汽车系统

实时总线FlexRay、CAN/CAN FD、LIN、BroadR-Reach、MDF 和 PCAPng

在过去几年中，汽车技术取得了巨大的飞跃。尤其是软件，已成为汽车安全、舒适性和驾驶辅助越来越不可或缺的一部分。软件部分已成为车辆安全性、舒适性和驾驶辅助功能日益重要的组成部分。伴随着计算机技术的不断进步，用于单个车辆组件联网的标准化总线系统以及相关测量数据格式的不断升级。最主流的总线系统是 FlexRay、CAN/CAN FD、LIN 和汽车以太网，测量数据的存储格式则是通常使用 MDF 和 PCAPng。

汽車實時

FlexRay

在过去几年中，汽车技术取得了巨大的飞跃。尤其是软件，已成为汽车安全、舒适性和驾驶辅助越来越不可或缺的一部分。软件部分已成为车辆安全性、舒适性和驾驶辅助功能日益重要的组成部分。伴随着计算机技术的不断进步，用于单个车辆组件联网的标准化总线系统以及相关测量数据格式的不断升级。最主流的总线系统是 FlexRay、CAN/CAN FD、LIN 和汽车以太网，测量数据的存储格式则是通常使用 MDF 和 PCAPng。

FlexRay的实时功能使汽车及测试系统制造商能够有效地测试上述车载系统。例如，通过采用有保证的快速反应时间，可以生成高精度的测量数据，从而获得最佳的测试结果。

CAN 和 CAN FD

CAN（Controller Area Network）是一种串行总线系统，最初是为汽车行业的控制系统而开发的。然而，它也非常适合智能电子设备以及传感器和执行器的联网。CAN是一种串行多主站总线系统，这意味着多个CAN节点可以同时请求访问，但一个节点实际单个访问的顺序是在访问过程中确定的。ISO11898 标准化总线系统具有实时能力并使用两层 ISO/OSI 参考模型。

  • 集成成本低
  • 即使在空间紧张的条件下可以实现
  • 卓越的实时能力和易用性

CAN通信主要需要稳定的、时间等距的数据交换以及对外部事件的快速反应。然而，大多数CAN板卡不能满足这些要求，因为其中的基本Windows驱动程序只能从应用程序上下文中使用，因此，不具有实时能力。CAN模块弥补了这一差距，实现了CAN实时通信。

Kithara RealTime Suite 的CAN模块为需要实时连接的自动化过程提供解决方案。该函数库特别适合需要对CAN消息进行时间关键处理的开发人员和工程师。

Ixxat PCI

在传输和接收时，CAN 消息通过简单直观的应用程序编程接口 (API) 进行缓冲。可以为预定的总线事件实现定制的实时消息过滤器以及错误处理例程，也可以只打开接收模式。 Kithara Kernel Tracer 可用于在微秒分辨率内跟踪整个 CAN 数据流量。

为了使CAN硬件具有最大的灵活性，提供了适用于不同制造商的通用 CAN 板卡实时驱动程序，从而实现了独立编程。

CAN FD (Flexible Data Rate)是对CAN协议的扩展，它将负载容量从8字节扩展到64字节，从而在不增加集成成本的情况下实现了比传统CAN高8倍的数据速率。由于对循环冗余检查的改进，该协议还受益于高级的数据安全性。

这也是CAN FD在未来汽车发展中占有一定地位的原因。为此，总线系统需要一个统一的高性能实时解决方案，它需要结合所有涉及的接口，并且允许各种开发和测试过程的实现。

LIN

网络协议 LIN（本地互连网络）因其成本效益高而被广泛用于门、引擎盖、空调、镜子或雨刷等单个组件的电子设备中。 它通常用于廉价的功能实现，因为它的单线布线可以显着节省汽车电子设备的成本。

Kithara RealTime Suite 的 LIN 模块使汽车和测试系统工程师能够准确地开发和诊断 LIN 网络。 它符合高生产和测试标准，可将 LIN 最佳集成到车辆中。 由于它必须嵌入到更高级别的网络中，LIN 主控器通常也是 CAN 系统的网关，Kithara 也支持该系统。 可以使用 C/C++、Delphi 和 C# 进行编程。

BroadR-Reach

BroadR-Reach 是专门用于汽车网络的物理以太网传输层。 以太网在汽车网络中的优势在于极快的传输速率、高可扩展性以及布线和编程方面的成本效率。 例如，通过这种方式，实时以太网可以用作中央骨干网络。

BroadR-Reach 的实施缩小了 Kithara 实时以太网驱动程序和现代汽车布线之间的差距。 由于 Kithara 实时系统保证了反应时间，可以通过以太网传输层准确捕获数据并将其嵌入到复杂的测试过程中。 这使汽车开发人员能够直接访问和测试车辆中的物理以太网。

由于 BroadR-Reach 定义了一个物理以太网传输层，它作为 Network模块 RealTime Suite。

MDF (Measurement Data Format) and PCAPng

MDF 是用于测量任务的二进制文件格式，是汽车行业的事实标准。 该标准由 ASAM 定义，特别具有节省空间且可灵活配置的存储结构。 这允许高效地压缩、排序和索引数据，从而极大地优化读取访问，从而可以分别自由地缩小或放大文件大小，单个文件大小甚至可以达到 TB 级。 由于 Kithara 的特殊分配算法，捕获的数据可以快速可靠地存储到 MDF 文件的复杂结构中。

PCAPng 的结构更加简单，并且由免费提供的 Wireshark 支持，是一种用于在网络中捕获数据包的文件格式。 它允许开发人员以文件格式灵活地记录、监控和评估特定的测量数据包。

两种文件格式的支持是基于实时数据存储功能 Storage模块 通过 NVMe SSD。

汽车总线系统的实时性

模块

Kithara RealTime Suite 模块化系统中的实时汽车系统由以下组件组成：

FlexRay Module

实时FlexRay通信

  • 普通
  • 特征
  • 硬件支持
  • 扩展

作为Kithara实时扩展的一部分，FlexRay模块代表了测试软件和物理测试系统之间的重要联系，它允许以高精度操作的精确周期应用实时功能。

通过FlexRay模块，可以将Windows PC用作实际的FlexRay节点。这包括作为主节点或跟随节点的分配，作为网络内的主动或被动通信点。两个FlexRay通道可以彼此独立配置，同时可以灵活调整波特率（2,5/5/10 Mbit/s）。

最多1个端口，以上需要FlexRay端口扩展。

  • 需要RealTime Module
  • 实时FlexRay通信
  • FlexRay通道的独立配置
  • WindowsPC用作FlexRay的节点
  • 分配为主导或跟随节点
  • 波特率灵活可调（2,5/5/10 Mbit/s）
  • 需要 RealTime Tasking Module

以下FlexRay卡受支持：

  • Star Cooperation FL3X Interface-PMC (FL3X Tiny2 2*FlexRay; FL3X Tiny2 1*FlexRay+SelfSync)

这些规格始终是指我们软件的最新版本。

FlexRay Port Extension

使用额外 FlexRay 端口的扩展

  • 扩展级别：最多 4
  • 无限级别（需要扩展级别）：无限制

CAN Module

CAN实时通信

  • 普通
  • 特征
  • 硬件支持
  • 扩展

通过使用CAN模块，可以实现与现场总线CAN（CAN 2.0B兼容）的实时连接。API是独立于制造商的，在进行CAN（FD）编程之前需要先进行一些培训。

对接收到的信息作出的即时反应使得CallBack功能可以立即对故障情况做出反应。由于发送和接收缓冲区足够大，所以即使是高波特率和总线负载信息也不会丢失。或者，也可以创建一个可以通过接收到的消息直接执行的过滤例程。

在分析任务中，CAN（FD）接口必须是完全无源的; 支持仅监听模式。此外，通过使用SJA1000 CAN控制器，可以读取“错误代码捕获”寄存器来提供有关故障分析的更多信息。

最多两个CAN端口，以上需要CAN Port Extension。

  • CAN数据实时交换
  • 支持CAN FD（灵活数据速率
  • 瞬时传输和即时反应
  • 能在内核级别进行接收和传输
  • 通过CallBack功能能自设过滤例程
  • 通过回调中断上下文在内核级别或者是轮询过程中接收消息
  • 发送和接收例程直接形成可调用的实时上下文
  • 为了在内核级别进行利用，需要C/C ++或Delphi
  • 需要 RealTime Tasking Module

目前，CAN模块支持具有1,2或4通道Peak, Star Cooperation (Eberspächer), EMS Dr. Wünsche, ESD, Ixxat和Kvaser（参见下面的列表）的PCI卡。 我们也乐意支持你所使用的板卡。

EMS Dr. Thomas Wünsche

  • CPC-PCI、CPC-PCIe(单、双和四通道)和带有SJA1000的CPC-104P

ESD – Electronic System Design CAN-PCI

  • CAN-PCI /200/266，单、双通道，光电解耦
  • CAN-PCIe /200，单、双通道，光电解耦
  • CAN-PCI-104 /200，单、双通道，光电解耦
  • CPCI-CAN /200，单、双通道，光电解耦
  • PMC-CAN /266，单、双通道，光电解耦

Ixxat

  • PC-I 04/PCI，双通道

Kvaser Advanced CAN Solutions

  • PCIcan HS（单、双和四通道）
  • PCIcanx HS（单、双和四通道）
  • PCIEcan HS（单、双通道）

Peak System

  • PCAN-PCI Express FD，单、双通道，光电解耦
  • PCAN-PCI，单、双通道，光电解耦
  • PCAN-PCI Express，单、双通道，光电解耦
  • PCAN-miniPCI，单、双通道，光电解耦
  • PCAN-cPCI，双、四通道，光电解耦
  • PCAN-USB，光电解耦和PCAN-USB Hub
  • PCAN-USB Pro，双通道，光电解耦

Star Cooperation (Eberspächer)

  • FL3X Interface-PMC (FL3X Tiny2 2*CAN; FL3X Tiny2 2*CAN-FD; FL3X Tiny2 2*CAN-FD-SIC)

由于存在大量潜在的硬件变化，因此无法完全保证软件与特定组件的正确运行。有关与各个硬件配置兼容性的问题，请与我们联系。

CAN Port Extension

使用额外 CAN 端口的扩展

  • 扩展级别：最多8级
  • 无限级别（需要扩展级别）：无限制

CAN FD Extension

通过 CAN FD（灵活数据速率）进行实时通信

LIN Module

LIN实时通信

  • 普通
  • 特征
  • 硬件支持

通过使用 Kithara RealTime Suite 的LIN模块，可以实现LIN的实时性。主站或从站节点可以使用带UART接口的普通PC轻松创建。与使用微控制器的情况不同，这允许更容易地记录现有LIN网络以及更有效的调试过程。发送节点将自动重新检查其在总线上传输的数据，从而可以检测到冲突。

  • LIN数据实时交换
  • 使用普通PC轻松实现主站或从站节点
  • 总线冲突检测
  • 自动校验和验证（LIN版本1.x和2.x）
  • 数据速率高达20 kbit / s
  • 确保延迟时间
  • 使用回调或轮询接收LIN消息
  • 为了适应LIN总线的电气参数，需要LIN收发器。
  • 需要 Serial Module, RealTime Tasking Module 和LIN收发器
  • UART（通过使用通用的RS232接口是必要的电平转换器）
  • Peak PCAN-USB Pro
  • 更多要求

这些规范始终是指我们软件的最新版本。

MDF Module

MDF的实时数据储存

  • 普通
  • 特征

MDF模块允许以测量数据格式实现复杂分层结构测量数据的实时数据存储。MDF 4.1是ASAM提供的二进制文件格式，用于评估或长期存储记录和计算的数据集。文件大小仅取决于使用的硬件（意味着文件大小高达TB）。

  • MDF中的实时数据存储
  • 支持MDF 4.1，并且向下兼容早期版本
  • 写入文件的大小几乎没有限制（264字节）
  • 存储来自CAN，LIN，FlexRay和汽车以太网的数据
  • 需要 Storage Module

PCAPng Module

PCAPng格式的实时数据存储

  • 普通
  • 特征

PCAPng模块（PCAP Next Generation）允许以PCAPng格式实时存储复杂的分层结构测量数据。下一代PCAP是Wireshark支持的数据格式，用于捕获网络中的数据包。 这样，Wireshark可用于以后对存储的测量数据进行分析。

  • PCAPng格式的实时数据存储
  • Wireshark用于读取存储的数据集，例如测量数据甚至图像数据
  • 需要 Storage Module