmissionsmedium.<br />

Many tasks have to determine their result in time and therefore they require control information transmitted via CAN in time (time-critical). In addition, a minimized average transmission time behaviour is required because the control performance depends on the average response time. In this diploma thesis an experimental evaluation technique is presented to determine statistical data of the transmission behaviour in CAN such as the average transmission time. Therefore a hardware platform was developed that consists of processors that emulate ECUs. Furthermore, tasks are simulated on each processor which generates messages of the same unique id randomly but within limited time intervals. These messages are transmitted via CAN and the transmission times are measured to derive statistical data. In addition, auxiliary parameters are collected such as number of sent and received messages at each particular processor. Furthermore, a complete toolchain is presented to design test configurations and analyze statistical data.<br />CAN has a good average transmission time behaviour but the transmission times are sometimes extremely delayed. In general, the transmission times are reduced if the collision probability is decreased. The collision probability is determined by the number of messages and by the send frequency of each message with a unique id. Thus the collision probability determines the utilization of the transmission medium.