Automotive Ethernet Design
PREEvision Use CasePREEvision – Automotive Ethernet und serviceorientierte E/E-Architekturen
Um den wachsenden Bedarf an Bandbreite und Vernetzung im Fahrzeug zu decken, hat sich Ethernet in der Automobilbranche als Netzwerktechnologie der Wahl etabliert.
Mit PREEvision können Sie AUTOSAR-konforme Ethernet-Netzwerke von Grund auf entwickeln. Sie können eine Hardware-Topologie mit Ethernet-Clustern entwerfen und in VLANs unterteilen.
PREEvision unterstützt die gängigen Transportprotokolle SOME/IP und DoIP und hilft dabei, die Kommunikationsinfrastruktur sowie die eigentliche Kommunikation über Ethernet zu spezifizieren.
Zusätzlich bietet PREEvision die Möglichkeit, die dazugehörige serviceorientierte Architektur (SOA) sowie die Serviceschnittstellen und die daraus abgeleitete Softwarearchitektur zu gestalten und zu visualisieren. PREEvision unterstützt sowohl AUTOSAR Classic mit seinem signalbasierten Ansatz als auch die serviceorientierte AUTOSAR-Adaptive-Plattform.
Vorteile
- Dedizierte Benutzerführung für das Ethernet-Design
- Automatisierungen für die System- und Kommunikationsbeschreibung
- Diagramm zur Modellierung der Switch-Konfiguration
- SOA- und Paketdiagramme
- Unterstützung bei der Modellierung von Transformern und Service Discovery
- AUTOSAR Import und Export
Der Use Case
Bandbreite für die Fahrzeugsysteme von morgen
Ethernet liefert die Bandbreiten, die für datenintensive Anwendungen innerhalb des Fahrzeugs (ADAS, Multimedia etc.) sowie die Offboard-Kommunikation (Fahrzeug-zu-Fahrzeug- oder Fahrzeug-zu-X-Kommunikation) nötig sind. Anfangs für Diagnose, die Kommunikation mit elektrischen Ladestationen oder für kamerabasierte Fahrassistenzsysteme verwendet, kommt Ethernet auch in anderen Bereichen immer häufiger zum Einsatz. Bei AUTOSAR Adaptive ist Ethernet sogar die exklusive Kommunikationstechnologie.
Ethernet-Systeme fürs Fahrzeug entwickeln
Mit PREEvision lassen sich Ethernet-Netzwerke von Grund auf entwickeln. Diagramme, Tabellen und Synthesefunktionen helfen dem Anwender in kurzer Zeit ein AUTOSAR-konformes Ethernet-Design zu erstellen. Eine dedizierte Benutzeroberfläche präsentiert für jeden Designschritt die passenden Editoren.
Dabei unterstützt PREEvision das parallele Design von Komponenten für AUTOSAR Classic und AUTOSAR Adaptive in einem Modell.
SOA
Serviceorientierte Architekturen
Automotive Ethernet ergänzt den signalbasierten Ansatz der in der Automobilindustrie gängigen Netzwerktechnologien um ein serviceorientiertes Design.
Beim serviceorientierten Ansatz bilden Dienste die Basis der Architektur. Sie werden in Rollen für Dienstanbieter und Dienstkonsumenten unterschieden.
PREEvision bietet mehrere UML- und SysML-Diagramme, um die Abhängigkeiten und Verbindungen innerhalb einer serviceorientierten Architektur grafisch zu gestalten und zu visualisieren. Diensteanbieter und -konsumenten tauschen Informationen über SOA-Ports aus, die später durch Serviceschnittstellen technisch konkretisiert werden.
Serviceschnittstellen
Dienste kommunizieren über Serviceschnittstellen. Das Modellieren dieser ist eine Hauptaufgabe beim Entwickeln serviceorientierter Softwarearchitekturen: Hier werden Methoden, Eigenschaften und Ereignisse für den Datenaustausch zwischen den Servicerollen definiert.
In PREEvision können Serviceschnittstellen mit dem Klassendiagramm nach UML grafisch modelliert werden. Zum Implementieren von Serviceschnittstellen durch Softwarekomponenten bietet PREEvision Synthesefunktionen, die automatisch die benötigte Softwarestruktur erstellen.
SOME/IP und DoIP
Für Ethernet-Netzwerke in Fahrzeugen ist SOME/IP das gängigste Middleware-Protokoll. Für die Diagnose kommt am häufigsten DoIP (Diagnostics over Internet Protocol) zum Einsatz.
PREEvision unterstützt beide Protokolle wie auch die darunterliegenden Transportprotokolle TCP oder UDP und erlaubt die Definition der IDs, die für die Konfiguration der Ethernet-Kommunikation nötig sind.
Ethernet-Topologie
Hardwarenetzwerk
Für die Hardwarearchitektur bietet PREEvision ein Netzwerkdiagramm, in dem gemischte Topologien aus CAN (FD), LIN, FlexRay und Ethernet entwickelt werden können.
Die für Ethernet benötigten Switches für das Kommunikationsrouting lassen sich sowohl als Stand-Alone- als auch als interne Switches modellieren. Zwischen den verschiedenen Kommunikationstechnologien vermitteln Gateways die Daten.
Switch-Konfiguration
Bei Ethernet sind alle Verbindungen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, die über Switches verbunden werden. Das physische Netzwerk eines Ethernet-Clusters lässt sich in verschiedene virtuelle Netzwerke untergliedern. Die Aufteilung in sogenannte VLANs kann aus Sicherheitsgründen oder zur Definition verschiedener "Quality of Service"-Levels genutzt werden.
PREEvision kann eine initiale Konfiguration für Switches erstellen, die sich später an die konkreten Anforderungen anpassen lässt. PREEvision erlaubt außerdem eine manuelle Switch-Konfiguration von Grund auf. In einem dedizierten Diagramm können die Ports eines Switches mit FIFOs, Shapern und Schedulern modelliert werden.
Kommunikationsdesign für Ethernet
Socket-Adressen und Transportprotokolle
Ursprünglich für das Routing von CAN-Signalen entwickelt, unterstützt PREEvisions Signalrouter auch das Kommunikationsdesign für Ethernet. Auf Grundlage der Switch-Konfiguration findet er Kommunikationspfade und erstellt bei Bedarf auch selbst valide Switch-Konfigurationen. Außerdem erzeugt der Signalrouter viele der für ein konsistentes Design nötigen Kommunikationsartefakte.
Ein wesentlicher Arbeitsschritt beim Ethernet-Kommunikationsdesign ist das Definieren von Sockets mit IP-Adresse, Transportprotokoll und Port. Während für AUTOSAR Adaptive die Beschreibung der Socket-Adressen genügt, muss bei AUTOSAR Classic auch die Signalebene spezifiziert werden. Der PREEvision Signalrouter und weitere Synthesefunktionen unterstützen den Anwender auch hier und automatisieren einen großen Teil dieser sonst oft fehleranfälligen Arbeit.
Service Discovery
Über die AUTOSAR Service Discovery werden Dienste angeboten, gefunden und erkannt und die Kommunikationsbeziehungen zwischen Diensteanbietern und -konsumenten zur Laufzeit des Systems etabliert: Diensteanbieter geben die Verfügbarkeit und den Ort von angebotenen Diensten bekannt. Konsumenten abonnieren Event-Gruppen, um Benachrichtigungen vom Service zu erhalten. PREEvision bietet zum Konfigurieren der Service Discovery dedizierte Tabellen für Diensteanbieter und -konsumenten.
Weitere Funktionen
Zeitkritische Netzwerke
Die Fragmentierung der Bordnetzwerke nimmt mit dem Einsatz von Ethernet als Kommunikationstechnologie zu. Wird im Bordnetz gleichzeitig per Ethernet, CAN (FD), LIN oder FlexRay kommuniziert, sind Taktgeber und Zeitzonen nötig.
PREEvision kann Taktgeber, Taktnehmer und Gateways zwischen Zeitzonen definieren, dank einer speziellen Kennzeichnung im PREEvision-Netzwerkdiagramm lassen sich die verschiedenen Zeitzonen gut überblicken. Außerdem wird die Priorisierung von zeitkritischen Daten gegenüber AVB-Daten für Audio- und Videoinhalte (Audio Video Bridging) unterstützt.
Serialisierung und Transformation
Für die Kommunikation über Ethernet wandelt der Sender die zu versendenden Daten in einen Bitstream, den der Empfänger dann wieder zurückverwandeln muss. Diese Serialisierung oder Transformation wird durch einen oder mehrere Transformer ausgeführt, welche sich zu einer Transformerkette zusammenschließen lassen.
PREEvision ist in der Lage, AUTOSAR-konforme Transformerketten zu definieren, kann deren Eigenschaften bestimmen und Signale an Transformer zuweisen. Dabei lassen sich Werte aus den in AUTOSAR festgelegten E2E-Profilen zum Konfigurieren von sicherer Ende-zu-Ende-Kommunikation mittels Metriken automatisiert setzen.
AUTOSAR
Import und Export
Ethernet-Designs können über AUTOSAR Classic (ab PREEvision 8.0) oder AUTOSAR Adaptive (ab PREEvision 9.0) importiert und exportiert werden.
Vector AUTOSAR Tool Chain
Als Teil der Vector AUTOSAR Werkzeugkette arbeitet PREEvision mit CANoe, DaVinci Developer und DaVinci Configurator Pro zusammen.
VIDEO-HIGHLIGHT
Serviceorientierte Architekturen und Ethernet-Design
Automotive Ethernet ändert das Paradigma für den Aufbau von Kommunikationsarchitekturen: Statt einer signalorientierten Kommunikation bieten Steuergeräte Dienste hier serviceorientiert an. Sie werden über ein definiertes Protokoll im Netzwerk bereitgestellt und können dort genutzt werden.
Im Vortrag wird illustriert, was unter dem Begriff „Service“ zu verstehen ist, was serviceorientierte Architekturen auszeichnet und welche Folgen sie für das Entwickeln von verteilten Systemen haben. Am Beispiel von Vectors modellbasierter E/E-Entwicklungsumgebung PREEvision werden Design-Workflows für Ethernet-Kommunikation in AUTOSAR Classic und AUTOSAR Adaptive vorgestellt und erläutert.
Laufzeit 26:00 Minuten, veröffentlicht 5/2019
FACHARTIKEL-HIGHLIGHT
Serviceorientierte Architekturen und Ethernet im Fahrzeug
Mit modellbasierter Methodik auf dem Weg zum fahrenden Rechenzentrum
Das Entwicklungswerkzeug PREEvision unterstützt den methodisch durchgängigen Entwurf von serviceorientierten Architekturen. PREEvision begleitet Systemdesigner bei der anspruchsvollen Aufgabe, klassisches Embedded-Design mit moderner Serviceorientierung und der nötigen Backend-Kommunikation via Ethernet zu verbinden – und unterstützt so die Transformation des Automobils zum fahrenden Rechenzentrum.
Erschienen in "Elektronik automotive", Sonderheft "Ethernet" 2017
