Die meisten Innovationen im Automobil finden heute im Bereich der Elektronik statt. Die zunehmende Vielfalt, Heterogenität, Vernetzung und Komplexität der neuen Funktionen lassen sich jedoch kaum mehr mit den heutigen Systemstrukturen realisieren. In dieser Arbeit wird eine ereignisgesteuerte Systemplattform für zukünftige Automobile vorgestellt, die den neuen Herausforderungen gewachsen ist. Basierend auf einer Analyse der Anforderungen an eine zukünftige Systemplattform werden die wesentlichen Aspekte herausgegriffen und in einem Architekturvorschlag umgesetzt. Die bisherige starre Zuordnung von Funktionen zu Steuergeräten wird dabei aufgehoben. Sensoren liefern lediglich geringfügig aufbereitete Daten, die Funktionen werden von mehreren zentralisierten, leistungsstarken Recheneinheiten bereitgestellt (Cluster-Ansatz). Die einzelnen Komponenten sind über ein homogenes Kommunikationsnetz miteinander verbunden. Damit die verfügbare Rechenleistung optimal ausgenutzt wird, müssen sowohl sicherheitskritische Anwendungen mit harten Zeitbedingungen, z. B. aus dem Bereich der aktiven Fahrerassistenzsysteme, als auch Anwendungen ohne Zeitanforderungen auf den zentralen Recheneinheiten platziert werden. Dies erfordert eine strikte gegenseitige Abschottung sowohl der Anwendungen auf den Recheneinheiten als auch der Nachrichten im Kommunikationsnetz. Im vorliegenden System wird diese durch den Einsatz von Virtualisierungslösungen erreicht. Des Weiteren werden verschiedene Lösungen der Anbindung der Recheneinheiten an das Kommunikationsnetz bzgl. ihres zeitlichen Verhaltens verglichen. Für das Kommunikationsnetz wird ein Protokoll vorgestellt, das auf Standard-Ethernet basiert und mit priorisierten Paketklassen arbeitet. Komplexe verteilte Systeme dieser Art bedürfen einer tiefergehenden Betrachtung des zeitlichen Verhaltens. In dieser Arbeit werden sog. 'Timed Messages' verwendet, um für einen konsistenten Gesamtsystemzustand zu sorgen. Im Speziellen werden diese für den Einsatz in der virtualisierten Umgebung angepasst. Des Weiteren werden Einfachfehler untersucht, insbesondere wird auf das Verhalten fehlertoleranter TMR-Systeme (Triple Modular Redundancy) und auf die Wiederherstellung eines fehlerfreien Systemzustands eingegangen. Vor allem die Anforderungen an Fehlertoleranz und Echtzeit erfordern spezielle Methoden der Verteilung der Anwendungen auf die Recheneinheiten (Allokation). Zum einen müssen die Task-Replikate eines TMR-Systems auf unterschiedlichen Recheneinheiten untergebracht werden, wobei auch die Pakete über disjunkte Pfade zu versenden sind. Zum anderen muss nach einem Ausfall eine schnelle und ressourcenschonende Rekonfiguration des Systems ermöglicht werden. Hierfür werden Heuristiken erarbeitet, die sowohl den fehlerfreien Fall als auch mögliche Fehlerfälle betrachten und entsprechende Konfigurationen offline erzeugen.

    Most innovations in today's cars happen to be in the embedded electronics. However, common component-based system architectures, i.e., electronic control units (ECUs) connected by different automotive busses, are unable to deal with the increasing complexity and heterogeneity of many modern applications. To overcome this problem, a new event-triggered system platform is presented in this thesis. The proposed system architecture results from analyzing current and future requirements on embedded automotive electronics. In prevailing system architectures, function and ECU are seen as an inseparable unit. For future systems, we recommend detaching the function from the ECUs, i.e., sensors only provide raw or slightly preprocessed data, whereas the software implementing the functionality is moved towards a cluster of uniform high-capacity control units that are connected over switched Ethernet. In order to highly utilize the control units, functions with safety and real-time requirements are allocated on the same control unit as functions with soft or even without real-time demands. To achieve strict isolation between these functions, we use virtualization of network and computing resources. Particularly, in this thesis, different possibilities of connecting the control units to the network are examined with respect to the timing characteristics in the virtual environment. Further, we propose a real-time protocol for switched Ethernet introducing fixed priorities and criticality classes. A holistic technique is presented to analyze the system's real-time behavior. Timed Messages are adapted to the virtual environment and, hence, used to provide a consistent system state at any point in time. Additionally, the real-time behavior of replicated tasks is studied, e.g., for their use in a triple modular redundancy (TMR) system so as to provide fault-tolerance. To perform an optimized allocation of functions onto control units, different algorithms considering real-time and fault-tolerance requirements are introduced and studied in detail. Clearly, replicated tasks of the TMR system must be assigned to different ECUs. In Addition, the communication network must meet redundancy demands, i.e., providing node-disjoint paths. In case of a partial failure, the system must be reconfigured to regain full redundancy. How to perform this reconfiguration, i.e., the relocation of functions, is taken into account during the initial allocation process which results in a highly efficient recovery.


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    Titel :

    Virtualisierte, fehlertolerante Systemplattform für automotive Systeme


    Beteiligte:

    Erscheinungsdatum :

    2011


    Format / Umfang :

    129 Seiten, Bilder, Tabellen, 104 Quellen


    Medientyp :

    Hochschulschrift


    Format :

    Print


    Sprache :

    Deutsch






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