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      工業以太網

      車輛網絡 | RTaW-Pegase:實時網絡架構的仿真設計與自動配置工具

        2021年04月27日  

        隨著汽車科技化、智能化、網絡化的不斷發展,汽車內部最新的應用和功能正在不斷提高對帶寬、降低延遲、同步、高可用性、QoS和降低成本的要求。當前和傳統的汽車網絡協議不足以滿足這些即將到來的需求。在這種情況下,車載以太網的技術運用越來越廣,當然傳統車載網絡技術CAN/CAN FD也不可能被取代掉。至少就目前看來,經過數十年的發展,今天的汽車行業CAN在車載網絡領域占據著絕對的優勢,CAN已經形成了完善的標準體系,這意味著CAN有著高度的兼容性、完善的開發工具鏈體系、更大的供應商選擇余地和更低的采購成本(這對于整車開發是極其重要的),所以現階段還是不可能完全替代掉CAN總線。

        圖1:日益復雜的車載網絡架構

        除此之外,加之汽車目前車載網絡系統可能還會有LIN總線、FlexRay、MOST等其他類型的總線。車載以太網的加入就會使得車載網路系統變得越來越復雜,那么在這種不可逆轉的大趨勢大背景下,我們該如何保證通信延遲以及多數據并發的時候依然能夠保證車載網絡架構滿足功能要求呢?如何才能設計出一種安全的、最優的車載異構網絡系統呢?基于上述車載網絡日趨復雜的背景下,車載網絡工程師/架構師急需一款專業并且功能強大的工具對初步的架構設計結果進行客觀分析,并且能夠提供可視化的分析結果,從中獲取優化車輛網絡架構優化的思路。為此,虹科的供應商RTaW(INRIA下屬公司)為汽車、航空等領域提供了實時網絡的仿真和配置工具RTaW-Pegase。

        圖2:RTaW-Pegase應用場景

        RTaW-Pegase支持TSN(時間敏感型網絡)、CAN/CAN FD/CAN XL、LIN以及用于車外通信的無線網絡等。除了精確的實時仿真分析外,RTaW-Pegase還可以計算通信延遲和緩沖區利用率的上限,還包括現先進的自動配置算法來確保硬件和軟件組件的正確性和優化方式。

        RTaW-Pegase主要特征:

        ●支持工業以太網,汽車交換以太網,時間觸發的以太網以及具有任意速度和拓撲的AFDX;

        ●支持通過網關互連的CAN,交換以太網,AFDX,FlexRay,LIN和ARINC429總線組成的異構通信體系結構的最壞情況分析和時序精確仿真;

        ●使用ZeroConfig-TSN(ZCT)進行生成設計——一種“按鍵”方法,可自動選擇和配置TSN網絡;

        ●新增功能:拓撲壓力測試(TST)的設計空間探索算法可幫助設計人員在不完全了解通信要求的情況下做出早期的拓撲和技術選擇;

        ●可以使用用戶編寫的Java插件對更高級別的通信層,運行時環境和應用程序進行建模。這樣可以模擬完整的嵌入式系統;

        ●針對互連網絡的優化的TSN時間感知整形器(IEEE 802.11Qbv)傳輸時間表;

        ●支持Kalray MPPA和STMicroelectronics許多核心架構的片上網絡;

        ●分析和配置任務調度,事件觸發和時間觸發的調度,獨立任務,以圖形和可運行對象形式描述的任務,跨任務,網絡和CPU的全系統時序鏈的驗證;

        ●實現網絡微積分的最新技術,以計算通信延遲,幀抖動和緩沖區利用率的上限;

        ●通過并行化的仿真引擎提供最壞情況的分析和定時精確的仿真,以預測最壞情況和典型的性能;

        ●支持FIFO,優先級,基于AVB信用的整形器,TSN時間感知整形器,幀搶占,TTEthernet和輪詢幀調度器;

        ●包括優化的優先級分配和路由算法,以及基于AVB信用的成形器和TSN時間感知成形器的配置算法;

        ●支持周期性和零星的報文傳輸模式,UDP和TCP傳輸,分段報文(例如,視頻流和FTP流量)以及復雜的傳輸模式(例如,DoIp協議);

        ●帶有通信架構編輯器,甘特圖和設計選項比較的豐富圖形版本和可視化環境;

        ●通過Java導出插件,CSV,XML文件和行業常用的格式,輕松導入和導出網絡配置和模擬結果;

        ●對于真正的最壞情況下的延遲,計算出的通信延遲是有限的(通常小于15%),并且會針對每個數據流進行評估;

        ●包括NETAIRBENCH基準測試生成器,它可以創建隨機而現實的以太網配置以進行早期評估,或者研究網絡在未來的發展中將如何適應更多的負載;

        ●分析速度快,在不到10秒的時間內即可分析民用飛機中的大型AFDX網絡;

        ●可在支持Java的所有32或64位平臺上運行——無加密狗或許可證服務器保護;

        ●提供專業支持和自定義擴展。也可以通過軟件開發人員SDK使用RTaW-Pegase功能,以在您自己的程序中使用。

        RTaW-Pegase應用功能介紹:

        ●快速建模仿真:用戶可快速搭建待仿真的車載網絡拓撲及模型(CAN/CAN FD、LIN、車載以太網單獨的總線網絡或異構網絡)。

        圖3:快速建立仿真模型

        ●CAN/CAN FD:支持導入標準數據庫、設置網關路由模式及其參數,分析時間延遲;車載以太網:可根據需要選擇不同流量整形(AVB、TSN等)技術,分析不同技術對系統時間延遲的影響。

        ●仿真結果可視化:用戶可根據各種不同的仿真結果呈現方式,根據仿真結果分析各項報文的延遲情況等

        圖4:甘特圖

        圖5:列表形式

        圖6:折線圖形式

        RTaW-Pegase與PREEVision的區別:

        ●PREEvision是一個基于模型的設計開發工具,用于進行電子電氣系統的可視化開發和評估。而RTaW-Pegase在早期進行設計E/E體系架構設計的時候,可以在數據流傳輸時提供備選的拓撲結構以及相關假設(如TSN的拓撲應力測試、TSN拓撲結構的優化、CAN的額定負載等),能夠有效的降低成本并提高可擴展性;

        ●同時在基于模型的E/E體系結構開發的階段,PREEVision可能就需要手動進行網絡配置或者優化網絡配置,而在RTaW-Pegase軟件里面提供了所有協議的自動化配置算法,能夠實現ZeroConfig,確保滿足時效性和可靠性的限制;

        ●在驗證車載網絡架構的合規性的階段,RTaW-Pegase支持在網絡架構中看到實時數據流,而PREEvision中定義的架構數據是基于平臺的,可能就需要用到工具中的一個層級“Variant Management(變型管理)“來提取出來。

        圖7:RTaW-Pegase在整個開發中設計選擇及驗證流程

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