SAE AS6802 SW-based end system for AUTOSAR

Abstract

Die Anforderungen, die Funktionalität und die daraus resultierende Komplexität von Software für die Automobilindustrie haben in den vergangenen Jahrzehnten stetig zugenommen. Um mit dieser Entwicklung Schritt zu halten, gründeten die wichtigsten Automobilhersteller und Zulieferer im Jahr 2003 die AUTOSAR Partnerschaft. Das Hauptziel besteht darin, die Entwicklungskosten für Software zu senken und die Kooperation zwischen den Unternehmen über die Erstellung von Standards und Spezifikationen zu verbessern. Mit der steigenden Anzahl von Steuergeräten in modernen Fahrzeugen steigt auch der Bedarf an Datenübertragung und höhere Übertragungsraten als von heutigen Bussystemen wie CAN und FlexRay bereitgestellt, werden benötigt. Die Erfolgsgeschichte von Ethernet hat zu einer Reihe von Adaptierungen des Standards für verschiedene Industriebereiche geführt, mit dem Ziel, seine Vorteile auch für sicherheitskritische Anwendungen und Echtzeitanwendungen verfügbar zu machen. Eine dieser Erweiterungen ist der SAE AS6802 Standard, allgemein bekannt unter TTEthernet. In dieser Arbeit werden AUTOSAR und TTEthernet zum ersten Mal zusammengeführt. Es wird ein Konzept vorgestellt, wie TTEthernet als zusätzlicher Kommunikationsstandard konform zur AUTOSAR Spezifikation integriert werden kann, ohne die Interfaces zur Applikation zu verändern. Es wird gezeigt, dass eine hohe zeitliche Genauigkeit der Uhrensynchronisation und zeitgesteuerten Kommunikation mit einer reinen Softwarelösung nicht garantiert werden kann. Eine Reihe bestimmter Hardwarefunktionalitäten ist nötig, die jedoch von gängigen Ethernet-Controllern unterstützt werden. Da TTEthernet sowohl zeitgesteuerte als auch konventionelle Kommunikation ermöglicht, führt der neue Ansatz unausweichlich zu einer Erhöhung des CPU- und Speicherverbrauchs. Tests zeigen jedoch, dass dieser Effekt für viele Anwendungen vernachlässigbar ist. Der vom SW-basierten Endsystem erzeugte Netzwerkverkehr stimmt sehr gut mit dem festgelegten TTEthernet-Schedule überein. Zeitgesteuerte Nachrichten, die die höchste Priorität besitzen, werden von eventgesteuerten Nachrichten nicht beeinflusst. Der Jitter ist begrenzt und die Ende-zu-Ende Übertragungszeit von Paketen kann genau bestimmt werden.

The requirements, functionality, and consequently also the complexity of software used in the automotive industry has constantly been increasing over the last decades. To cope with this development, main car manufacturing companies and automotive suppliers established the AUTOSAR partnership back in 2003. Its main objective is to reduce development costs and to enhance cooperation between different companies by creating standards and specifications for automotive software applications. With the increasing number of ECUs higher communication speeds than provided by nowadays state-of-the-art bus systems like CAN and FlexRay are desired. The tremendous success story of standard Ethernet has led to various adaptions for different industries to make its benefits also available for safety-critical and real-time applications. One of these enhancements is the SAE AS6802 standard, commonly known as TTEthernet. In this thesis, AUTOSAR and TTEthernet are brought together for the first time. A concept is developed of how TTEthernet can be added as an additional communication protocol, preserving the interfaces to the application and thus being compliant with the AUTOSAR specification. It is shown that precise timing cannot be guaranteed with a pure software solution, but certain, commonly supported, hardware features are required. As TTEthernet also supports conventional Ethernet traffic, extending the functionality by time-triggered communication unavoidably comes to the price of increased run time and memory consumption. However, results indicate that this overhead is negligible for many applications. Furthermore, as analysis of the network traffic generated by the SW-based end system shows, it is very well shaped. Time-triggered traffic, having the highest priority, is not at all effected by conventional Ethernet traffic. The jitter is bounded and the end-to-end latency can be predicted precisely.