Reseaux de communication pour systemes embarques
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1. Le premier exemple largement r pandu est celui de l emploi des oreillettes permettant de continuer d utiliser un t l phone portable en conduisant D autres exemples r sident dans la construction de pico r seaux l int rieur d un v hicule en reliant tous les modules informatiques bureautiques embarqu s imprimante pour e mail etc mais galement en limite wrbi orbi des applications aux services d accueil des garages succursales concessions etc des applications aux syst mes d entr e dits mains libres passive entry des applications des syst mes antivol ou anti intrusions bas s sur des prin cipes de relay attacks etc Passons maintenant aux applications radiofr quences devant assurer un pont urbi orbi entre l int rieur du v hicule et le monde ext rieur Communications radiofr quences T l commande De nos jours les t l commandes fonctionnent Paide de liaisons radiofr quences 7 Introduction UHF principalement dans les bandes des 433 MHz et 866 MHz Les modulations de londe porteuse sont effectu es soit en ASK OOK On off keying soit en FSK Les d bits num riques de communications sont de l ordre de quelques dizaines de kilobauds et les protocoles utilis s sont g n ralement propri taires Les messages transmis par ces t l commandes galement crypt s ha2. 13 5 Goulet d tranglement d Ethernet en automobile 403 13 6 Choix de la couche physique en automobile 403 13 7 Line code 415 13 8 Diagramme de l il 427 13 8 Le choix de Ethernet 100BASE TX IEEE 802 3u en automobile 429 13 10 Architecture de l tage driver de ligne 432 13 11 Les composants lectroniques couche physique 439 13 12 Les outils de d veloppement et d aide la conception pour Ethernet 443 D Safe by Wire Communications RF 14 Safe by Wire 451 14 1 Un peu d histoire 451 14 2 Safe By Wire Plus PSI 5 453 143 Un peu de technique 455 15 Communication RF et mini r seaux wireless 463 15 1 Communications radiofr quences urbi 463 15 2 Communications radiofr quences orbi 466 15 3 Les wireless networks 475 Conclusion 479 Annexes A 1 Le CiA CAN in Automation 482 A 2 Les bibles 484 A 3 Les bonnes lectures 487 A 4 Les bonnes adresses 488 Index 489 VIII Dunod Toute reproduction non autoris e est un d lit AVANT PROPOS ce jour globalement les r seaux de communication multiplex s tels que CAN LIN FlexRay et autres repr sentent un domaine industriel mature et seuls quelques pans nouveaux tels que les syst mes X by Wire et Ethernet Auto mobile finissent de affiner Travaillant dans ce domaine depuis de nombreuses ann es M Hassina Rebaine responsable de la formation technique chez Vector Infor matik France et moi m me Dominique Paret apr s de longues ann es chez NXT fondat
3. acquittement dit positif de la station r ceptrice vers la station met trice lors de la r ception correcte d un message L information cl contenue l int rieur d un tel acquittement positif est g n ralement celui de l adresse de la station r ceptrice Dans le concept CAN cette notion d adresse locale a totalement disparu et liden tificateur tiquetant le message est transmis l ensemble des participants et re u partout dans le r seau Cela impose l ex cution d une tache locale d di e au traitement des erreurs dans chacune des stations pr sentes sur le r seau en l absence de telles adresses de messages locaux Pour satisfaire cela le concept du protocole CAN utilise la combinaison d acquittements positifs et n gatifs L acquittement positif ACK s exprime sous la forme suivante ACK ACK i quel que soit i Il provient de toutes les stations i ayant correctement re u le message et expri mant cet acquittement positif pendant un m me intervalle de temps bien d fini ACK time slot Dunod Toute reproduction non autoris e est un d lit 1 2 Traitement et gestion des erreurs 1 2 2 1 2 3 Le principe que nous venons de d crire peut aussi s exprimer sous deux formes fondamentales une vue optimiste du probl me dans laquelle on peut dire que l acquittement posi tif indique qu au moins une station a re u correctement le message t
4. anc tre est toujours utile principalement pour assurer certaines liaisons d ordres de commande arr t marche changement de piste etc entre l autoradio et le lecteur de CD MOST MOST Media oriented systems transport est un r seau ayant pour mission premi re d assurer la distribution audio dans le v hicule Il est galement utilis pour des applications vid o au sein d un v hicule lorsque les d bits num riques peuvent tre adapt s aux applications embarqu es par exemple MPEG 2 IEEE 1394 LIEFE 1394 et son d riv IDB permet d atteindre des d bits encore plus lev s Bien videmment il permet de remplir les m mes applications que le MOST et de multi plexer diff rentes sources audio vid o sur un m me support c bl par exemple les informations provenant de la famille des CD audio vid o CD ROM de cartes routi res de support la navigation tous les types d informations vid o devant t t ou tard tre affich es sur un cran l affichage vid o la t l matique bureautique les jeus vid o les DVD la Dunod Toute reproduction non autoris e est un d lit Introduction localisation via GPS l aide la navigation soit telles quelles soit compl men t es l aide d informations dynamiques ramen es par une liaison GSM Ethernet automobile Dans cette nouvelle dition nous avons consacr u
5. gear box et freins brakes sont assu r es l aide de liaison CAN high speed du fait des nombreux changes devant s effec tuer d bit rapide 250 kbit s ou plus g n ralement 500 kbit s et 1 Mbit s C est historiquement le c ur du fonctionnement du v hicule et il est con ue en relation tr s troite entre le constructeur automobile et ses plus proches quipementiers Les d ve loppements des couches hardware et software associent des connaissances du sujet de longue date des volont s marqu es et des budgets de recherche amp d veloppement importants car tous les participants travaillent sans cesse sur de nouveaux projets de v hicules incluant de nouveaux principes de nouvelles messageries etc Dunod Toute reproduction non autoris e est un d lit Introduction CAN low speed Cette couche de liaison est une couche p riph rique de celle d crite ci dessus En effet bien que de degr suppos l g rement moindre elle fait partie int grante de la conception du v hicule Ces liaisons desservent les n uds situ s principale ment dans les zones dites d habitacle body part et donc distantes de l ensemble moteur pr c dent Les valeurs conventionnelles des d bits utilis s 62 5 et habituel lement 125 kbit s couvrent les liaisons des n uds de type les ouvrants portes toits ouvrants coffres et galement le r glage des si ges les
6. ce qui touche aux probl mes de conformit Une partie de cet expos est d j connue de certains d entre vous mais de tr s nombreux compl ments concernant les couches physiques ont t ajout s ou remis au go t du jour On ne peut parler de tout cela sans voquer bri vement les couches applicatives CAL CANopen OSEK AUTOSAR et les outils hardware et software n cessaires pour supporter l aide au d veloppement la v rification la produc tion la maintenance etc Jusque l rien de plus normal Nous d crirons galement en d tail le protocole LIN son fondement ses parti cularit s ses probl mes et la mani re de les r soudre Le LIN est g n ralement Avant propos pr sent par ses concepteurs comme un sous bus du CAN le sous n tant pas p joratif mais purement fonctionnel Deuxi me partie B En introduction cette partie nous voquerons les limites fonctionnelles et appli catives du CAN et nous ferons un point entre les syst mes de communication d clench s temporellement time triggered et toutes les implications que des utilisations dites de temps r els s curitaires engendrent Nous serons amen s pr senter le fonctionnement et le contenu des protocoles tels que TTCAN FlexRay ainsi que pour ces derniers des applications de type X by Wire en version d cod e adieu la m canique tout par fil Nous d crirons ensuite rapidement les diff rente
7. conf rences ou de s minaires publics Leur usage doit imp rative ment tre fait selon les r gles l gales en vigueur Mode d emploi de cet ouvrage Nous vous conseillons de lire les quelques lignes qui suivent avant de rentrer dans les d tails techniques qui seront expos s au cours des prochains chapitres Tout d abord il faut savoir que cet ouvrage comporte de nombreux sujets qui s entrechoquent se t lescopent et se recoupent ce qui ne rend pas simple la construc tion d un plan Il a donc fallu proc der un choix de pr sentation globale et p da gogique afin que vous Lecteur puissiez vous rep rer ais ment dans tous ces principes de communication et de nouveaux protocoles mergents que vous allez d couvrir et utiliser dans les ann es venir L introduction a pour but de vous mettre l eau bouche au travers d une application qui nous touche quotidiennement l automobile les syst mes embarqu s et leurs myst res videmment tout ce que nous avons crit dans cet ouvrage est g n ralisable aux applications industrielles de tout acabit commande de machines outils de ligne de productions avionique immotique etc Premi re partie A Les chapitres 1 7 d di s aux protocoles event triggered ont pour but de remettre les pendules l heure en ce qui concerne le protocole CAN et la nouvelle intro duction du protocole CAN FD ainsi que toutes les subdivisions possibles des couches physiques et tout
8. erreur Les messages d erreur retenus pour le concept CAN sont de deux types figure 1 4 Erreur Rapport d erreur primaire au noeud A j Dominant R cessif Violation de la r gle Rapport d erreur secondaire au noeud B de stuffing Y Information r sultante sur le r seau L Figure 1 4 19 PROTOCOLES EVENT TRIGGERED 1 2 Traitement et gestion des erreurs 1 2 4 20 Compte rendu d erreurs primaires Une station ou plusieurs simultan ment d tecte nt une erreur ce qui l entra ne ou les entra nent imm diatement transmettre un message d erreur ce moment l le message d erreur consiste en une suite de bits dominants et le message en cours est avort non men son terme Compte rendu d erreurs secondaires Suite cet avortement du message toutes les autres stations d tectant une viola tion des r gles de format transmettent un message d erreur de leur propre initia tive lequel se m lange avec le premier ce qui a pour effet d en tendre la dur e Les comptes rendus d erreurs primaires sont plus probables pour une station o l erreur s est produite que les comptes rendus d erreurs secondaires qui sont g n r s en r action de l erreur cit e pr c demment Notion de strat gie de gestion des erreurs Afin de g rer correctement les erreurs le fin du fin dans un tel concept est de b tir une strat gie concernant le traitement de
9. liaisons avec la planche de bord int grant l autoradio l affichage classique de lautoradio la temp rature interne externe et l ordinateur de bord ces applications sont souvent la limite entre high et low speed CAN Le fait de devoir g rer des incidents dus des courts circuits et des coupures d l ments des liaisons qui ne risquent pas de mettre en d faut le fonctionnement global du r seau utilis am ne au syst me fault tolerant Notez que certains v hicules comportent jusqu 5 ou 7 r seaux CAN high et low speed physiquement non li s entre eux de d bits identiques ou non ayant chacun un nombre de participants limit mais tr s d di s afin d assurer des fonctionnalit s tr s sp cifiques ou encore de partager les risques de dysfonctionnement LIN Le protocole LIN consid r par ses concepteurs comme un sous bus du CAN est principalement utilis pour les liaisons bas d bit 20 kbit s maximum afin de r duire le co t de n uds les performances requises pour ces n uds sont faibles mais non strat giques Afin de mieux nous faire comprendre citons l exemple des commandes lectriques de r glages de chauffage et de repli du r troviseur l int rieur de la fonction porti re Remarquons l arriv e juxta pos e au FT LS CAN du LIN dans le haut de colonne de direction zone dans laquelle sont souvent concentr s de nombreux organes de commandes au volant avertisseurs changement de dir
10. 978 2 10 070700 3 Le Code de la propri t intellectuelle n autorisant aux termes de l article L 122 5 2 et 3 a d une part que les copies ou reproductions strictement r serv es l usage priv du copiste et non destin es une utilisation collective et d autre part que les analyses et les courtes citations dans un but d exemple et d illustration toute repr sentation ou reproduction int grale ou partielle faite sans le consentement de l auteur ou de ses ayants droit ou ayants cause est illicite art L 122 4 Cette repr sentation ou reproduction par quelque proc d que ce soit constitue rait donc une contrefa on sanctionn e par les articles L 335 2 et suivants du Code de la propri t intellectuelle TABLE DES MATI RES Avant propos Introduction A Protocoles event triggered CAN CAN FD LIN 1 Le CAN G n ralit s 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 Notions d acc s au r seau et d arbitrage Traitement et gestion des erreurs Petite rubrique enrichissez votre vocabulaire Du concept la r alit Contexte historique du CAN Brevets licences et certifications 2 Le CAN son protocole ses particularit s 2 1 2 2 2 3 2 4 Les d finitions du protocole CAN ISO 11 898 1 Les erreurs vies intimes d tections et traitements Le reste de la trame Le CAN 2 0 B 3 La couche physique CAN 3 1 3 2 3 3 3 4 3 5 3 6 Introduction Le bit CAN Le nom
11. AN C event driven 33k fault tolerant 20k 4 2 wire bus gt Co t relatif par noeud A Protocoles event triggered CAN CAN FD LIN Nous allons vous parler ici de protocole et de bus CAN Controller Area Network Encore un protocole et un syst me diff rent Eh bien sachez que ce n est pas si facile de mettre tout le monde d accord surtout lorsque chacun exprime des souhaits et des exigences techniques particuli res et que des march s importants sont suffisants pour justifier et optimiser chaque concept comprenez r duire le co t videmment Voici donc un protocole s rie ajouter notre arsenal d j important de r seaux locaux LAN Tel que le d crivent les normes ISO le CAN est un protocole de communica tion s rie qui supporte de fa on efficiente la distribution de commandes en temps r el avec un haut niveau de s curit Ses domaines de pr dilection couvrent g n ralement les applications de r seaux haut d bit haute fiabilit de transmission et concept de c blage multiplex bas co t Vous voil donc averti Nous allons tout au long de cette partie d crire le protocole CAN et quelques unes de ses principales applications Il faut bien avouer que ce concept n a pas vu le jour en quelques heures qu il est le fruit de longues recherches et exp rimentations et que cela continue videm ment nous pourrions passer directement la description de son foncti
12. Dominique Paret Hassina Rebaine R seaux decommunication pour syst mes embarqu s CAN CAN FD LIN FlexRay Ethernet 2 dition DUNOD Cet ouvrage a t traduit et publi en anglais et en cor en Cor e du Sud Toutes les marques cit es dans cet ouvrage sont des marques d pos es par leurs propri taires respectifs d enseignement sup rieur provoquant une Le pictogramme qui figure ci contre baisse brutale des achats de livres et de m rite une explication Son objet est d alerter le lecteur sur la menace que repr sente pour l avenir de l crit particuli rement dans le domaine de l dition technique et universi taire le d veloppement massif du photocopillage Le Code de la propri t intellec DANGER revues au point que la possibilit m me pour les auteurs de cr er des uvres nouvelles et de les faire diter cor rectement est aujourd hui menac e Nous rappelons donc que toute reproduction partielle ou totale de la pr sente publication est interdite sans autorisation de l auteur de son diteur ou du Centre fran ais d exploitation du droit de copie CFC 20 rue des Grands Augustins 75006 Paris tuelle du 1 juillet 1992 interdit en effet express ment la photoco pie usage collectif sans autori sation des ayants droit Or cette pratique s est g n ralis e dans les tablissements LE PHOTOCOPILLAGE TUE LE LIVRE Dunod Paris 2005 2014 ISBN
13. ant ces informations alertes en RF 433 868 ou 915 MHz selon les pays toutes les une ou deux minutes quand tout va bien et beaucoup plus fr quemment en cas de probl me Tyre iD identification des pneus Attention ne surtout pas confondre l identification des pneus avec le sujet pr c dent TPMS Nous voquons ici ce qui touche Pidentification RF 900 MHz des pneus type mod le lieu de fabrication neuf rechap etc et non la mesure de leur pression Les wireless networks Pour terminer ce tour d horizon voquons rapidement les r seaux sans fils fonc tionnant en radiofr quences dit wireless networks GSM Au del de la simple liaison de t l phonie mobile bien connue ce type de liaison RF permet galement louverture de nombreux nouveaux services GSM et Bluetooth Selon les r gulations locales en vigueur dans les diff rents pays de notre belle plan te il est possible d mettre diff rents niveaux classes 1 2 3 de puissances 1 RFID voir de nombreux ouvrage du m me auteur chez Dunod 8 Dunod Toute reproduction non autoris e est un d lit Introduction EIRP entra nant par voie de cons quence diff rentes distances de communication de quelques m tres quelques centaines de m tres Ceci est suffisant pour cha fauder des applications orbi IEEE 802 11x Le concept IEEE 802 11x connu galement sous le nom de WF ne vise pas
14. bituellement selon le cryp tage utilis par le syst me servant l immobiliseur sont ensuite transcod s en trames CAN lors de leur r ception afin d atteindre les d codeurs Le m me ensemble lec tronique effectue le d cryptage des signaux provenant de la fonction immobiliseur et ceux de la t l commande pr sente dans la cl ou le badge PKE Passive keyless entry Passive go Les syst mes PKE et Passive go cachent ce que l on appelle les fonctionnalit s entr es mains libres et d marrage via un bouton le tout donc sans cl apparente Ces liaisons RF de types bidirectionnelles montante en provenance du v hicule vers la cl fonctionnant sur une porteuse 125 kHz un d bit de quelques kbit s Dans le sens de la liaison descendante de la cl badge vers le v hi cule elle fonctionne l aide d une porteuse se situant g n ralement dans la bande des 433 MHz Le protocole de communication g n ralement propri taire doit tre apte g rer et traiter les collisions de messages et ou de porteuse car le tout se passant mains libres plusieurs passagers quip s de badges M Mme etc peuvent se pr senter simultan ment autour du v hicule TPMS Tyre ou Tire Pressure Monitoring Systems Les syst mes TPMS ont pour mission de mesurer les pressions individuelles des roues de corriger leurs valeurs en fonction de la temp rature des pneus et de les transmettre au conducteur en mett
15. ci dessus un autre principe parmi d autres fut examin avec attention Il s agit du Carrier sensor multiple access Collision avoidance CSMA CA Ce dispositif fonctionne l aide d une contention r alis e non plus au niveau de la tentative de la prise de bus mais au niveau du bit lui m me bitwise contention gestion du conflit pendant la dur e du bit C est ce principe qui a t retenu dans le CAN et dont nous d crirons le fonctionnement en d tail tout au long de cette partie Dans ce cas il est possible d viter les conflits d acc s au bus en assignant un niveau de priorit chacun des messages transport s En cas de contention le message dont la priorit est la plus lev e gagnera toujours l acc s au medium Il va de soi que les temps de latence des messages d pendront alors fortement des niveaux de priorit choisis et attribu s chacun Le probl me des temps de latence Lors de l tude compl te d un syst me afin de prendre en compte tous les para m tres le temps de latence se d finit g n ralement comme la dur e qui existe entre l instant indiquant la requ te d une transmission et le d but r el de l action engendr e par celle ci Pour l instant et de fa on tre simple nous d finirons le temps de latence d un message 4 comme la dur e qui existe entre l instant indiquant la requ te d une transmission et le d but r el de celle ci 1 Cf plus loin Petite r
16. de dit d erreur active un tat dit d erreur passive dans lequel elle ne continuerait plus communiquer mais serait toujours active dans la gestion des erreurs pouvant se produire sur le r seau En pr sence d erreurs de transmission trop nombreuses sur le r seau celui ci pourrait se bloquer rendant alors tout trafic impossible Afin d viter cela on est oblig de d finir qu au dessus d une certaine barre fix e 255 pour le CAN la station passe dans un nouvel autre tat dit de bus off pendant lequel la station semble tre d connect e physiquement du bus afin de ne pas bloquer le bus pour quelques raisons que ce soit
17. e domestique audio vid o jeux etc et une annexe du bureau ce propos nous voquerons les liaisons s ries filaires et non filaires internes au v hicule en d autres termes urbi Safe by Wire Plus CPL etc et externes celui ci orbi t l com mande remote keyless entry entr e mains libres passive keyless entry TPMS Tire pres sure monitoring system tire identification GSM Bluetooth ZigBee et autres consorts Voici et si la route vous para t longue prenez le bus XI Remerciements Remerciements XII La branche des r seaux de communication multiplex s s agrandit de jour en jour et de nombreuses personnes comp tentes y travaillent Par chance j ai l occasion de croiser fr quemment beaucoup d entre elles aussi il mest tr s difficile de remercier individuellement tout le monde Je tiens d dier quelques remerciements sp cifiques de nombreux amis de NXP Philips Semiconductors de Nim gue Pays Bas et de Hambourg Allemagne avec lesquels j ai le plaisir de travailler depuis de longues ann es sur le sujet et prenant le risque de faire des jaloux plus particuli rement Matthias Muth les nombreux Hans et autres coll gues des Pays Bas les nombreux Peter et autres coll gues d Allemagne Pour terminer je serais ingrat de ne pas remercier galement les nombreux coll gues de la profession constructeurs automobiles et quipementiers que je rencontre r
18. ection commande de phares r ception de t l commande r ception des syst mes de surveillance de pression des pneu matiques TPMS etc Notez galement que certains v hicules comportent jusqu 5 ou 6 bus LIN physi quement non li s entre eux de m mes d bits ou non ayant chacun un nombre de participants limit mais tr s d di s afin d assurer des fonctionnalit s tr s sp ci fiques videmment tout cela demande des passerelles gateways entre tous les bus que nous venons de citer CPL Current power line Pour les m mes applications que ci dessus les liaisons CPL Current power line peuvent permettent d envoyer des donn es et des ordres de commande des syst mes bas d bit de l ordre de 20 50 kbit s maximum l aide de porteuse HF modul e en ASK ou FSK elle m me superpos e au fil V_bat transpor tant l nergie tous les modules du r seau Ici aussi le but principal de ces appli cations est la r duction des co ts Ex commande d essuie glace liaison inter essuie glace Introduction X by Wire FlexRay Les communications bas es sur les protocoles TTCAN et FlexRay sont tr s rapides et de type temps r el ce jour les organes command s selon ces protocoles sont ceux dont on souhaite diminuer le poids le volume et auxquels on d sire donner davantage d intelligence par exemple les syst mes de colonne de dir
19. ection les organes de freins d embrayage de suspension de tenue de route etc Ce type de communication demande des d bits lev s de l ordre de 7 10 Mbit s et selon les applications envisag es des redondances mat rielles et logicielles Ici aussi la pr sence de passerelles est une n cessit entre les r seaux CAN et FlexRay Safe by Wire Les liaisons point point des syst mes de commande de s curit de d clenche ment d airbags des dispositifs de pr tension des ceintures de s curit etc devraient dispara tre terme et tre remplac es par une topologie de bus Ces liaisons reli es directement la s curit physique des occupants du v hicule doivent tre aptes fonctionner lors de l impact du v hicule et comportent des notions de rapidit videntes entre les informations d tect es d tecteur de choc acc l rom tre centrale inertielle etc et les organes de d clenchement des squibs de pr tensionneurs des ceintures etc Audio vid o La distribution de l audio et de la vid o se g n ralise au sein des v hicules automo biles En fonction de l volution des technologies nous avons vu s tablir les r seaux de communications transportant ces informations l aide d I2C puis D2B puis de MOST ce jour et bient t d Ethernet haut d bit Voici quelques mots d introduction aux applications audio vid os support es par ceux ci Bus LC I2C Inter integrated circuit
20. emment les probl mes de conflits et d arbitrage les temps de latence les aspects d terministes ou probabilistes et leurs relations avec les notions de syst mes temps r el ou d clench s par des v nements les notions d lasticit s scalabilit d un r seau la s curit des informations transport es ou en d autres termes la strat gie de gestion des erreurs et donc leur d tection leur signalisation et leur correction les questions de topologies de longueurs et de d bits les questions de supports physiques les pollutions radio lectriques etc Notions d acc s au r seau et d arbitrage De nos jours les syst mes de commandes en temps r el distribu s bas s sur un operating system situ l int rieur d un seul processeur interconnect s par un r seau de communication vers des processeurs distribu s apportent une extension importante aux syst mes parall les Au del du simple change de donn es les traitements doivent tre synchronis s c est dire que leur ex cution doit suivre certaines s quences logiques intercorr l es Dans ces syst mes les messages concernant la synchronisation sont g n rale ment courts Ils peuvent tre cr s par n importe quel traitement ou v nement dans le syst me et doivent tre simultan ment r cepteurs de mani re pr server la consistance d un traitement parall le Toutes les stations g n rent ind p
21. endamment des messages concernant leurs t ches respectives des instants al atoires v nementiels 13 PROTOCOLES EVENT TRIGGERED 1 1 Notions d acc s au r seau et d arbitrage 1 1 1 1 1 2 Les requ tes de transmission rentreront en comp tition pour gagner l acc s au medium ce qui entra ne des temps de latence plut t variables que constants Examinons les diff rents principes d arbitrage mis en lice CSMA CD contre CSMA CA CSMA CD Pour des raisons historiques la proc dure d arbitrage de type Carrier sensor multiple access Collision detect CSMA CD fut d abord envisag e pour r soudre de tels conflits Avec un tel syst me lorsque plusieurs stations tentent d acc der simultan ment au medium du r seau quand celui ci est au repos un message de contention est d tect La transmission est alors arr t e et toutes les stations se retirent du r seau Apr s un certain laps de temps diff rent pour chaque station chaque station tente nouveau d acc der au r seau Il est bien connu que de telles annulations de transfert de donn es pendant la contention diminuent par principe m me la capacit de transport du r seau Il se peut m me qu au moment de cr tes de trafic le r seau soit totalement bloqu ce qui n est pas acceptable lorsqu on envisage d utiliser ce r seau pour satisfaire des applications dites de temps r el CSMA CA la lueur des probl mes soulev s
22. es de source et de destination mais sur le contenu du message lui m me Ceci implique deux choses qu un message soit transmis toutes les autres stations du r seau le terme consacr pour un tel principe est celui de diffusion broadcast diffusion que le traitement de s lection du message transmis soit alors effectu par un filtrage dit d acceptance bord de chaque n ud station 17 PROTOCOLES EVENT TRIGGERED 1 2 Traitement et gestion des erreurs 1 2 1 2 1 18 Pour ce faire le message est tiquet poss de un label par un identificateur ID i qui sera alors compar la liste des messages re us ou que l on d sire recevoir dans chaque station Cette liste contient des pointeurs d adresses AP i vers le tampon de communication de telle fa on que le contenu du message puisse tre stock figure 1 3 Objet de la communication C ID data Figure 1 3 De ce fait TOUS les messages sont simultan ment re us sur TOUTE l tendue du r seau et la consistance des donn es est alors garantie dans des syst mes de commandes distribu s Traitement et gestion des erreurs Notion d acquittements positifs et n gatifs L lasticit des syst mes et l identification bas e sur le contenu des messages compliquent le traitement des erreurs lorsqu elles se produisent Une m thode classique de non d tection d erreur r side par exemple en un renvoi d
23. eur et directeur de dp consulting ne pouvions manquer de commu niquer sur ces sujets En effet ce jour peu d informations et de formations techniques de base et applicatives sont disponibles pour les ing nieurs les tech niciens et les tudiants Nous esp rons que cet ouvrage comblera du moins partiellement ce manque Comme d habitude nous avons attendu un long moment avant d crire cette nouvelle dition En effet de nombreuses nouveaut s sont apparues accompa gn es de leurs sempiternels effets d annonces associ s claironnant par monts et par vaux que tout est bon tout est beau Nous avons donc pr f r attendre quelque temps afin que ces effets retombent et que l horizon commence se d gager de toute affirmation de ce type ce qui h las a pris comme d habitude un certain temps Le but de cet ouvrage est donc d offrir une date donn e le b a ba le plus complet de ce domaine en pleine volution Par ailleurs ce livre n a pas vocation tre une encyclop die mais plut t une longue et dense introduction technique ce sujet et non une traduction litt rale de ce que chacun d entre vous peut trouver sur le web Il est dense dans le sens o tous les vrais sujets de ces applications principes composants normes applications s curit etc sont abord s concr tement Pour les nouveaux venus dans ce domaine il offre des vues conceptuelles et applicatives globales de ces diff rents
24. guli rement soit lors de r unions de travail soit PISO Ils se reconna tront ais ment pour les remarques concernant la confection de cet ouvrage Enfin j adresse de tr s grands remerciements M Philipsen de NXP Philips Semi conductors Eindhoven et MM Henri Belda et Jean Philippe Dehaene de la soci t VECTOR Informatik France pour les nombreux documents et photos qu ils ont eu la gentillesse de me fournir afin d gayer cet ouvrage Dominique PARET Meudon le 16 d cembre 2013 INTRODUCTION C est quand m me un comble que d employer le mot parall le dans un ouvrage dans lequel on ne parle que de liaisons s ries mais il est vrai qu en parall le des CAN LIN et FlexRay de nombreux autres protocoles de communication de type s rie ont vu le jour En compl ment des protocoles CAN HS LS LSFT FD nous allons consacrer plusieurs chapitres pour vous pr senter d autres grandes familles de protocoles et d autres amis du CAN Ils sont utilis s dans le monde des r seaux multiplex s embarqu s que Pon rencontre dans les march s automobile a ronautique et industriel et qui ont toujours des relations plus ou moins proches avec le CAN Ces autres liaisons s ries sont d di es des applications de transport de donn es d bits soit plus lents soit g n ralement plus rapides que le CAN Il s agit par exemple de transport de donn es num riques de communications hauts d bits de l
25. iaisons audio vid o d aide la navigation de s curit etc Afin de sy retrouver nous avons d compos ces nouveaux venus en deux grands groupes ceux dont les liaisons sont assur es par des l ments filaires c bl s et ceux dont les liaisons sont assur es l aide de propagations d ondes radiofr quences bien connues en anglais sous le vocable de wireless Les plus en vogue ont pour noms en technologies c bl es LIN e TICAN e FlexRay Safe by Wire IP5 e I2C D2B ancien e MOST IEEE 1394 Ethernet automobile CPL powerline en technologies wireless e Bluetooth e ZigBee e IEEE 802 11 NFC RKE PKE Passive Go TPMS Introduction TiD e etc Bien videmment chacun d entre eux poss de ses sp cificit s li es son d bit sa distance de fonctionnement ses possibilit s ses performances son co t etc Ainsi il est plus adapt telle ou telle application Le fin du fin serait bien s r d tablir un tableau regroupant leurs principales propri t s sans aucun 4 priori afin que chacun puisse trouver son bonheur selon ses besoins H las ce tableau n est pas simple r aliser car il doit comporter de tr s nombreuses rubriques car faute de renseignement sur un crit re ou un autre on risque de passer c t du bon choix Afin de vous aider tablir ce tableau selon vos propres crit res nous allons tou
26. inal bit time CAN et propagation du signal La re synchronisation bit D bit du r seau 4 Medium et impl mentation physiques 4 1 4 2 CAN d bit rapide high speed CAN de 125 kbit s 1 Mbit s ISO 11 898 2 4 3 Les diff rents m dias et les types de couplage au r seau CAN bas d bit low speed CAN de 10 125 kbit s 118 129 139 140 145 157 VI 44 Liaisons filaires CAN isol es 4 5 Liaisons filaires par courants porteurs 4 6 R p teur 4 7 Passerelle de medium medium 4 8 Support optique 49 Supports lectromagn tiques 4 10 Pollutions et conformit s EMC Composants CAN applications et outils 5 1 Composants CAN 5 2 Applications 5 3 Couches applicatives et outils de d veloppement pour CAN Le CAN FD CAN with flexible data rate 6 1 La situation sur le terrain en 2014 6 2 Les solutions possibles 6 3 Le CAN FD l exemple de migration douce 6 4 Description de la trame CAN FD 6 5 La r alit 6 6 Les composants pour le CAN FD 6 7 La normalisation 6 8 Attentes certitudes doutes concernant l introduction du CAN FD 172 177 181 183 184 185 187 197 197 217 232 245 246 246 248 250 259 262 266 266 6 9 Outils de d veloppement de simulation et environnements de test pour CAN FD 268 LIN Local Interconnect Network 7 1 Introduction 7 2 Concept du protocole LIN 2 2A 7 3 Co t et march 7 4 Conformit du LIN 7 5 Exemples de composants po
27. iron 5 ns pour parcourir 1 m ou encore parcourent 200 m ps Par principe dans un syst me fonctionnant par contention de bit un bit peut voyager d une extr mit du r seau l autre avant qu il ne soit d tect son arriv e Or il se peut que quelques micro instants avant l arriv e du bit bon port l autre station n ayant encore rien vu arriver ses bornes d cide de d marrer une mission dans l autre direction Choc frontal Catastrophe en vue Si Pon appelle bus le temps que met le signal pour parcourir la longueur maxi male du r seau la somme globale des temps d aller et de retour dus la propagation des signaux sur le bus est de Demo Yprop Par exemple avec 40 m on obtient bus 200 ns Afin que la station ayant mis le bit initial soit apte g rer les conflits le temps que doit durer le bit le bit time t bit doit tre sup rieur t bus De plus pour tre complet il est obligatoire de tenir compte des temps pris ou n cessaire pour chantillonner et traiter le bit dans la station o il arrive Pour valuer le bit time minimal t bit min du r seau envisag il sera n cessaire figure 1 2 de tenir compte des retards de sortie de propagation out retards d entr e de propagation t in retards dus la synchronisation sync carts de phases dus aux tol rances d horloge clock No ud A Noeud B Figure 1 2 ce qui donne au
28. it s Bien entendu les performances en termes de bande passante de d bit de s curit et de fonctionnalit s sont plus restreintes Parmi ceux ci les plus anciens bien connus sont les protocoles 12C D2B et SPI et le LIN Les compliqu s Il sagit de protocoles souvent tr s performants et tr s sp cialis s orient s vers des applications particuli res Pour des applications c bl es il s agit des protocoles TTCAN FlexRay Safe by Wire IP5 IEEE 1394 Ethernet etc Ce sont des r seaux rapides performants orient s applications dites temps r el parfois auto aliment s s curis s redon dants etc ainsi que des protocoles pour applications radiofr quences tels que DECT Bluetooth ZigBee WiFi etc En utilisation interne au v hicule urbi On trouve d s pr sent sous forme de multiplexage c bl de nombreux proto coles au sein d un v hicule sur des v hicules haut de gamme ou sur des concepts cars Chacun poss de ses sp cificit s li es son d bit ses possibilit s ses performances et son co t Les plus en vogue sont CAN HS LS LSFT FD One Wire TTCAN LIN I2C MOST IEEE 1394 Ethernet CPL FlexRay Safe by Wire etc E Communications c bl es Commen ons par le plus gros centre nerveux du syst me le CAN CAN high speed Comme indiqu sur la figure pr c dente les liaisons de la partie motorisation commande moteur power train bo te de vitesse
29. les m mes applications que Bluetooth mais bien malin celui capable ce jour de pr dire avec certitude les r partitions applicatives futures de ces deux concepts NFC Near Field Communication Petit dernier de la famille radiofr quence le NEC Near Field Communication ou communication en champ proche permet d effectuer des communications sur une distance de quelques centim tres Que vient faire ce concept dans la partie orbi avec une distance si faible de communication qui devrait le placer directement dans la famille des urbi La r ponse au chapitre 15 Positionnement en termes de performances co ts Avant de conclure cette courte introduction ces nouveaux protocoles donnons d ores et d j leur positionnement actuel et dans un futur proche en termes de rapport performances co ts utilisations importances relatives des uns par rapport aux autres et consommations annuelles et cumul es La figure suivante illustre la d pendance co t d bit de ces concepts On n a rien sans rien plus on veut aller vite plus c est cher Ce n est pas nouveau Il est bien vident que les co ts relatifs indiqu s en abscisse ne sont donn s que pour information avec les r serves d usage Ils sont r actualiser au quotidien en fonction de vos souhaits pr cis applicatifs D bits bit s A SM MOST optical bus D2B 19MT FlexRay TTP C time triggered 25 M fault tolerant 2x2 wire optical bus 2M C
30. mes Afin de vous donner une id e plus pr cise de tout cela la figure suivante pr sente vu de tr s haut un aper u de l architecture conventionnelle d un v hicule presque actuel c est dire demain matin en 2020 sub body LIN Bodymux Safe by Wire Planet Fault Tolerant CAN 4 Stcer Brake by Wire FlexRay TTP PE Navigation Infotainment Data MOST IEEE1394 Infotainment Control CAN Urbi et orbi sont dans une auto Avant d aller plus loin il est n cessaire de faire une petite digression autour des applications urbi internes et orbi externes d un syst me dans lautomobile ou le monde industriel En effet de nos jours avec lav nement grandissant des liaisons 3 Introduction radiofr quences il est n cessaire d inclure galement dans cet inventaire les nouveaux protocoles de communication permettant de r aliser des r seaux sans fil radiofr quence de fa on pouvoir tendre le champ et les distances de communication Tr s souvent les r seaux commencent tre pris de certaines libert s m triques distances de l ordre de 10 50 m hors tout cordon ombilical et les passerelles de type wired wireless c bl sans fl sont d j l gions sur le march par exemple les passerelles de type CAN Bluetooth ou WiFi M Les simples Les protocoles les plus simples ont t labor s pour des raisons de co t et de fonctionnal
31. n long chapitre le 13 l utilisa tion sp cifique de ce mode de communication en syst mes embarqu s Communications radiofr quences Toujours dans les applications urbi internes au v hicule il existe de nombreuses applications utilisant un support radiofr quence pour assurer les communications num riques R cepteurs radiofr quences pour toute application Radio Commen ons par la plus conventionnelle des r ceptions celle de la radio AM FM num rique avec int gration des antennes ou non dans les pare brise ou encore dans les syst mes de d givrage arri re Rien que du conventionnel ici l exception de commandes vocales synth se et ou reconnaissance de paroles pour le r glage des stations et des volumes etc Immobiliseur ou antid marrage La fonction immobiliseur dispositif d antid marrage du v hicule utilisant des transpondeurs RF fonctionnant sur une porteuse 125 kHz est bien connue depuis des ann es Elle fait communiquer quelques kbit s sous communications crypt es un l ment fonctionnant sans contact transpondeur situ dans la t te de la cl de contact ou dans un badge afin de lib rer le fonctionnement de la partie allumage injection du v hicule dans laquelle est situ le d cryptage en couche enterr e et d autoriser le d marrage du moteur Bluetooth Bluetooth est ce jour bien connue Il est facile de l utiliser dans le p rim tre int rieur d un v hicule
32. ne station Il n y a pas d alternative logique en dehors de cela Deux cas peuvent se pr senter On souhaite proc der l ajout de nouvelles informations Toute nouvelle infor mation requiert alors un nouveau transfert de message et par cons quent une reprogrammation de la communication Dans ce cas la station qui mettait pr c demment cette information sp cifique devra tre reprogramm e en fonc tion de la nouvelle tandis que les autres stations resteront inchang es Une situation diff rente se produit lorsqu une information sp cifique d j exis tante doit tre soit transmise partir d une autre station soit re ue par des stations additionnelles Dans ce cas la station r ceptrice additionnelle devra tre reprogramm e pour recevoir l information Implication de l lasticit d un syst me sur le choix du principe d adressage L adressage classique constitu g n ralement d une adresse de source d une part et d une adresse de destination d autre part n offre pas une bonne lasti cit structurelle un syst me En effet n importe quels messages devant tre rerout s n cessitent des modifications m me si cela n est pas n cessaire logiquement comme nous l avons indiqu ci dessus En ce qui concerne le concept CAN dans le but d assurer une bonne lasticit au syst me il a t d cid d utiliser un autre principe d adressage non plus bas sur des adress
33. onnement mais nous pensons qu il manquerait quelque chose de profond dans la connais sance des probl mes li s aux protocoles utilis s dans les r seaux locaux En effet fr quemment certaines id es semblent venir Pesprit naturellement mais souvent les grandes illuminations des m andres de nos cerveaux sont li es une suite d v nements n ayant apparemment pas de relations entre eux mais qui sont en fait bien organis s Aussi avant de vous faire d couvrir l intimit du CAN con u par la soci t R Bosch Gmbh nous avons souhait consacrer un chapitre d introduction aux grandes lignes directrices de ce protocole qui tentera de d crire le cheminement de pens e parcouru par de nombreux chercheurs pour arriver l laboration finale de ce projet Cette d marche fut remarquable et malgr que cette introduction ne se veuille pas essentiellement technique nous vous recommandons d en prendre connaissance car elle vous permettra certainement de mieux comprendre les tenants et aboutis sants qui ont amen laborer ce protocole si particulier et qui en ont fait son succ s tant dans le domaine de l automobile que dans les domaines industriels et professionnels Remarque Afin de rendre C sar ce qui lui appartient nous avons choisi de b tir le d veloppement de cette introduction selon un canevas similaire celui qu utilisa l un des p res du CAN le professeur Uwe Kiencke de l universit de Karl
34. protocoles Sachant que cette branche est en pleine volution nous avons conscience qu il sera n cessaire de r actualiser nouveau le contenu de cet ouvrage d ici quelques ann es En attendant les bases et les principes fondamentaux seront au moins pos s Par ailleurs nous avons fait un gros effort p dagogique afin que le lecteur puisse faire tout instant la liaison entre th orie aspects technologiques aspects conomiques etc IX Avant propos Pour compl ter cet avant propos sachez qu il existe d autres ouvrages parus chez le m me diteur intitul s Le bus CAN Applications Les r seaux multiplex s et FlexRay et ses applications qui compl tent celui ci en traitant plus sp cifiquement des couches applicatives et des d tails de leur mise en uvre En attendant nous vous souhaitons une bonne et fructueuse lecture et surtout faites vous plaisir car sachez que nous n avons pas crit cet ouvrage pour nous mais pour vous Remarque tr s importante D s pr sent nous d sirons attirer l attention des lecteurs sur le fait important que pour couvrir correctement le sujet des r seaux et bus multiplex s cet ouvrage d crit de tr s nombreux principes techniques brevet s soumis exploitation de licences et de droits associ s codages bit techniques de communication etc qui ont d j t publi s au sein de communications techniques profes sionnelles officielles ou lors de
35. ransmis une vue un peu moins optimiste mais pas totalement pessimiste l acquitte ment n gatif d un message se doit de prendre une forme telle qu il indique ra qu il existe au moins une erreur dans le syst me global Dans ce dernier cas le message signalant la pr sence de l erreur doit tre envoy sur le r seau juste apr s la d tection de celle ci Cette technique permettra par la suite de garantir une resynchronisation imm diate du syst me l int rieur d une seule trame de message Ce dernier point est crucial pour la s curit des applications consid r es Gestion des erreurs La combinaison la redondance et l analyse des acquittements positifs et n gatifs provenant des dispositifs d di s au traitement des erreurs des diff rentes stations sont exploitables et exploit es pour avoir de fortes pr somptions sur la provenance d une erreur soit de la station mettrice soit de l une des stations r ceptrices par exemple La pr sence d au moins un acquittement positif provenant d un r cepteur combin un message d erreur signifiera que le message a t au moins correc tement transmis Au contraire l absence d acquittement positif avec un message d erreur indi quera que toutes les stations r ceptrices ont d tect une erreur et qu il y a une forte pr somption ou probabilit pour que l erreur soit localis e au niveau de la station mettrice Messages d
36. s contraintes et possibilit s de passerelles entre les r seaux pr sent s en premi re partie et de nouveaux venus en expliquant comment sont con us et constitu s les f i safe System basis chips SBC et autres passerelles gateways Troisi me partie C Cette troisi me partie pr sente les protocoles d di s la distribution de l ensemble audio vid o le terme vid o tant pris ici au sens le plus large possible c est dire couvrant la t l vision conventionnelle l aide la navigation la gestion et l affi chage des nombreuses cam ras d aide la conduite ADAS les d tections de pi tons etc donc n cessitant de tr s haut d bits 100 Mbit s Nous pr senterons donc le protocole MOST d j utilis depuis de nombreuses ann es et nous effec tuerons une tr s longue introduction technique de l application ETHERNET dans le domaine de l automobile ce qui n est pas simple en nous attardant notamment sur le contenu de l OPEN Alliance et le concept de la solution BroadR Reach Quatri me partie D Pour terminer cette longue promenade en bus nous voquerons succinctement avec seulement quelques d tails sinon on friserait l encyclop die universelle la nu e d autres r seaux et protocoles qui c toient ceux pr sent s dans les volets pr c dents dans un syst me embarqu tel qu un v hicule automobile Ce dernier sera terme selon certains un l ment de mobilit s r et fiable une annex
37. s erreurs La qualit du traitement d pendra fortement de l aspect volontariste ou non de la strat gie d finie pour un champ d applications donn es Pour le CAN il a t d fini et nous y reviendrons tr s en d tail au chapitre 2 une strat gie dite d erreurs ou fautes de confinement dont les grandes lignes sont repr sent es sous forme graphique aux figures 1 5 et 1 6 Expliquons les en deux mots Tout d abord chaque station se doit de poss der deux compteurs d erreurs s par s l un pour noter ce qui se passe durant l mission d un message l autre pour effectuer une t che similaire lors de la r ception Cela tant selon le type de compte rendu d erreur et les conditions op ration nelles dans lesquelles se trouve la station l instant consid r les compteurs s accroissent avec des pond rations diff rentes selon certaines conditions ou d croissent Ces compteurs ont pour mission de tenir compte d informations provenant direc tement ou indirectement de toutes les autres stations l aide de cet artifice les compteurs effectuent une op ration de moyennage donnant une approxima tion des valeurs statistiques de la qualit locale du r seau un instant donn Afin de disposer quelques but es cette strat gie il a t aussi d fini que si trop d erreurs taient attribu es par de tels moyens statistiques une station sp cifique son tat serait transf r d un mo
38. sruhe Allemagne lors d une excellente pr sentation l Inter national CAN Conf rence du CAN in automation en 1994 Mainz Allemagne Comme quoi il peut encore arriver d tre proph te en son pays 1 ce sujet nous avons laiss le vocable bus CAN dans cet ouvrage non par ignorance mais uniquement 12 afin d viter les possibles quivoques en langue fran aise avec les fameux Convertisseurs Analogiques Num riques et par cons quence un positionnement probablement faux de l ouvrage par exemple dans les moteurs de recherche sur le Web Pour conclure sur ce sujet le terme normal utiliser est CAN en se rappelant que le terme bus ne repr sente qu une topologie possible d utilisation parmi tant d autres Dunod Toute reproduction non autoris e est un d lit 1 1 1 LE CAN G N RALIT S Un bus n est toujours qu un bus mais il y a bus et bus En effet de bus en bus les probl mes r soudre se perp tuent mais les caract ris tiques diff rentes des champs d applications vis s modifient l ordre hi rarchique des param tres prendre en compte et impliquent que soient d velopp s de nouveaux concepts afin de trouver des solutions l gantes aux difficult s soulev es num rons rapidement les probl mes quasi immuables rencontr s dans les applications de r seaux de communication les notions d acc s aux r seaux incluant bien vid
39. t d s 1975 de m me type que celui de PI2C introduit quelques contraintes d une part dans la repr senta tion du signal au niveau de la couche physique et d autre part en ce qui concerne la g om trie maximale d un r seau fonctionnant de cette fa on Ainsi pendant la phase d arbitrage de fa on avoir sur le r seau des bits de priorit lev e crasant ceux de plus basse priorit le signal physique sur le bus doit tre soit dominant par exemple pr sence d nergie de courant de lumi re de rayonnement lectromagn tique soit r cessif par exemple absence d nergie Par d finition lorsqu un bit dominant et un bit r cessif sont simultan ment transmis sur le bus l tat r sultant sur le bus doit tre l tat dominant 1 Cf plus loin 1 3 Petite rubrique enrichissez votre vocabulaire 15 PROTOCOLES EVENT TRIGGERED 1 1 Notions d acc s au r seau et d arbitrage 1 1 4 Premi res cons quences li es au d bit et la longueur d un r seau 16 Voici maintenant quelques mots sur les cons quences de ce nous venons de pr senter au paragraphe pr c dent nous consacrerons une partie du chapitre 3 cette question pineuse Nous savons que la vitesse de propagation des ondes lectromagn tiques Vpop est de l ordre de 200 000 km s dans les lignes lectriques filaires et les fibres optiques ou encore dit autrement que les ondes mettent env
40. t d abord d crire rapidement avec le plus de d tails possible les propri t s intrins ques de chacun Pour des raisons videntes de facilit et de compr hension nous avons utilis comme fil rouge des exemples d applications li es au march automobile Nous continuerons utiliser celui ci comme support des exemples mais en largissant syst matiquement d autres domaines leurs champs d applications Partant de cela et sachant que le probable e vehicule v hicule lectronique de demain sera simultan ment con u pour tre un outil pour se d placer confortable ment et en toute s curit une annexe de la maison et une annexe du bureau entrons dans le vif du sujet concernant les syst mes multiplex s embarqu s leur fonctionnement et leurs applications multiples Pour cela imageons l ampleur du champ d application de ces concepts en imaginant le devenir futuriste et n an moins tr s r aliste d un v hicule automobile Sur le principe la fonction principale d un v hicule automobile est de se d placer confortablement et en toute s curit Ceci inclut la motorisation le freinage la suspension la gestion de l habitacle acc s s curis porti res coffre etc le confort unit de climatisation r glage des si ges la protection active passive air bag etc la t l matique laide la navigation etc Remarquez que chacun de ces syst mes sous tend g n ralement
41. total un bit min de t bit 2 t bus 2 t out 2 t in t sync t clock Dunod Toute reproduction non autoris e est un d lit 1 1 Notions d acc s au r seau et d arbitrage 1 1 5 1 1 6 Exemple avec un d bit binaire de 100 kbit s soit un bit time de 10 us on peut atteindre une longueur de r seau d environ 900 m Nous d taillerons toutes ces notions au chapitre 3 Notion d lasticit d un syst me La configuration architecturale et topologique d un syst me distribu est g n rale ment diff rente d une application Pautre et pour une m me application elle peut m me voluer ou tre modifi e dans le temps en fonction des besoins satis faire Pour mieux nous faire comprendre citons titre d exemple le cas des instal lations de cha nes de production industrielles qui bien qu ayant toujours le m me aspect global ont besoin d tre reconfigur es de temps autre pour s adapter aux produits fabriquer En ce qui concerne les syst mes ou les r seaux on d finit g n ralement par le terme lasticit scalability l aptitude tol rer un change ment de configuration avec un minimum de reprogrammation possible concernant le transfert de donn es effectuer Examinons un peu plus en d tail les probl mes li s l lasticit d un r seau L information qui est re ue et trait e quelque part dans un syst me distribu doit tre cr e et transmise u
42. ubrique enrichissez votre vocabulaire 14 Dunod Toute reproduction non autoris e est un d lit 1 1 Notions d acc s au r seau et d arbitrage 1 1 3 Cette notion est g n ralement diffuse et touche des calculs statistiques ordon nancement longs et fastidieux principalement dans les syst mes dit temps r el La raison est simple seuls quelques messages sp cifiques ont r ellement besoin d avoir des temps de latence garantis et ce pendant les cr tes de trafic Il est donc n cessaire de consid rer deux sortes de messages R les messages dont la latence doit tre garantie S les autres et bien s r M R S la totalit des messages La courbe de la figure 1 1 donne la distribution de la probabilit du temps de latence en fonction de celui ci dans le cas o la requ te de transmission n est demand e qu une seule fois P tiat Priorit Figure 1 1 KES Latence BO maximale s AR ver Y mi PEN gt 0 tm max cycle tiat La valeur particuli re est le temps repr sentant un cycle moyen d activit du r seau constitu de M messages de longueur temporaire comportant N bits Les courbes d pendent de la priorit des messages La distribution de la probabilit de priorit 1 revient 0 aussit t apr s le transfert du message le plus long Contention au niveau bit Ce principe CSMA CA utilis dans le CAN breve
43. un r seau multi plex d di pour le moteur et la bo te de vitesse CAN HS FlexRay pour l habitacle et le confort CAN low speed fault tolerant pour la protection Safe by Wire IP5 De plus en plus le v hicule devient une annexe ou une succursale de la maison avec ses quipements domestiques hautement sophistiqu s audio vid o jeux vid o t l phonie etc Dunod Toute reproduction non autoris e est un d lit Introduction Il devient de plus en plus galement une annexe du bureau imprimante bord voiture communicante e GSM e Bluetooth diff rents d bits e ZigBee NFC Near Field Communication Tout cela entra ne des couches superpos es de r seaux sp cifiques et d di s et bien s r de nombreuses passerelles entre ces r seaux dont vous trouverez de nombreux d tails dans les chapitres suivants Le but de cet ouvrage est donc de vous entra ner dans les m andres de ces r seaux et de leurs interconnexions Maintenant que vous voil pr venu mettons nous l uvre Infrastructure d un v hicule ce jour de tr s nombreuses couches de liaisons et de communications s entre croisent dans un v hicule Il en est de m me dans un avion ou dans tout autre syst me embarqu de haut niveau Certes pour ces derniers certains r seaux utilis s sont diff rents mais les probl mes restent sensiblement les m
44. ur LIN 2 2A Protocoles time triggered TTCAN FlexRay Les protocoles time triggered 8 1 Quelques g n ralit s 8 2 Aspects event triggered et time triggered 8 3 TTCAN Time triggered communication on CAN 277 277 279 292 292 295 305 305 306 307 9 10 11 Hauts d bits et syst mes redondants 9 1 Hauts d bits 9 2 X by Wire 9 3 Redondances 9 4 Des besoins applicatifs de haut niveau 9 5 TTP C Time triggered protocol FlexRay 10 1 La gen se 10 2 Le Consortium FlexRay 10 3 But de FlexRay 10 4 Protocole FlexRay 10 5 Couche physique de FlexRay 10 6 Saint Chro priez pour nous 10 7 Architecture d un n ud FlexRay 10 8 Composants lectroniques FlexRay 10 9 Conclusion Qui dit bus dit fail safe SBC dit passerelles 11 1 Le pourquoi SBC et les multiples aspects des fail safe SBC 11 2 La strat gie et philosophie du re use 113 Gateways C Protocoles audio video Most Ethernet 12 o Les r seaux et bus audio vid o 13 12 1 Bus 12C 12 2 Bus D2B Domestic digital bus 12 3 Bus MOST Media oriented systems transport 12 4 Bus IEEE 1394 ou FireWire Ethernet dans l automobile 13 1 Introduction 13 2 Les nouvelles applications automobiles 13 3 Les nouvelles requ tes techniques 13 4 Le choix d Ethernet un bon pr tendant 311 311 311 312 313 317 319 319 320 321 324 332 340 344 346 350 353 354 364 365 371 371 372 374 380 387 387 389 389 398 VII
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