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

A hallgató tudásának elmélyítése az autóipari kommunikációs hálózatok területén. Az előadásokon és demonstrációkon keresztül a hallgatók megismerkedhetnek a személyautókban és haszongépjárművekben alkalmazott beágyazott rendszerek járművön belüli kommunikációjával. A tárgyban szerzett ismeretek egyrészt segítik az általános tájékozódást, másrészt az autóiparban történő elhelyezkedés esetén a gyorsabb szakmai beilleszkedést.

 1.      Bevezetés, CAN (Controller Area Network)

Bevezetés, kommunikációs hálózatok az autóban.

CAN fizikai és adatkapcsolati rétegének részletes elemzése: a CAN kommunikáció bitidőzítése, bitszinkronizálása, a keretek felépítése, az arbitráció menete. Hibakezelés és a hibaállapotok tulajdonsági.

2.      CAN (Controller Area Network) folytatás

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 kontrollerek és transceiverek szerepe és működési elvei. Tipikus busz topológiák, a busz lezárás szerepe és tipikusan kialakuló reflexiók formái és hatásai.

Gyakorlati demonstráció: CAN bit jelszintek bemutatása, lezárások szerepének mérés alapú demonstrációja, szem ábra felvétele. CAN hiba keretek megjelenése.

3.      CAN (Controller Area Network) folytatás

A CAN üzenetek adattartalmának kezelése: signalok, CAN adatbázis, CAN mátrix. Mikrovezérlők CAN vezérlőinek működésének bemutatása.

Gyakorlati demonstráció: A CAN busz méréstechnológiája: tipikus fejlesztést segítő hardver-szoftver eszközök: Vector CANalayzer, Vector CANoe. National Instruments tool-ok.

4.      CAN (Controller Area Network) folytatás

Gyakorlati demonstráció: Mikrovezérlők CAN vezérlőinek felprogramozása. A Vector szoftverek működésének bemutatása. CAN adatbázisok létrehozása. A Vector CAPL programozási nyelv és az NI-XNET és mérési eszközkönyvtárak bemutatása és CAN buszos alkalmazásaik.

5.      LIN - Local Interconnect Network

LIN szerepe az autókban. A LIN protokoll fizikai és adatkapcsolati rétegének 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.

6.      LIN - Local Interconnect Network folytatás

Gyakorlati demonstráció: Egy egyszerű LIN hálózat vizsgálata, bitidőzítések, jelszintek, keretek elemzése, signal adattartalmak. 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-re. A National Instruments LIN eszközkészletének bemutatása.

7.      1. Zárthelyi, Eseményvezérelt és idővezérelt hálózatok; FlexRay

Az eseményvezérelt és idővezérelt hálózatok főbb tulajdonságainak, jellemzőinek bemutatása. Egy ritkábban alkalmazott idővezérelt hálózat áttekintő bemutatása: TT-CAN. A FlexRay hálózat és protokoll részletesebb 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.

8.      FlexRay folytatás

Gyakorlati demonstráció: FlexRay hálózaton 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. Egy egyszerű FlexRay hálózat mérése, az adatbázisból és oszcilloszkópos mérésből a jellemző tulajdonságok meghatározása. A FlexRay hálózat elindulási folyamatának megmérése.

9.      Kalibrációs és diagnosztikai protokollok

Kalibrációs protokollok: XCP (Universal Measurement and Calibration Protocol) szerepe az autóipari fejlesztés során. Az XCP felépítése, főbb lehetőségei és parancsai. Az UDS (Unified Diagnostic Services) protokoll szerepe a fejlesztési folyamatban, az UDS és az XCP összehasonlítása.

10.  Kalibrációs és diagnosztikai protokollok folytatás

Gyakorlati demonstráció: XCP demó szoftver felépítése és portolása mikrovezérlőkre. Egy XCP protokollal felruházott demó ECU mérése. Kapcsolódás, automatikus adatgyűjtés összeállítása, a DAQ listák kezelése.

11.  Autóipari Ethernet 1

Ethernet bevezető, keretformátum, Ethernet címzés, Ethernet hálózatok felépítése. Az autóipari Ethernettel szemben támasztott speciális követelmények. Az autóipari Ethernet fizikai rétegei: 100BASE-T1 (BroadR-Reach), 1000BASE-T1 (RTPBG), tápfeszültség továbbítása az Ethernet kábelezésen, elektromágneses kompatibilitási kérdések.

12.  Autóipari Ethernet 2

Autóipari Ethernet hálózatok jellegzetes felépítése, autóipari Ethernet kapcsolók (switch), címzési megoldások. Az autóiparban alkalmazott magasabb réteg protokollok Ethernet és/vagy IP felett (például SOME/IP).

13.  2. Zárthelyi, Autóipari Ethernet 3

Valós-idejű elosztott rendszerek Ethernet alapon, biztonságkritikus környezetben. Időérzékeny hálózatok (Time-Sensitive Networking, TSN) az autóiparban (P802.1DG - TSN Profile for Automotive In-Vehicle Ethernet Communications). A TSN részei (802.1AS, stb.) és autóipari felhasználásai. TSN magasabb réteg protokollok (DDS-TSN, OPC UA over TSN).

14. Pótzárthelyi

Opcionális: Autóipari kommunikációs hálózatok szerepe a tesztelésnél gyakorlati demonstráció (amennyiben nincs szüksége pótzárthelyire)

Rest bus szimulátorok működése és szükségessége. Kommunikáció illesztése, és a diagnosztikai protokollok használat HIL (Hardware-In-the-Loop) tesztelésnél. Demonstráció egy autóipari demó ECU HIL teszteléséről.

Előadás, és demonstrációs gyakorlatok.

a) Az aláírás és jegy megszerzésének feltétele: A félév során 2 db 45 perces zárthelyi legalább „elégséges" szintű teljesítése. A jegy a két zárthelyi jegyének átlagából kerül meghatározásra. A két zárthelyi közül az első a félév közepén (adott félév ütemezése függvényében 7.-8. hét) a második a félév végén (13.-14. hét) kerül megíratásra)

b) A vizsgaidőszakban: -.

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)