Микроконтроллеры и их функции

1. Микроконтроллеры и их функции

Микроконтроллеры в AVAS устанавливаются по территориальному принципу, то есть в местах, где есть большое число сенсоров систем и исполнительных механизмов. Пример в Приложении №4.1, Приложении 4.2. Один микроконтроллер может обслуживать сенсоры и исполнительные механизмы разных систем по принципу его близости к объекту управления.

Объединение узлов в единую управляющую систему происходит в общем, информационном окне. Информационное окно содержит всю информацию о текущем состоянии узлов и систем автомобиля. Структура и содержание окна зависит от набора систем, установленных на данном автомобиле. Работа сети показана в Приложении №9. Максимально возможный ресурс системы позволяет включить в нее до 1280 сенсоров и исполнительных механизмов.

Функции микроконтроллера:

• Обрабатывает данные от подключенных к нему сенсоров для формирования информационного окна;
• Управляет подключенными к нему исполнительными механизмами, используя общее информационное окно;
• Выполняет функции вычислительного узла в общей вычислительной сети автомобиля. Эта распределенная вычислительная сеть выполняет задачи управления автомобилем.

Один микроконтроллер обслуживает от 10 сенсоров и исполнительных механизмов. В AVAS используется один тип микроконтроллера, подключаемый непосредственно на провод электропитания автомобиля в диапазоне напряжений сети от 5 до 75 вольт.

2. Вычислительная среда

Сетевое решение, используемое в технологии AVAS, позволяет добиться нелинейного роста вычислительной мощности всей сети. Большие мощности обработки информации необходимы для решения нескольких задач управления в автомобиле одновременно. На рисунке 1 приведены графики зависимости общей вычислительной мощности сети (число операций в секунду) от числа включенных в сеть одинаковых микроконтроллеров.

Рисунок 1

График 1 — стандартная сеть с распределением «задача — микроконтроллер» (линейная зависимость). График 2 — сеть с оптимальным распределением задач между микроконтроллерами. (экспоненциальная зависимость). График 3 — предельная вычислительная мощность.

Например, для создания вычислительной мощности AVAS-сети, эквивалентной 100 MIPS, потребуется от 22 микроконтроллеров с V= 5 MIPS. При этом созданная AVAS вычислительная среда использует все возможности набора периферии микроконтроллеров этого семейства. AVAS позволяет хорошо заполнять «свободные» вычислительные мощности сети задачами управления. Это увеличивает эффективность сети при сокращении затрат на связь и обмен данными между узлами автомобиля.

Ценность такого решения:

• Система автомобиля может быть настраиваемой и конфигурируемой IT-продуктами;
• Облегчается задача проектирования, модификаций отдельных систем автомобиля;
• Автомобильные системы могут быть объединены друг с другом со снижением себестоимости. Пример решения ABS + ESP + ECU+ … в Приложении №5;
• Надежность системы увеличена за счет снижения числа ее элементов, однотипной электронной базы с возможностью дублирования и передачи функций, IT-решений для повышения надежности, предусмотренных в AVAS.

Электронные решения в технологии AVAS позволяют более результативно использовать возможности микроконтроллеров и получить технические преимущества системам автомобиля. AVAS дает синергию систем и создает адаптивную среду в автомобиле на основе современной электронной базы.

3. Программное обеспечение для реализации сетевого решения. Операционная система автомобиля. Обеспечение включения в сеть AVAS систем с протоколами CAN, LIN и т.д.

Программное обеспечение AVAS позволяет решить несколько задач:

• Образует распределенную вычислительную сеть в автомобиле;
• Обеспечивает работу автомобильных управляющих программ в сети микроконтроллеров;
• Настраивает, загружает, изменяет структуру сети микроконтроллеров;
• Операционная система адаптирует задачи управления к гибкой вычислительной среде;
• Операционная система позволяет изменять структуру и свойства вычислительной среды для выполнения задач разных классов сложности;
• Разрешение конфликтов в системе между несколькими задачами в автомобиле;
• Программное обеспечение позволяет включать в AVAS-сеть автомобильные системы с протоколами CAN, LIN и т.д. в качестве отдельных узлов;

4. Синхронный кольцевой канал связи

В технологии AVAS применяется синхронный кольцевой канал связи. Канал обеспечивает синхронизацию передаваемых данных к жесткой сетке времени, общей для всех задач управления. Наиболее близким аналогом является протокол TTP.

5. Протокол связи AVAS

Протокол связи AVAS предполагает наличие мастер-узла для синхронизации канала связи и формирования временной сетки. В отличие от CAN протокола адресная и управляющая обменом информация не передается в каждом цикле передач. За счет этого информативность канала повышается по сравнению с CAN приблизительно в 3 раза. (Приложение №8)

Возможности протокола связи AVAS позволяют вести информационный обмен с более низкими скоростями передачи данных. Это решение снижает стоимость одного бита переданной информации.

6. Технология передачи данных по проводу электропитания

Электропитание узлов автомобиля и управление ими ведется по одному и тому же каналу — силовому проводу. Это позволяет технически упростить системы автомобиля и добиться экономических выгод. Технология позволяет устойчиво работать каналу связи в условиях высокого уровня помех. Потери скорости передачи информации от помех примерно в 100 раз ниже, чем, например, в протоколе CAN (экспериментальные данные)

7. Технология «уплотнения информации»

В AVAS применяется технология, позволяющая увеличить скорость передачи информации без увеличения частоты передачи сигнала. Технология увеличивает скорость передачи информации в 4 раза по сравнению с традиционными способами, использующими 2 состояния физического канала связи (ноль и единица). Способ передачи аналогичен связи на ортогональных частотах. Совокупность технических решений позволяет построить надежную и недорогую систему связи.

8. Технология построения программных оболочек для автомобиля

Программная оболочка — это объединенный пакет программ для осуществления всех функций автомобиля. Это пакет программ для работы контуров управления автомобильных систем по определенным алгоритмам. Программная оболочка позволяет функционально объединить все системы автомобиля и рассматривать его как единое целое.

Технология построения программных оболочек включает в себя описание автомобиля как набора «функциональных узлов» и программы их совместной работы. «Функциональные узлы» в данной технологии — виртуальные объекты. Такой подход позволяет быстро и с наименьшими затратами создавать большое количество программных оболочек. Технология AVAS дает возможность использовать в одном автомобиле множество программных оболочек, тем самым его свойства и функции могут меняться в широком диапазоне.