Zur Entwicklung einfacher und performanter Verbindungen zwischen automobilen Bussystemen evaluiert diese Veröffentlichung die bereits verfügbaren Kommunikationscontroller- und Gatewaylösungen, aus denen Grundlagen für eine optimierte Architektur abgeleitet werden können. Hierfür findet eine Klassifizierung der bestehenden Kommunikationscontroller nach deren Architekturen statt, um die Leistungsfähigkeit der Modelle hinsichtlich ihrer Eignung zu bewerten. Anschließend werden verfügbare Gatewayimplementierungen analysiert, die bereits diverse Funktionen durch dedizierte Hardware abbilden. Diese Untersuchung umfasst Konzepte mit erweitertem Befehlssatz, hardwarebasierter Routingunterstützung sowie Co-Multiprozessordesigns. Basierend auf den daraus gewonnenen Erkenntnissen wurde ein Konzept entwickelt, das die Verbindung zwischen gleichartigen Netzwerken realisiert. Dieses Konzept verwendet eine neuartige Architektur, die auf einem kaskadierten Ring aufbaut. Hierdurch kann ein schneller und direkter Datentransfer zwischen mindestens zwei Kommunikationscontrollern erreicht werden, während gleichzeitig die Anzahl notwendiger Schreib- und Lesezugriffe einer CPU oder ähnlichen Einheit auf ein Minimum reduziert wird. Neben dem Entwurf der neuartigen Architektur müssen gleichzeitig die Ansteuerkonzepte untersucht werden, um Systemparameter wie Latenz und Jitter im Hinblick auf das Gesamtsystem zu optimieren und die Designgröße zu minimieren. Dieser Ansatz erfüllt jedoch nicht alle Anforderungen, die an Multiprotokollgateways gestellt werden. Auf den bisherigen Untersuchungen und Entwicklungen ist daher ein hierarchisches und auf Kommunikationsdomänen beruhendes Konzept definiert worden. Obwohl es sich hierbei im Gegensatz zu früheren Softwareimplementierungen um eine Abbildung in Hardware handelt, ist dieses Konzept dennoch so flexibel, dass es auch weiterhin für verschiedene Netzwerktypen einsetzbar ist. Es ermöglicht die Realisierung der Gatewayfunktion ohne die Notwendigkeit einer leistungsstarken CPU oder großer RAM-Blöcke. Die mögliche Leistungssteigerung im Vergleich zu einer Standard-Gatewaylösung wird mithilfe einer Kommunikationsmatrix eines Fahrzeuges der oberen Mittelklasse über eine theoretische Leistungsanalyse sowie einer FPGA-basierten Implementierung verifiziert.
This dissertation evaluates today's standard communication controller and gateway implementations to develop an optimized architecture for the smart and performant interconnection of automotive networks. Therefore the communication controllers are classified into models to analyze the architecture and performance with regard to the use in gateways. Afterwards available gateway implementations providing several functions in hardware are discussed. This includes concepts providing an advanced instruction set, hardware based routing support as well as co-/multiprocessor designs. Based on the evaluation a concept for the interconnection of similar networks is developed. The concept uses a novel cascade ring architecture that allows the direct and fast data transfer between two or more communication controllers while reducing the read and write accesses of the CPU or an adequate system to a minimum. To minimize latency and jitter diverse control concepts are verified with this architecture. However, this approach does not address all communication requirements used in multi-protocol gateways. Depending on the previous examinations and developments a hierarchical and domain-based gateway concept is developed. This concept is versatile, thus usable by different network types. It offers gateway functionality without the need to have a powerful CPU or large buffer RAM. A possible performance advantage compared to standard gateway solutions is verified with an FPGA based implementation as well as a theoretical performance analysis which has been carried out with a gateway matrix of an upper mid-class car.
Entwicklung und Konzeptionierung von Hardwarearchitekturen für Gateways im Automotive-Bereich
Development and conceptual design of hardware architectures for automotive gateways
2008
181 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
Theses
German
Bauteilpruefung - Konzeptionierung und Realisierung
Automotive engineering | 1992
|Verification environment for automotive gateways
Tema Archive | 2007
|Konzeptionierung eines Gleitlagerversuchstandes
Automotive engineering | 2015
|Konzeptionierung eines arbeitswissenschaftlichen Handlungsrahmens
Springer Verlag | 2023
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