Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Autóipari beágyazott rendszerek

    A tantárgy angol neve: Automotive Embedded Systems

    Adatlap utolsó módosítása: 2018. március 6.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar

    Villamosmérnöki szak

    Mérnök informatikus szak

    Szabadon választható tantárgy
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIMIAV09   2/1/1/v 4  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Orosz György,
    A tantárgy tanszéki weboldala http://www.mit.bme.hu/oktatas/targyak/vimiav09
    4. A tantárgy előadója

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Tóth Csaba

    t. docens

    MIT

    Scherer Balázs

    mestertanár

    MIT

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

    Beágyazott rendszerek, hardverközeli programozás, C programozási nyelv, számítógép-hálózatok.

    6. Előtanulmányi rend
    Kötelező:
    NEM ( TárgyEredmény( "BMEVIMIM344" , "jegy" , _ ) >= 2
    VAGY
    TárgyEredmény("BMEVIMIM344", "FELVETEL", AktualisFelev()) > 0)

    A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

    A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

    7. A tantárgy célkitűzése

    A hallgató tudásának elmélyítése az autóipari beágyazott rendszerek területén. Az előadásokon és laboratóriumi gyakorlatokon a hallgatók megismerkedhetnek a személyautókban és haszongépjárművekben alkalmazott beágyazott rendszerekkel, a járműveken belüli kommunikációs hálózatokkal, a szoftverfejlesztés, tesztelés alapjaival és sajátosságaival, professzionális fejlesztőeszközeivel. A tárgyban szerzett ismeretek egyrészt segítik az általános tájékozódást, másrészt az autóiparban történő elhelyezkedés esetén a gyorsabb szakmai beilleszkedést.

    8. A tantárgy részletes tematikája

    Bevezetés

    Bevezetés (2 óra, 0,5 hét)

    Az autóipar sajátosságai. Autóipari beágyazott rendszerek hardvereszközei. Az autókban előforduló főbb rendszerek.

     

    Autóipari kommunikációs hálózatok

    CAN - Controller Area Network (12 óra, 3 hét)

    CAN fizikai és adatkapcsolati rétegének részletes elemzése: a CAN kommunikáció bitidőzítése, bitszinkronizálása, a keretek felépítése, az arbitráció menete. Hibakezelés és a hibaállapotok tulajdonsági. A különböző CAN szabványok részletes bemutatása: 2.0A, 2.0B, High Speed CAN, Low Speed Fault Tolerant CAN, Single Wire CAN, CAN-FD. A CAN controllerek és transceiverek szerepe és működési elvei. Tipikus busz topológiák, a busz lezárás szerepe és tipikusan kialakuló reflexiók formái és hatásai. A CAN üzenetek adattartalmának kezelése: signalok, CAN adatbázis, CAN mátrix. A CAN busz méréstechnológiája: tipikus fejlesztést segítő hardver-szoftver eszközök: Vector CANalayzer, Vector CANoe. A Vector CAPL programozási nyelv és az NI-XNET és mérési eszközkönyvtárak bemutatása és CAN buszos alkalmazásaik.

    CAN laborgyakorlat: a busz fizikai és adatkapcsolati rétegének megismerése, CAN adatbázis létrehozása, hálózattervezés. Professzionális CAN eszközök Vector CANalyzer, Vector CAPL és National Instruments X-NET gyakorlati alkalmazása.

    LIN - Local Interconnect Network (6 óra, 1,5 hét)

    LIN szerepe az autókban. A LIN protokoll fizikai és adatkapcsolati rétegegének részletes elemzése: üzenettípusok és felépítésük, a bitátvitel feszültség szintjei, az egyvezetékes rendszer következményei. A szinkronizálás specialitása a master és a slave között. A LIN fizikai illesztők, transceiver IC-k működési elve és tulajdonságai. A LIN Description File és Node Capability File szerepe a hálózattervezésben. A LIN hálózat mérésére, fejlesztésre alkalmazott tipikus hardver-szoftver eszközök: Vector CANoe, CANalayzer LIN opciója, példa CAN és LIN hálózat szimulálásra és CAN-LIN gateway funkcinalitásra Vector CANoe segítségével. A National Instruments LIN eszközkészletének bemutatása.

    LIN laborgyakorlat: egy egyszerű LIN hálózat vizsgálata, bitidőzítések, jelszintek, keretek elemzése, signal adattartalmak. Néhány funkció módosítása a minta LIN hálózaton: slave program módosítása, új üzenetek létrehozása, új signalok elküldése.

    Eseményvezérelt és idővezérelt hálózatok; FlexRay (10 óra, 2,5 hét)

    Az eseményvezérelt és idővezérelt hálózatok főbb tulajdonságainak, jellemzőinek bemutatása. Tipikus, de ritkábban alkalmazott idővezérelt hálózatok áttekintő bemutatása: TT-CAN, TTP, speciális Ethernet változatok (TTEthernet). A FlexRay hálózat és protokoll részletes bemutatása: jelszintek, bitidőzítések és különbségeik a CAN-hez képest. FlexRay ciklusok szervezése, statikus és dinamikus slot-ok szerepe és alkalmazása, a FlexRay hálózat szinkronizálása és elindulási folyamata. FlexRay hálózatonál alkalmazott FIBEX (Field Bus Exchange Format) adatbázisnak a létrehozása és felépítése. A fejlesztést segítő hardver-szoftver eszközök: Vector FlexRay hardvertámogatása és CANoe FlexRay opciójának bemutatása, a National Instruments FlexRay eszközkészletének és az X-NET API-nak az alkalmazása FlexRay hálózatra.

    FlexRay laborgyakorlat: egy egyszerű FlexRay hálózat mérése, az adatbázisból és oszcilloszkópos mérésből a jellemző tulajdonságok meghatározása, Vector CANoe szoftvercsomagban egy hálózati viselkedés megváltoztatása, egy node átprogramozása. A FlexRay hálózat elindulási folyamatának megmérése.

     

    Fejlesztéstámogatás

    Kalibrációs és diagnosztikai protokollok (6 óra, 1,5 hét)

    Kalibrációs protokollok CCP (CAN Callibration Protocol), XCP (Universal Measurement and Calibration Protocol) szerepe az autóipari fejlesztés során. A CCP és XCP felépítése főbb lehetőségeik és parancsaik. Az XCP által a CCP-hez képest nyújtott többletszolgáltatások bemutatása. Az UDS (Unified Diagnostic Services) protokoll szerepe a fejlesztési folyamatban, az UDS és az XCP összehasonlítása. A diagnosztikai protokollok használatát támogató eszközkészletek: Vector CCP, XCP demó szoftver és portolása mikrovezérlőkre, Vector CANape szoftvercsomag használata a diagnosztikai információ kezelésére. A National Instruments NI ECU Measurement and Calibration Toolkit-jének és NI Automotive Diagnostic Command Set-jének alkalmazása.

    Laborgyakorlat: egy CCP vagy XCP protokollal felruházott demó ECU mérése. Kapcsolódás, automatikus adatgyűjtés összeállítása, a DAQ listák kezelése.

     

    Fejlesztési módszerek

    Autóipari fejlesztési életciklus; safety szabványok; autóipari szoftverfejlesztés (6 óra, 1,5 hét)

    Az autóipari fejlesztés során alkalmazott tipikus életciklus-modellek, speciálisan az autóiparra jellemző sajátosságai. Az ISO 26262 szabvány felépítése, az ASIL réteg besorolás meghatározása és annak hatása az autóipari fejlesztésekre. A tipikusan autóipari hardvereket érintő problémák és azok ellen való védekezés módjai. Az autóipari szoftverfejlesztés folyamata. Az AUTOSAR szabvány felépítése, a Mikrovezérlő absztrakciós réteg, az ECU absztrakciós réteg, a Services réteg komponensei és szerepe. Az RTE (Run-time Environment) feladatai és működése, az AUTOSAR alkalmazási réteg komponensei. Az AUTOSAR alapú tervezés folyamata.

     

    Autóipari rendszerek tesztelése

    HIL (Hardware-In-the-Loop) tesztek szerepe az autóipari fejlesztési életciklusban; az NI VeriStand felépítése és használata (8 óra, 2 hét)

    A Hardware-In-the-Loop tesztek alkalmazása az autóipari fejlesztésekben. Az NI VeriStand HIL tesztfejlesztő-környezet bemutatása. A VeriStand Engine tulajdonságai és működése: hogyan lehet egy HIL tesztet összekonfigurálni, hogyan lehet a VeriStand-be a környezetet leíró modellt beépíteni, hogyan lehet a modell kimeneti/bemeneti csatornáit, hardverhez vagy kommunikációs csatornákhoz rendelni?  Hogyan lehet real-time tesztet konfigurálni, a kijelzést testre szabni? Hogyan lehet egyedi hardverelemet (Custom Device) a VeriStand rendszerhez csatolni?

    Labor gyakorlat az NI VeriStand HIL fejlesztőkörnyezet használatával: egy egyszerű HIL teszt összeállítása: modell létrehozása és beillesztése, CAN és analóg/digitális kommunikáció, tesztkijelzés konfigurálása, a tesztelés loggolása.

    Tesztautomatizálás hosszú távú teszteknél, tesztszekvenciák létrehozása (6 óra, 1,5 hét)

    Miért szükségesek az autóipari rendszereknél komplex hosszú távú teszteket futtatni? Az NI TestStand tesztautomatizáló szoftverének felépítése és használata: új tesztlépésnek a létrehozása, tesztlépések szekvenciába fűzése, automatikus riportgenerálás formátumának befolyásolása.

    Laborgyakorlat egy autóipari demó ECU tesztautomatizálására: CAN kommunikáció és hardver I/O kezelés tesztlépésként való csatolása az NI TestStand alá. Egy teljes tesztszekvencia létrehozása és kipróbálása egy demó ECU-ra. A tesztautomatizálás és a HIL tesztrendszer összekötése: annak kipróbálása, hogy hogyan lehet a TestStand-ból VeriStand szimulációkat indítani és kezelni.

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    Előadás, gyakorlat és laboratóriumi gyakorlatok.

    10. Követelmények

    a. Az aláírás megszerzésének feltétele: egy „megfelelt" minősítésű zárthelyi.

    b. A vizsgaidőszakban: szóbeli vizsga.

    11. Pótlási lehetőségek

    A zárthelyi egy alkalommal pótolható vagy a szorgalmi időszakban (pótzárthelyi) vagy  különeljárási díj ellenében a pótlási időszakban (pót-pótzárthelyi). (Lásd: TVSZ 16.§ 3.)

    12. Konzultációs lehetőségek

    Megbeszélés szerint.

    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    Az oktatók által készített prezentációk, segédletek.

    Oktatók által ajánlott internetes források.

    Ajánlott könyvek:

    Jörg Schäuffele, Thomas Zurawka: Automotive Software Engineering: Principles, Processes, Methods, and Tools. SAE International 2005. (ISBN 0-7680-1490-5)

    Hermann Kopetz: Real-Time Systems. Design Principles for Distributed Embedded Applications.
    Kluwer Academic Publisher, 2004. (ISBN 0-7923-9894-7)

    D. Paret: Multiplexed Networks for Embedded Systems. CAN, LIN, FlexRay, Safe-by-wire... While 2007. (ISBN 978-0-470-03416-3)

    D. Paret: FlexRay and its Applications. Real Time Multiplexed Network. Whiley, 2012. (ISBN 9781119979562)

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontaktóra 56
    Készülés előadásra 6
    Készülés gyakorlatra
     7
    Készülés laborra
    7
    Készülés zárthelyire12
    Készülés vizsgára 32
    Összesen 120
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Név:

    Beosztás:

    Tanszék, Int.:

    Dr. Tóth Csaba

    t. docens

    MIT

    Scherer Balázs

    mestertanár

    MIT

    Egyéb megjegyzések A tantárgy angol neve: Automotive Embedded Systems