Towards a time-triggered operation of flexray-based AUTOSAR applications

Abstract

Heutzutage bezeugt man rapide Entwicklung und Steigerung der Funktionalität und Komplexität von den elektronischen Geräten und Software in der Automobilindustrie. Der Bedarf diese zu bewältigen hat die Gründung der AUTOSAR Partnerschaft von den führenden Automobilherstellern inspiriert. Ihr Ziel ist es, eine standardisierte Softwarearchitektur zu etablieren, um Interoperabilität und Austauschbarkeit von Softwarekomponenten zu gewährleisten.<br />Das Controller Area Network (CAN) Kommunikationsprotokoll war in den letzten Jahren der De-facto-Standard in der Automobilindustrie, jedoch besteht mittlerweile die Notwendigkeit eines mächtigeren Protokolls bezüglich der Verlässlichkeit sowie der Übertragungsgeschwindigkeit.<br />FlexRay ist ein neues Kommunikationssystem, das sowohl synchronen als auch asynchronen Datentransfer unterstützt. Es erfüllt die neuen Anforderungen der Industrie und ist ein viel versprechender Kandidat, um existierende Lösungen in der Zukunft zu ersetzen und zu verbessern.<br />Infolge der Softwarewiederverwendung ist eine große Menge von CAN basiertem Code auf das neue FlexRay portiert worden, wodurch in der Applikationen ein inhärent asynchroner Betrieb entstanden ist. Spezielle Techniken werden verwendet, um Probleme zu lösen, die durch das Einsetzen von asynchroner Software mit einer synchroner Kommunikation auftreten. Diese Diplomarbeit analysiert nun die Vorteile eines zeitgesteuerten Betriebes von AUTOSAR Applikationen, die auf FlexRay Kommunikation basieren. Das zeitgesteuerte Ausführen von Benutzeranwendungen, die mit FlexRay explizit synchronisiert werden, resultiert in einem vereinfachten FlexRay Software Stack, welcher die Software Infrastruktur für die Kommunikation darstellt. Eine optimierte Version des FlexRay Software Stacks ist entworfen und wurde als Teil dieser Diplomarbeit implementiert. Der direkte Vergleich mit der asynchronen Methode von AUTOSAR ist in Bezug auf Laufzeit und Speicherverbrauch experimentell beurteilt worden. Die Ergebnisse zeigen eine um etwa 30 bis 50% reduzierte Laufzeit und einen um 65 bis 75% verbesserten Speicherverbrauch des FlexRay Software Stacks. Zusätzlich werden die vom Timing verursachten Probleme in AUTOSAR vermieden. Diese Studie ist in der Firma TTTech Computertechnik AG durchgeführt und bringt das Produkt TTX FlexRay Software Stack zum Einsatz, welches eine Implementierung des FlexRay Software Stacks ist und welches von TTTech Computertechnik AG entwickelt wurde.<br />

Nowadays, we witness a rapid development and increase of the functionality and complexity of electronic devices and software in the automotive industry. The need to cope with these has driven a number of leading car manufacturers to establish the AUTOSAR partnership in order to create standards and contribute to interoperability and exchangeability of software between different companies. The Controller Area Network (CAN) has been a leading communication protocol in the automotive industry during the past years, however, recently the need for a more powerful protocol with respect to data rate and dependability has been identified. FlexRay is a new communication system that provides both synchronous and asynchronous data transfer. It fulfills the industry's new demands and is thought to enhance and replace existing solutions in the future. Due to software reuse huge amounts of the code using CAN for communication is being ported to the new FlexRay systems causing an inherently asynchronous operation of the applications.<br />Special techniques are needed to solve some of the problems, which appear because of the utilization of asynchronous distributed software with synchronous communication. This thesis analyzes the advantages of a time-triggered operation of AUTOSAR applications based on FlexRay communication. The time-triggered execution of user applications synchronized with FlexRay results in simpler FlexRay software stack, as the infrastructure software for communication is called. An optimized version of the FlexRay software stack for time-triggered operation is designed and developed as part of this thesis. The comparison with the asynchronous approach proposed by AUTOSAR is experimentally evaluated in terms of runtime and memory usage. The results show a reduced execution time of the newly developed Time-Triggered FlexRay software stack by approximately 30 to 50% and better memory usage by approximately 65 to 75%. Additionally, timing problems of the AUTOSAR approach are implicitly overcome. The study is carried out at TTTech Computertechnik AG and utilizes the product TTX FlexRay Software Stack, an AUTOSAR FlexRay software stack, developed by TTTech Computertechnik AG.