Highly Discriminating Monitoring Star for CAN (HDMS-CAN)


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Transcripción

1 Diseño, implementación y evaluación cuantitativa del rendimiento de un prototipo mejorado de una nueva red de comunicaciones para sistemas de control distribuidos llamada Highly Discriminating Monitoring Star for CAN (HDMS-CAN) Autor: Daniel Bujosa Tutor: Manuel Barranco

2 los sistemas empotrados de control distribuido

3 los sistemas empotrados de control distribuido altamente fiables son hoy en día un tema candente

4 los sistemas empotrados de control distribuido altamente fiables necesitan redes de comunicaciones altamente fiables

5 ejemplos comunicaciones en vehículos automatización industrial equipos medicos exploración espacial y submarina

6 Controller Area Network (CAN) es uno de los sistemas de comunicaciones más utilizados

7 Controller Area Network (CAN) es uno de los sistemas de comunicaciones más utilizados económico robusto tiempo real

8 topología de bus 2 3 4

9 wired-and bit recesivo bit dominante los bits dominantes sobreescriben los bits recesivos

10 in-bit response

11 las propiedades wired-and e in-bit response permiten implementar algunos mecanismos importantes

12 sin embargo, su topología de bus conlleva limitaciones desde el punto de vista de la fiabilidad

13 limitaciones contención de errores testabilidad

14 limitada contención de errores Si un nodo no se apaga cuando detecta que está defectuoso, no puede impedir la propagación de errores

15 limitada testabilidad fault injector FI e 00 AND AND 0000 = 0000 baja resolución espacial para monitorizar la respuesta de los nodos a los errores inyectados 0000

16 solución?

17 CANcentrate los uplink/downlink separan, físicamente, las contribuciones de cada nodo conectado al hub 2 downlink uplink Hub link 3 él puede discriminar la señal transmitida y recibida por cada nodo completamente compatible con CAN: 4 COTS components transparente para las aplicaciones

18 la capacidad para discriminar permite implementar sobre el hub mecanismos para mejorar la fiabilidad

19 CANcentrate él puede diagnosticar fallos y contener errores generados en el medio y en los nodos 2 0 Hub 3 contención de errores 4

20 ninguna otra estrella CAN tenía las mismas capacidades de discriminación que CANcentrate & algunas no son transparentes o imponen fuertes limitaciones

21 pero CANcentrate también tiene limitaciones!

22 limitaciones de CANcentrate 2 downlink uplink Hub 4 link 3

23 limitaciones de CANcentrate los uplink/downlink requieren dos transceivers 2 downlink uplink link Tu Hub 4 Td 3

24 limitaciones de CANcentrate los uplink/downlink requieren dos transceivers 2 downlink uplink link Tu Hub 4 Td 3

25 limitaciones de CANcentrate los uplink/downlink requieren dos transceivers 2 downlink uplink link Tu Hub 4 Td 3 hay nodos, p.e. ECUs, que son cerrados y sólo incluyen transceiver por lo que no pueden utilizar CANcentrate

26 limitaciones de CANcentrate los uplink/downlink requieren dos transceivers 2 downlink uplink link Tu Hub 4 Td 3 hay nodos, p.e. ECUs, que son cerrados y sólo incluyen transceiver por lo que no pueden utilizar CANcentrate Además, la duplicación de transceivers y links supone un mayor coste, peso, y complejidad de la instalación

27 solución?

28 HDMS-CAN 2 Hub 4 3

29 HDMS-CAN 2 Hub 3 él puede observar la señal transmitida y recibida por cada nodo completamente compatible con CAN: 4 COTS components transparente para las aplicaciones

30 HDMS-CAN un único link separa temporalmente la contribución de cada nodo conectado al hub 2 Hub T 3 él puede observar la señal transmitida y recibida por cada nodo completamente compatible con CAN: 4 COTS components transparente para las aplicaciones

31 HDMS-CAN mantiene las capacidades de discriminación de CANcentrate & evita los problemas derivados de utilizar dos links y transceivers

32 prototipo de prueba de concepto (proof-of-concept)

33 aclarar, desde el punto de vista teórico y práctico, aspectos relevantes de HDMS-CAN para su explotación y comercialización

34 qué aspectos?

35 qué aspectos? configuración de parámetros de algunos mecanismos caracterización de la topología

36 qué aspectos? configuración de parámetros de algunos mecanismos caracterización de la topología detección y solución de fallos en el diseño y/o la implementación estudio del rendimiento

37 índice Fundamentos de CAN Fundamentos de HDMS-CAN Contribuciones Conclusiones Trabajo futuro

38 índice Fundamentos de CAN Fundamentos de HDMS-CAN Contribuciones Conclusiones Trabajo futuro

39 Fundamentos de CAN sincronización a nivel de bit y bit timing

40 Fundamentos de CAN bit rate vs longitud del bus

41 Fundamentos de CAN formato de tramas

42 índice Fundamentos de CAN Fundamentos de HDMS-CAN Contribuciones Conclusiones Trabajo futuro

43 Fundamentos de HDMS-CAN mecanismo de discriminación Bit actual 3 Hub 2 4

44 Fundamentos de HDMS-CAN Ar mecanismo de discriminación Bit actual 3 4 Hub 2

45 Fundamentos de HDMS-CAN Ar mecanismo de discriminación Bit actual Hub 2

46 Fundamentos de HDMS-CAN Ar mecanismo de discriminación Bit actual Hub 2

47 Fundamentos de HDMS-CAN Ar mecanismo de discriminación Ad Bit actual Hub 2

48 Fundamentos de HDMS-CAN Ar mecanismo de discriminación Ad Bit actual Hub 0 0 2

49 Fundamentos de HDMS-CAN Ar mecanismo de discriminación Ad Bit actual Hub 0 0 2

50 Fundamentos de HDMS-CAN Ar mecanismo de discriminación Ad M Bit actual Hub 0 0 2

51 Fundamentos de HDMS-CAN Ar mecanismo de discriminación Ad M Bit actual Hub 2

52 Fundamentos de HDMS-CAN Ar mecanismo de discriminación Ad M Bit actual Hub 2

53 Fundamentos de HDMS-CAN Ar mecanismo de discriminación Ad M Ad Bit actual Hub 2

54 Fundamentos de HDMS-CAN Ar mecanismo de discriminación Ad M Ad Bit actual Hub 0 0 2

55 Fundamentos de HDMS-CAN Ar mecanismo de discriminación Ad M Ad Bit actual Hub 0 0 2

56 índice Fundamentos de CAN Fundamentos de HDMS-CAN Contribuciones Conclusiones Trabajo futuro

57 Contribuciones C. configuración mecanismos de parámetros de algunos C2. caracterización de la topología C3. detección y solución de fallos en el diseño y/o la implementación C4. estudio del rendimiento

58 Contribución C Qué parámetros?

59 Contribución C tamaño segmentos tiempo de bit del hub

60 Contribución C hub correcto y transparente a nivel funcional buen rendimiento en términos de cobertura

61 Contribución C hub correcto y transparente a nivel funcional buen rendimiento en términos de cobertura

62 Contribución C expresiones

63 Contribuciones C. configuración de parámetros de algunos mecanismos C2. caracterización de la topología C3. detección y solución de fallos en el diseño y/o la implementación C4. estudio del rendimiento

64 Contribución C2 restricciones topológicas

65 Contribución C2 expresiones para predecir el rendimiento

66 Contribuciones C. configuración de parámetros de algunos mecanismos C2. caracterización de la topología C3. detección y solución de fallos en el diseño y/o la implementación C4. estudio del rendimiento

67 Contribución C3 red de pruebas

68 Contribución C3

69 Contribución C3

70 Contribución C3 red de pruebas

71 Contribuciones C. configuración de parámetros de algunos mecanismos C2. caracterización de la topología C3. detección y solución de fallos en el diseño y/o la implementación C4. estudio del rendimiento

72 Contribución C4 pruebas realizadas

73 Contribución C4 pruebas realizadas comunicación y discriminación a 25 y 250 kbps cobertura de HDMS-CAN a 500 kbps comprobación de las restricciones topológicas consumo de corriente de los transceivers

74 Contribución C4 pruebas realizadas comunicación y discriminación a 25 y 250 kbps cobertura de HDMS-CAN a 500 kbps comprobación de las restricciones topológicas consumo de corriente de los transceivers

75 Contribución C4 pruebas realizadas comunicación y discriminación a 25 y 250 kbps cobertura de HDMS-CAN a 500 kbps comprobación de las restricciones topológicas consumo de corriente de los transceivers

76 Contribución C4

77 Contribución C4

78 Contribución C4

79 Contribución C4

80 Contribución C4

81 Contribución C4 pruebas realizadas comunicación y discriminación a 25 y 250 kbps cobertura de HDMS-CAN a 500 kbps comprobación de las restricciones topológicas consumo de corriente de los transceivers

82 Contribución C4 pruebas realizadas comunicación y discriminación a 25 y 250 kbps cobertura de HDMS-CAN a 500 kbps comprobación de las restricciones topológicas consumo de corriente de los transceivers

83 Contribución C4 consumo de corriente de los transceivers de los nodos

84 índice Fundamentos de CAN Fundamentos de HDMS-CAN Contribuciones Conclusiones Trabajo futuro

85 Conclusiones segmentos del tiempo de bit dimensionados

86 Conclusiones segmentos del tiempo de bit dimensionados topología caracterizada

87 Conclusiones segmentos del tiempo de bit dimensionados topología caracterizada expresiones

88 Conclusiones segmentos del tiempo de bit dimensionados topología caracterizada expresiones creación de un prototipo completamente operativo

89 Conclusiones segmentos del tiempo de bit dimensionados topología caracterizada expresiones creación de un prototipo completamente operativo sin errores ni de comunicación ni de discriminación

90 Conclusiones segmentos del tiempo de bit dimensionados topología caracterizada expresiones creación de un prototipo completamente operativo sin errores ni de comunicación ni de discriminación buen rendimiento

91 Conclusiones segmentos del tiempo de bit dimensionados topología caracterizada expresiones creación de un prototipo completamente operativo sin errores ni de comunicación ni de discriminación buen rendimiento sin problemas de consumo

92 índice Fundamentos de CAN Fundamentos de HDMS-CAN Contribuciones Conclusiones Trabajo futuro

93 Trabajo futuro análisis en profundidad de los transceivers y proponer una alternativa con mejores características para HDMS-CAN

94 Trabajo futuro optimización de los segmentos del tiempo de bit

95 Trabajo futuro

96 Trabajo futuro optimización de los segmentos del tiempo de bit

97 Universitat de les Illes Balears Diseño, implementación y evaluación cuantitativa del rendimiento de un prototipo mejorado de una nueva red de comunicaciones para sistemas de control distribuidos llamada Highly Discriminating Monitoring Star for CAN (HDMS-CAN) Daniel Bujosa Mateu TUTOR Manuel Alejandro Barranco González

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