Exemple de l'automobile

Transcription

1 L'embarqué dans l'automobile Exemple de l'automobile

2 Les réseaux des systèmes embarqués Les réseaux embarqués Les systèmes embarqués ont des caractéristiques très spécifiques => Besoin de réseaux spécifiques : les réseaux embarqués. Type de réseaux pour les systèmes embarqués : basés sur la technologie EVENT_TRIGGERED basés sur la technologie TIME-TRIGGERED karen.godary@lirmm.fr 2

3 La technologie Time-Triggered Définition En ET, pas de déterminisme : problème pour le respect des contraintes temporelles. (ex : CAN et le babbling idiot). TT : synchrone; transactions déclenchées à des instants prédéfinis les destinataires doivent connaître l état global du système les nœuds doivent être synchronisés Avantages / Inconvénients bien adapté au trafic périodique charge du medium contrôlée, bonne gestion de la bande passante en cas de grosse charge contrôle de la gigue Exemple : le protocole TTP/C karen.godary@lirmm.fr 3

4 La technologie Time-Triggered Naissance et développement Université de technologie de Vienne, Real-Time Systems Group, H. Kopetz + de 25ans de recherche sur les systèmes temps réel tolérants aux fautes et la technologie Time Triggered. => base du protocole TTP/C, TTA-Group : "The Cross-Industry Consortium for Time-Triggered Systems" TTTech : principal fournisseur de la technologie Time Triggered (spécifications, produits HW et SW..). Autosar - AUTomotive Open System Architecture karen.godary@lirmm.fr 4

5 La technologie Time-Triggered Autres protocoles TTP n'est pas le seul protocole utilisant la technologie Time Triggered. TTP/C TTP/A TTCAN implémentation d'un ordonnancement Time Triggered sur CAN. FlexRay consortium et groupe de travail. ByteFlight : acces au bus : combinaison du contrôle par le temps et par les priorités karen.godary@lirmm.fr 5

6 le protocole TTP/C 6

7 Caractéristiques Modèle Type d'accès Gestion de l'accès au bus Arbitrage * Contrôle distribué TDMA Ordonnancement statique des messages Transmission Topologie Longueur Débit Diffusion ou point à point Bus ou étoile 500 Kbps 5Mbps (25 Mbps) Concepteurs Fournisseurs University of Vienna TTTech Norme - Variante TTP/C, TTP/A karen.godary@lirmm.fr 7

8 Services - caractéristiques Transport déterministe des messages Modularité du système Garantie d'un temps global Garantie d'une vue globale des nœuds (non défaillants) Surcharge minimale du protocole Adaptation à des débits élevés TOLERANCE AUX FAUTES karen.godary@lirmm.fr 8

9 Architecture : TTA Le protocole TTP/C est intégré à une architecture complète : TTA (Time Triggered Architecture) qui inclus des services de plus haut niveau. Couche application : Ordonnancement statique des tâches OS Temps réel de type OSEK Time Couche FT layer : dédiée à la tolérance aux fautes Couche liaison : protocole TTP/C karen.godary@lirmm.fr 9

10 Accès au medium Accès contrôlé distribué, droit de parole par partage du temps global. Schéma d'accès prédéfini TDMA (Time Division Multiple Access) : Attribution à chacun des nœuds d'une durée d'émission fixe et périodique : le slot. Les slots sont regroupés dans un round. Exécution cyclique de l'ensemble des rounds dans un cluster cycle. karen.godary@lirmm.fr 10

11 Accès au medium Ordonnancement statique et global des messages, correspondant à l'attribution des slots aux différents nœuds. Cet ordonnancement est stocké dans une table statique (le MEDL), dans chacun des nœuds nécessité d'une vision globale du système, en particulier d'une horloge globale et des nœuds présents. 11

12 Type de trames La connaissance globale et prédéfinie des communications permet d'éviter la transmission explicite de l'id. de l'émetteur ou du récepteur, ou le type de message. Type de trames : Trames normales Trames avec des informations explicites ((re)configuration,..). Trames d'initialisation ou de configuration Remarque : dans la norme de TTP/C, la taille des trames est configurable. Souvent : 16 octets max. type de trame 1 bit requête de changement de mode 3 bits CState (explicite ou implicite) données applicatives 16 bits CRC karen.godary@lirmm.fr 12

13 C-State Le C-State contient toutes les informations permettant la vue globale du système : Temps global Slot courant Mode de fonctionnement Requête de changement de mode Membership Tous les nœuds sont censés avoir le même C-State. karen.godary@lirmm.fr 13

14 La tolérance aux fautes solutions logicielles : services de fiabilité intégrés au protocole detection des erreurs d'émission : erreurs courantes : structure de trame, codage,.. erreurs "temporelles" : signal trop tôt ou trop tard, pas de signal,.. CRC membership et acquittement, clique avoidance, communication blackout algorithme d'acquittement implicite complexe permet une gestion de la vue globale des nœuds fautifs ou non du système. permet une gestion de la vue globale du fonctionnement du système. réintegration : un nœud fautif peut réintégrer le système. signe de vie de l'hôte et du contrôleur. mode de fonctionnement karen.godary@lirmm.fr 14

15 Décomposition des slots PSP Pre-Send Phase : exécution des algorithmes liés à l'émission d'une trame (ne concerne que l'émetteur du slot en cours) TP - Transmission Phase : transmission effective l PRP - Post-Receive Phase : exécution des algorithmes liés à la réception d'une trame (concerne tous les nœuds) Idle Phase : possibilité de configurer des durées de slot + longue que nécessaire a priori. karen.godary@lirmm.fr 15

16 C-State implicite CRC nœud A CRC nœud B TRAME CState A CState B l Si CState A = CState B, on aura CRC A = CRC B Sinon, soit CState faux, soit trame fausse : dans tous les cas, cette trame n'est pas bonne. karen.godary@lirmm.fr 16

17 Algorithme de membership La trame de A n'est pas reçue par les autres nœuds l Ces nœuds pensent que A est fautif, et modifient leur membership local mais A ne le sait pas encore. karen.godary@lirmm.fr 17

18 Algorithme de membership A ne reçoit pas la trame de B car son membership est différent A pense que B est fautif et modifie sont membership local. mais A garde qd meme en mémoire l'option "c'est peut être moi qui suis fautif" karen.godary@lirmm.fr 18

19 Algorithme de membership A ne reçoit pas la trame de C car son membership est différent A se rend finalement compte que ce n'était pas B le fautif, mais lui-même A passe en état passif (et essai de réintégrer le système) karen.godary@lirmm.fr 19

20 Clique avoidance et communication blackout Système de compteurs : compteurs de trames agreed et trames failed clique error : une fois par slot, les nœuds vérifient la condition de clique : si le nb de failed > agreed, cela signifie que ce nœud n'est pas en accord avec la majorité du reste du système. Réinitialisation du nœud communication system blackout error : une fois par slot, les nœuds vérifient la condition de blackout : si le nb agreed + failed <=1, cela signifie qu'aucune (ou une seule, a priori sa propre trame) trame n'a été reçue par ce nœud : soit blackout du système, soit pb de réception du nœud Réinitialisation du nœud karen.godary@lirmm.fr 20

21 Ré-intégration Possibilité pour un nœud passif de récupérer les données globales du système pour pouvoir réintégrer celui-ci. Pour cela : émission régulière de CState explicite et/ou de trames d'informations. Au moins 2 fois par cycle de cluster. Un nœud passif écoute mais n'émet pas, jusqu'à ce qu'il est récupéré le CState. Il peut alors émettre de nouveau dans son slot. karen.godary@lirmm.fr 21

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23 La tolérance aux fautes Solutions matérielles : redondance du medium intégré par défaut au protocole cad que chaque msg est par défaut envoyé 2 fois dans chaque slot (1 fois sur chaque médium). cette redondance est gérée par le protocole de façon transparente pour les applications. karen.godary@lirmm.fr 23

24 La tolérance aux fautes Solutions matérielles : bus gardian composant indépendant, permettant une protection de l'accès au médium gestion intégrée au protocole surcoût, surtout si quartz indépendant karen.godary@lirmm.fr 24

25 La tolérance aux fautes Solutions matérielles : topologie en étoile indépendance du bus gardian baisse du coût tolérance aux fautes spatiales karen.godary@lirmm.fr 25

26 La tolérance aux fautes La redondance double bus (redondance matérielle) redondance des applications 26

27 La tolérance aux fautes La redondance redondance des msgs 2 tâches applicatives dupliquées, productrices du msg m1 Réception d'un seul msg m1 par la tâche2, productrice Production de m1 par le niveau application (nœud 1) Réception de 4 messages : redondance du bus (TTP/C) redondance d'applications (FTlayer) Slot 1 : émission de Slot 1' : émission de m1 m1 sur les 2 bus (dupliqué) sur les 2 bus karen.godary@lirmm.fr 27

28 Remarque.. Etats du contrôleur TTP/C Etats du contrôleur CAN 28

29 Avantages * Tolérance aux fautes : solution pour le X-by-wire Efficacité (faible overhead + ordonnancement statique) Inconvénients ** Rigidité : ordonnancement statique, configuration Coût Complexité (configuration) karen.godary@lirmm.fr ** gamerzone.over-blog.com/ * 29

30 Situation industrielle Protocole assez "ancien" et sujet de nombreuses recherches : maturité. (en particulier sur la validation). Exemples d'utilisation : prototypes des systèmes by-wire dans l'automobile (PSA), avionique : système de commande de l'air pressurisé de la cabine dans l'airbus A380, système de contrôle électrique et environnemental dans le Boeing 787 Dreamliner. ferrovière : système de signalisation (alcatel) Récemment : apparition de concurrents, TTCAN et surtout FlexRay pas de choix définitif de TTP/C comme un standard. Explication : rigidité de TTP/C, mais aussi (surtout?) lutte d'influence des constructeurs impliqués Avenir : solution technologique ou pouvoir économique? karen.godary@lirmm.fr 30