Task scheduling in time triggered real time systems

Abstract

In modernen Fahrzeugen findet man eine Vielzahl von elektronischen Steuergeräten, die zusammen ein verteiltes System bilden. Sie ermöglichen den Kraftstoffverbrauch zu senken, schädliche Abgase zu minimieren, einen höheren Grad an Sicherheit zu erreichen und bieten auch Komfort- und Unterhaltungsfunktionen. Einige der Subsysteme sind hoch sicherheitskritisch und erfordern die strikte Einhaltung zeitlicher Vorgaben. Ein essentieller Faktor für solch ein sicherheitskritisches, verteiltes Echtzeitsystem ist das Kommunikationsmedium, das alle Teilnehmer verbindet. Es soll sowohl Fehlertoleranzmechanismen unterstützen als auch grundlegende Echtzeitservices bieten, so ist beispielsweise eine systemweite gemeinsame Zeitbasis bereitzustellen. Als weitere Anforderung soll das Kommunikationssystem flexibel und trotzdem einfach zu verstehen sein und den Designprozess unterstützen. Die Automobilindustrie hat sich darauf verständigt, ein solches Kommunikationsprotokoll zu spezifizieren und es als weltweiten Industriestandard einzuführen. Der Name dieses Kommunikationsprotokolls ist FlexRay.<br />Der Kontext, in dem diese Diplomarbeit entstanden ist, ist ein Projekt bei Elektrobit Austria GmbH in Zusammenarbeit mit der TU Wien. In dem Projekt ging es um die Implementierung eines FlexRay-to-FlexRay Routers, also eines Knotens, der zwei FlexRay Netze mit inkompatibler Konfiguration miteinander verbindet und Nachrichten in beide Richtungen überträgt. Die zentrale Herausforderung ist die Erarbeitung eines Design-Workflow für den Router, sowie die Implementierung eines Tools, das die Konfiguration beider Netze einliest und einen Schedule für den Router daraus erstellt, der die Kommunikationstasks aufruft. Dabei soll die zeitliche Verzögerung durch den Router klein gehalten werden. Außerdem soll die Phasenlage, die die beiden Netze zueinander haben, wählbar sein. Zusätzlich zu den Kommunikationstasks sollen auch noch Benutzertasks auf dem Routerknoten ausgeführt werden können.<br />

Modern automotive applications are highly distributed systems with a large number of electronic control units involved. Together they improve the vehicles fuel economy, minimize malicious exhaust gases, reach a higher level of safety for the passengers and provide a number of comfort and entertainment functions. Some of the subsystems are highly safety critical and need to meet hard deadlines. An essential factor for a safety critical, distributed real-time system is the communication medium connecting all participating nodes.<br />The communication system should support fault tolerance and provide real-time functionality as e.g. a common time base. Another requirement for the communication system is flexibility while still being understandable and easy to design. Therefore, the automotive industry agreed to specify a communication protocol to be used as an industry standard. The name of this communication protocol is FlexRay.<br />The context of this thesis is a project at Elektrobit Austria GmbH in cooperation with Vienna University of Technology. A FlexRay-to-FlexRay router was implemented to forward communication between two FlexRay clusters with different configurations. The objective of this thesis was to design a tool to merge the schedules of both clusters and generate a dispatch table for the router node to schedule communication tasks. The generated schedule should minimize communication delay across the router as far as feasible and still be flexible and adjustable. The phase shift between both clusters is configurable by the user. Additionally to the communication tasks, also user tasks running in the router can be scheduled.<br />