Real-time configuration of a CAN router

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit der Konfiguration eines Routers für CAN Nachrichten. Ziel des CAN Routers ist es dabei die Grenzen eines gewöhnlichen CAN Busses zu überwinden. Durch das selektive Weiterleiten von Nachrichten sowie die Unterstützung von Traffic-Shaping unterstützt der Router die Fehlertoleranz und die Echtzeitfähigkeit von CAN basierten Kommunikationssystemen. Hierfür es es jedoch notwendig, dass dem Router die Zusammensetzung des Kommunikationssystems so wie das Kommunikationsverhalten der einzelnen, beteiligten Geräte bekannt ist. Diese Arbeit zeigt wie eine modellbasierte Methode zur Konfiguration des Routers verwendet werden kann. Aus FIBEX basierdenden Konfigurationsdateien, welche die gesamte Architektur des Bussystems abbilden, werden verschiedene binäre Konfigurationsdateien generiert. Diese Dateien beinhalten Routing-Tabellen welche den Ursprung und das Ziel einer Nachricht definieren und Warteschlangen, welche sicherstellen, dass die CAN Nachrichten in der korrekten Reihenfolge, abhängig von der Priorität, gesendet werden. Unter Verwendung eines Echtzeit-Linux- Betriebssystems und einem Ethernet basierenden Echtzeit-Netzwerkprotokoll so wie einer Echtzeit-Konfigurationssoftware werden die generierten binären Daten an die Konfigurationseinheit des Routers übertragen. Der Aufbau der Konfigurationssoftware und das Protokoll so wie Formeln zum Berechnen der maximalen Konfigurationszeit werden präsentiert. Weiters werden die tatsächlichen Konfigurationszeiten mit den berechneten verglichen und analysiert. Abschließend werden noch Maßnahmen präsentiert um den Konfigurationsprozess zu verbessern.

This thesis discusses the configuration of a router for Controller Area Network (CAN). The so called CAN router interlinks multiple, separated CAN segments to overcome the limitations of an ordinary CAN bus. The router increases the fault tolerance and improves the real-time capabilities of CAN based communication systems through the ability to forward messages to other bus segments and through traffic shaping. Therefore the router needs to know it's neighbourhood, meaning how the architecture of the connected segments is composed and the communication behaviour of the connected devices. This thesis shows how a model-driven approach is used to achieve a successful configuration of the CAN router. Derived from Field Bus Exchange Format (FIBEX) configuration files, which describe the architecture of the entire bus system and how nodes respectively Electronic Control Units (ECUs) are connected, binary configuration files are created. These files include routing tables, used to represent a mapping for messages between the source and target segment and queue tables used to ensure that messages are sent in the correct order, depending on their message priority. Using a real-time Linux computer system and an Ethernet based real-time configuration client and network protocol, the configuration data is transfered to the management unit of the router. A detailed description of the protocol and the configuration software is presented as well as the formulas to calculate the worst case configuration time. Additionally, the actual configuration timing is analyzed and compared to the calculated values. Finally, improvements are presented to establish a better performance of the configuration process.