Sistemas Embarcados para
Automóveis
UFPE - Centro de Informática
Aluno: Bruno Bemvindo Cruz
Disciplina: PSCI 1999.2
Roteiro
• Motivação
• Tendências Atuais
• Redes Embarcadas
– Visão Geral
– CAN
• Processamento Embarcado
– Hardware
• ECU
– Software
• RTOS
• OSEK OS
• Perspectivas Futuras
• Conclusões
Motivação - Custo
• Alto Volume de Produção
– 15 milhões / ano (EUA)
• Longo Período de Produção
– cerca de 10 anos
•Microcontroladores 8 bits
•Memória de baixo custo
ROM = $ 0,05 / kB
RAM = $ 0,50 / kB
Motivação - Confiabilidade
• Tempo de Vida Médio / Veículo = 2.500
horas
• Bilhões de horas de funcionamento para um
determinado modelo
•Sistemas Hard Real Time
Motivação - Demanda
• Em 2002, 15% a 30% do custo de um
veículo será com eletrônica
• Em 1990: $940 por carro
• Em 2005: $1.720 por carro
•Redes
•Linguagem C
•Microcontroladores 16 e 32 bits
•Memória Flash
Tendências Atuais
• Sistemas Embarcados com baixo custo de
produção e alta confiabilidade
•Redes embarcadas
•Processamento embarcado
Redes Automotivas
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redução fiação;
aumento do número de funções;
maior flexibilidade;
diagnóstico mais eficiente.
Classificação de Redes (SAE)
• Class A (<10 kbps)
– Comfort and Convenience Systems
• Class B (10 a 125 kbps)
– Body Electronics and Diagnostics Systems
• Class C (125 kbps a 1 Mbps)
– Powertrain, Anti-lock Braking and Vehicle
Dynamics Systems
Redes Automotivas
• UART - Universal Asynchronous Rx/Tx
• J1850 SAE
• CAN - Controller Area Network
• ABUS - Automobile Bitserielleb Schnittstelle
• VAN - Vehicle Area Network
• ITS Bus (Intelligent Transportation Systems
bus for Mobile Office)
CAN x J1850
• Ambas possuem protocolos de arbitramento
CSMA/CR - carrier-sense, multiple-accesswith-collision-resolution.
• Data Rate
– CAN
• até 1Mbps
– J1850
• 41,7 Kbps - Ford
• 10.4 kbps - GM, Chrysler
CAN
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Baixo Custo
Extremamente Robusta
Alta Velocidade (até 1 Mbits/seg)
Confiável (Tratamento de Erro)
Retransmissão Automática de Dados
Desconexão Automática de Módulos
Endereçamento Funcional (Broadcast)
Excelente para controle em tempo-real
Arquitetura CAN
(modelo OSI)
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Camada 7 - Application
Camada 6 - Presentation
Camada 5 - Session
Camada 4 - Transport
Camada 3 - Network
Camada 2 - Data-link
Camada 1 - Physical
Data Rate x Bus Lenght
Estrutura CAN
Transmissão Sinal
‘0’ Lógico - Bit Dominante
CAN - High = 3,5 V
CAN - Low = 1,5 V
‘1’ Lógico - Bit Recessivo
CAN - High = 2,5 V
CAN - Low = 2,5 V
Tolerância a Perturbações
Natureza Diferencial do Sinal de Transmissão
resulta em Alta Tolerância a Ruídos
Comunicação Broadcast
•Basic CAN - Sem Filtragem Prévia
•Full CAN - Com Filtragem Prévia
Full CAN
Classificação CAN
•Basic CAN
•Full CAN
•Standard CAN - ID 11 bits
•V2.0A
•Extended CAN
•V2.0B active - ID 11 ou 29 bits
•V2.0B passive - ID 11 bits, ignorando ID 29 bits
Acesso Múltiplo ao Barramento
Método de Acesso CSMA/CD + AMP
Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection and
Arbitration on Message Priority
Método de Arbitramento
Bit Dominante (‘0’) tem prioridade sobre Bit Recessivo (‘1’)
Maior Prioridade para menor ID
Prioridade para Node 3
CAN Data Frame
Start of Frame - 1 bit
Arbitration Field - 12 ou 32 bits
Control Field - 6 bits
Data Field - 0 a 8 bytes
CRC Field - 16 bits
Acknowledge Field - 2 bits
EOF - 7 bits
Remote Transmission Request
Data Frame
RTR Dominante (‘0’)
Remote Frame
RTR Recessivo (‘1’)
ECU (Hardware)
ECU(Hardware)
Volvo S80
•2 Redes CAN
•250Kbps
•125Kbps
•4 Redes baixa velocidade
•10,4Kbps
•18 ECUs
ECU (Software)
Técnicas Escalonamento Sistemas Tempo Real
• Escalonamento cíclico
– Previsibilidade
– Eventos Esporádicos
• RTOS
– Custo Memória
– Confiabilidade
OSEK
Offene Systeme und deren Schnittstellen für die
Elektronik im Kraftfahrzeug
• OSEK - Sistemas Abertos e Interfaces para Eletrônica
Distribuída em Automóveis
OSEK
• OSEK OS - Sistema Operacional para ECU
em Veículos
• OSEK COM - Comunicação entre ECUs
em Redes Automotivas
• OSEK NM - Gerenciamento de Redes
• OIL - OSEK Implementation Language
OSEK - OS
• Multitarefa, com suporte a escalonamento
preemptivo
• Pequena demanda por memória quando
comparado com RTOS convencionais
– alguns kB de ROM
– menos 1kB de RAM
Perspectivas Futuras
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30% veículo será eletrônica em 2002
RTOS
Memória FLASH
Sistemas Software-Based
Sistemas de Transporte Inteligente
Sistema de Transporte Inteligente
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Identificação Motorista;
Sistema de Reconhecimento Remoto;
Controle Acesso;
Sistema Remoto Travamento Carro;
Customização;
Sistema de Iluminação Inteligente;
Sistema de Som Inteligente;
Sensores Aproximação;
Reconhecimento de Voz;
Sistemas de Informação.
Sistema de Transporte Inteligente
Conclusões
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Compromisso Demanda x Custo, Confiabilidade;
Redes e Processamento Embarcados Tempo Real;
Redes: CAN;
ECU alta integração;
Problemas e Desafios Software Embarcado