Guestbook

Beruf, Technologien

Ich bin Dipl.Physiker, arbeite als Director in der Software-Entwicklung bei der Vector Informatik GmbH.
Mein besonderes Interesse dabei galt immer dem Standard CANopen, dort arbeitete ich seit knapp 20 Jahren bis 2012 aktiv mit.

Nach Entwicklung des ersten Produkts, des CANalyzer, kamen im Laufe der Zeit dann viele weitere Produkte dazu, hier ist vor allem CANoe.CANopen zu nennen, das den komplette Entwicklungsprozess, ab Kommunikationsdesign und dessen Verifizierung, über Modulentwicklung und Test und Validierung unterstützt, und dabei sehr stark auf automatisierte Verfahren setzt.

Einige der Produkte, die ich bei Vector für CANopen verantworte, finden sich in CANopen-Solutions. Hierbei bieten wir auch Freeware an, insbesondere einen Editor/Checker für EDS/XDD. Inklusive einem Diskussions-/Support-Forum findet man das in https://canopen-forum.com/.

CANopen war dabei nicht mal das erste HLP auf CAN. Das HLP mit dem höchsten Stellenwert wurde dann SAE J1939, das mittlerweile bei nahezu allen Truck-OEMs weltweit anzutreffen ist. Zu nennen sind dann noch NMEA2000 und ISOBUS, eine komplette Liste würde den Rahmen hier aber sprengen. Als Referenz sei hier daher nur noch J1939 Solutions genannt.

Relativ neu (2009) hinzugekommene Arbeitsgebiete sind Mess- und Testwerkzeuge für die Luftfahrt und Mess-und Testwerkzeuge für die Fahrzeug-Ad-hoc-Netze, auch als Car2x bezeichnet. Seit einigen Jahren entwickeln einige der deutschen Pkw-OEM erweiterte Kommunikationskonzepte, die modernen Anforderungen wie zum Beispiel von Kamera-basierten Fahrerasistenzsystemen Rechnung tragen sollen. Einen deutlichen Sprung in Richtung Serienentwicklung brachte das Jahr 2011. Dies wurde auch durch diverse Beiträge auf dem VDI-Kongress Elektronik im Kraftfahrzeug in Baden-Baden unterstrichen. Vector steht hier in engem Kontakt mit den OEM und stellt bereits erste Werkzeuge wie zum Beispiel CANoe.IP als Produkte zur Verfügung.

Nach den positiven Erfahrungen bei Car2x und IP entschloss sich Vector, eine Vorentwicklung aufzubauen. Seit Anfang 2013 bin ich für diesen Bereich zuständig. Die Startthemengebiete sind ITS (Intelligent Transport Systems) inklusive Car2x, Security in Automotive Communication, und Luftfahrt-Technologien.

Vector Informatik GmbH

Grosse Teile dieses Abschnitts stammen von http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Vector_Informatik&oldid=86943370 (welches ich selbst in grossen Teilen geschrieben habe).

'''Vector''' entwickelt Softwarewerkzeuge und -komponenten für die Vernetzung in elektronischen Systemen, die auf den seriellen Bussystemen CAN, LIN, FlexRay, Ethernet und MOST basieren sowie auf CAN-basierten Protokollen wie SAE J1939, CANopen, ARINC 825 und weiteren. Der Stammsitz des Unternehmens ist ''Vector Informatik GmbH'' in Stuttgart. Zur Vector Informatik gehören neben den Niederlassungen in Braunschweig, München, Regensburg und den Auslandstöchtern in USA, Japan, Frankreich, Schweden, England, Korea, China und Indien auch die Vector Consulting Services GmbH.= Controller Area Network - CAN =Einer unserer Geschäftsführer war in seiner Zeit bei Bosch einer der beiden ursprünglichen Entwickler von CAN. Nach der Gründung von Vector wurde dann auch bald das Baby wieder zum Thema. CAN selbst ist ganz gut in http://de.wikipedia.org/wiki/Controller_Area_Network beschrieben.

CANopen

Grosse Teile dieses Abschnitts stammen von http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=CANopen&oldid=86501082 (welches ich selbst in Teilen geschrieben habe).

CANopen ist ein auf CAN (Controller Area Network) basierendes Kommunikationsprotokoll, welches hauptsächlich in der Automatisierungstechnik und zur Vernetzung innerhalb komplexer Geräte verwendet wird. Das Hauptverbreitungsgebiet von CANopen ist Europa. Jedoch steigen sowohl in Nordamerika als auch in Asien die Nutzerzahlen. Es wurde vorwiegend von deutschen mittelständischen Unternehmen initiiert und im Rahmen des ESPRIT-Projekts ASPIC unter Leitung von Bosch als Prototyp von 1993 bis 1995 erarbeitet. Seit 1995 wird es von der Organisation CAN in Automation '''(CiA)''' gepflegt und ist als Europäische Norm EN 50325-4 standardisiert.

Grunddienste von CANopen

In CANopen sind mehrere Grunddienste (Dienstprimitive) definiert. Diese Grunddienste sind:

''Request'': Anforderung eines CANopen-Dienstes durch die Anwendung
''Indication'': Meldung an die Anwendung, dass ein Ergebnis oder eine bestimmte Nachricht vorliegt
''Response'': Antwort der Anwendung auf eine Indication
''Confirmation'': Bestätigung an die Anwendung, dass ein CANopen-Dienst ausgeführt wurde

In CANopen werden neben diesen Client-Server-Diensten auch weitere Kommunikationskonzepte wie das Producer-Consumer-Konzept genutzt. Darin zeigt sich, dass CANopen kein klassisches Master-Slave-System ist. Ursprünglich deckt CANopen im OSI-Modell die Anwendungschicht (Schicht 7) ab und nutzt CAN als Schicht-2-Transportmedium. Seit 2006 sind jedoch auch vermaschte Netzwerke mit Routing-Möglichkeiten standardisiert.

Kommunikationsobjekte

Kommunikationsobjekte können folgendermaßen gegliedert werden in

''Servicedatenobjekte'' (SDO) zur Parametrisierung von Objektverzeichniseinträgen,
''Prozessdatenobjekte'' (PDO) zum Transport von Echtzeitdaten,
''Netzwerkmanagement-Objekte'' (NMT) zur Steuerung des Zustandsautomaten des CANopen-Geräts und zur Überwachung der Knoten,
weitere Objekte wie Synchronisationsobjekt, Zeitstempel und Fehler-Nachrichten.

Objektverzeichnis

Alle Kommunikationsobjekte und alle Anwenderobjekte werden im Objektverzeichnis (OV) (engl. Object Dictionary (OD)) zusammengefasst. Das OV ist im CANopen-Gerätemodell das Bindeglied zwischen der Anwendung und der CANopen-Kommunikationseinheit. Jeder Eintrag im Objektverzeichnis steht für ein Objekt und wird durch einen 16-Bit-Index gekennzeichnet. Ein Index kann wiederum bis zu 256 Subindizes enthalten. Dadurch können unabhängig von den "11-Bit-Identifiern" bis zu 65536 * 254 Elemente unterschieden werden. (Die Subindizes 0 und 255 können nicht frei verwendet werden.)In Profilen ist die Zuordnung von Kommunikations- und Geräteprofilobjekten zu einem jeweiligen Index genau definiert; somit wird mit dem Objektverzeichnis eine eindeutige Schnittstelle zwischen der Anwendung und der Kommunikation nach außen definiert.So ist beispielsweise jedem CANopen-Knoten im Netz bekannt, dass auf Index 1017h das Heartbeat-Intervall zu finden ist, und jeder Knoten oder jedes Konfigurationsprogramm kann lesend oder schreibend darauf zugreifen.

Indexbereich	Verwendung
0000	nicht genutzt
0001-009F	Datentypen (Sonderfall)
00A0-0FFF	reserviert
1000-1FFF	Kommunikationsprofil
2000-5FFF	herstellerspezifischer Bereich
6000-9FFF	bis zu 8 standardisierte Geräteprofile
A000-AFFF	Prozessabbilder von IEC61131-Geräten
B000-BFFF	Prozessabbilder von CANopen-Gateways nach CiA 302-7
C000-FFFF	reserviert

Für jedes Kommunikationsobjekt existiert eine eindeutige COB-ID (Communication Object Identifier) im Netzwerk. Die COB-ID besteht aus 32-Bit-Werten, wobei die ersten beiden Bits jeweils eine objektspezifische Bedeutung haben. In einem 11-Bit-CAN-Netz haben die folgenden 19 Bits (29 bis 11) den Wert 0 und die letzten Bits (10 bis 0) entsprechen dem CAN-Identifier.Servicedatenobjekte stellen einen Dienst zum Zugriff auf das Objektverzeichnis bereit.Jedes CANopen-Gerät benötigt mindestens einen SDO-Server, welcher SDO-Anforderungen von anderen Geräten entgegen nimmt und bearbeitet.Per Default-Einstellung nutzen Nachrichten zum SDO-Server eines Geräts die Knotennummer des Empfängers + 1536 als COB-ID bzw. als "Identifier" für die CAN-Nachricht.Für die Antwort des SDO-Servers wird als "Identifier" die Knotennummer des Senders + 1408 verwendet.Mit diesen relativ hohen und somit niederpriorisierten IDs werden Einträge im OV übertragen.Für diesen SDO-Transfer existiert ein Protokoll, welches 4 Byte benötigt um die Senderichtung, den Index und den Subindex zu kodieren.Somit bleiben nur noch 4 Byte von den 8 Byte eines CAN-Datenfeldes für den Dateninhalt übrig.Für Objekte, deren Dateninhalt größer als 4 Byte ist, gibt es noch zwei weitere Protokolle zum fragmentierten SDO-Transfer.Im Gegensatz zu dem niederpriorisierten und mit Protokolldaten überladenen SDO-Transfer stellen die Prozessdatenobjekte eine schnellere Möglichkeit zum Transport von Prozessdaten zur Verfügung.Die zum PDO-Transfer genutzten "Identifier" liegen bei Defaulteinstellungen im COB-ID-Bereich von 385 bis 1407 und sind somit höherpriorisiert als die SDO-Nachrichten. Weiterhin enthalten sie nur Nutzdaten, und somit stehen 8 Byte zur Verfügung.Der Inhalt der Nutzdaten wird über PDO-Mapping-Einträge bestimmt.Dies sind Objekte im OV, die wie eine Zuordnungstabelle festlegen, welche Daten über ein PDO übertragen werden.Diese Daten sind wiederum Inhalte anderer Objekte des OV.In einem PDO können auch die Werte mehrerer Objekte übertragen werden, und die Empfänger des PDOs können entsprechend ihrer PDO-Mapping-Einträge nur Teile der Daten nutzen.Beim Empfang eines PDOs werden wiederum die Daten entsprechend den Mapping-Einträgen in jeweils andere Objekte des OV, z. B. in ein digitales Ausgangsobjekt, geschrieben.Die Übertragung von PDOs kann zyklisch, ereignisorientiert, abgefragt oder synchronisiert geschehen.Netzwerkverwaltungsobjekte dienen der Verwaltung des Netzes. So gibt es u.a. Nachrichten, welche eine Zustandsänderung in einem Gerät veranlassen oder globale Fehlermeldungen verbreiten.Das Sync-Objekt sendet oder empfängt beispielsweise die hochpriorisierte SYNC-Nachricht, welche der Synchronisation der Knoten im Netz dient und mit dem Zeitstempel-Objekt eine einheitliche Zeit im Netz sicherstellt.Daneben gibt es im Kommunikationsprofil und insbesondere in den Geräte-Profilen noch eine Vielzahl anderer Objekte.

Geräteprofile

Für eine Reihe von Geräteklassen wurden CANopen-Geräteprofile definiert.Diese Geräteprofile definieren die Funktionalität und den Aufbau des Objektverzeichnisses für die jeweiligen Geräte.Durch die Nutzung von CANopen-Geräten, welche einem bestimmten Profil entsprechen, wird eine höhere Unabhängigkeit von Geräteherstellern erreicht.Einige der Geräteprofile sind:

Standard	Geräteklasse
CiA 401	IO-Module
CiA 402	elektrische Antriebe
CiA 404	Sensoren und Regler
CiA 405	Programmierbare Geräte (SPS) nach IEC 61131-3
CiA 406	Geber
CiA 408	hydraulische Antriebe
CiA 445	RFID-Schreib-Lesegeräte

Anwendungsprofile

Im Gegensatz zu den Geräteprofilen wird bei den Anwendungsprofilen nicht die Funktionalität einer Gruppe von Geräten (Antriebe, Encoder, Ein-/Ausgänge) beschrieben, sondern die Funktionen einer Anwendung. So gibt es z. B. Anwendungsprofile für Aufzugsanlagen (CiA 417), Schienenfahrzeuge (CiA 421) oder Müllfahrzeuge (CiA 422). Einige Anwendungsprofile sind:

Standard	Anwendung
CiA 410	Neigungsmesser
CiA 412	Medizinische Geräte
CiA 413	Gateways zu LKW-Aufbauten
CiA 415	Sensoren für Straßenbaumaschinen
CiA 416	Türsteuerungen
CiA 417	Aufzugssteuerungen
CiA 418/9	Batterien und Ladegeräte
CiA 420	Extruder-Nachfolgegeräte
CiA 444	Kran/Spreader

Electronic Datasheets

Für die Nutzung von CANopen-Geräten sind weiterhin elektronische Datenblätter, sogenannte EDS-Dateien, nötig. Diese Dateien in einem standardisierten Textformat beschreiben sowohl die wichtigsten Parameter der Objekte der Objektverzeichnisse eines Gerätes als auch physikalische Parameter wie z. B. die unterstützten Baudraten. Konfigurationstools können EDS-Dateien einlesen und mit ihrer Hilfe mit dem jeweiligen Gerät kommunizieren und es ggf. parametrisieren. Zur Prüfung der syntaktischen Korrektheit eines EDS gibt es das freie Tool CANchkEDS. ⁽⁴⁹²⁾.

Seit Anfang 2007 ist ein auf XML-basierendes Beschreibungsformat XDD standardisiert. Dieses Format basiert auf dem ISO-Standard 15745 und erlaubt eine detaillierte Beschreibung der Gerätefunktionalität. Dabei wird die Applikation unabhängig von CANopen beschrieben und die Parameter der Applikation den CANopen-Objekten zugeordnet. Für dieses neue XML-basierte Format, als auch das davor gültige EDS-Format gibt es einen freien Editor namens CANeds⁽⁴⁹³⁾.

Werkzeuge

Neben den schon genannten EDS-Werkzeugen gibt es zeitsparende und qualitätssteigernde Werkzeuge für eine Vielzahl von typischen Aufgaben. Diese sind finden sich in Die komplette Lösung f�r die CANopen-Vernetzung.

SAE J1939

Charakteristisch f�r J1939 ist die Verwendung der CAN-Technologie zur Vernetzung und Kommunikation sowie eine hersteller�bergreifende Interoperabilit�t. Das Protokoll J1939 stammt von der internationalen Society of Automotive Engineers (SAE) und arbeitet auf dem Physical Layer mit CAN-Highspeed nach ISO11898.

Typische Einsatzgebiete des J1939-Protokolls sind:

Vernetzung im Nutzfahrzeug, z.B. Antriebsstrang, Chassis, OBD
Flottenmanagement (FMS)
Venetzung von Truck mit Trailer auf Basis von ISO 11992

Es gibt eine Reihe von zeitsparenden und qualitätssteigernden Werkzeuge für eine Vielzahl von typischen Aufgaben. Diese sind finden sich in Lösungen f�r die J1939-Vernetzung.

ISO11783 - ISOBUS

Der J1939-basierte ISO-Standard 11783 beschreibt die CAN-basierte Kommunikation in offenen Netzwerken für den mobilen Einsatz im landwirtschaftlichen Bereich. ISO11783 ist ein Multi-Master-Netzwerk auf der Basis von CAN, dessen Protokoll mit J1939 harmonisiert ist. Wichtige Merkmale für den Anwender sind:

Herstellerübergreifende Interoperabilität zwischen Anbaugerät und Traktor.
Nutzung eines einzigen Ein-/Ausgabeterminals (Virtual Terminal) für alle Anbaugeräte.

Der Begriff ISOBUS beschreibt einen praktischen Mindestumfang an Funktionalität für Software und Hardware, den Steuergeräte bzw. Netze bereitstellen müssen. Dies ist notwendig, um die Interoperabilität zwischen verschiedenen Herstellern von Steuergeräten zu jedem Zeitpunkt gewährleisten zu können. Da dieser Standard aus der ISO11783-Norm zwischenzeitlich 13 Dokumente umfasst, die sich in einem unterschiedlichen Reifegrad befinden, erlaubt dies eine frühzeitige Implementierung von Komponenten.

Hierfindet sich die Vector-Werkzeugkette ISOBUS / ISO11783.

Car2x - die Automotive Technologie von morgen

Car2x ist ein Sammelbegriff für eine Vielzahl von Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten. Diese haben das Ziel, die Sicherheit der Mobilität zu erhöhen, die Verkehrseffizienz zu steigern sowie dem Bedarf an Komfort gerecht zu werden. Hierbei werden Funktionen untersucht, die durch Kommunikation zwischen Fahrzeugen oder zwischen Fahrzeug und Infrastruktur besser umgesetzt werden können oder überhaupt erst ermöglicht werden. Beispiele für solche Funktionen sind Kreuzungsassistent und Stauendewarnung.

Car2x wird häufig unterteilt in Car2Car und Car2Infrastructure, wobei bei letzterem noch unterschieden wird zwischen Car2Roadside, Car2Service, Car2Home und weiteren. Übliche alternative Bezeichnungen für Car2x sind V2V (Vehicle to Vehicle), V2I (Vehicle to Infrastructure), IntelliDrive, ConnectedVehicle und auch im weiteren Sinne ITS (Intelligent Transport Systems).

Besondere Herausforderungen bei der Entwicklung von Car2x-Systemen ergeben sich durch:

neue Technologien wie bspw. IEEE 802.11p
parallelen Einsatz verschiedener Technologien mit Datenfusion (Wireless, Radarsysteme verschiedener Reichweite, Laserscanner, bildverarbeitende Systeme u.v.m.)
Vereinheitlichung über Herstellergrenzen bis hin zu internationalen Standards
Zusammenarbeit verschiedener Branchen (Kfz-Branche, Telekommunikation, Verkehrsleitsysteme, u.a.m.)
die Komplexität der Einführungsszenarien

Vector bietet zur Entwicklungsunterstützung eine Werkzeugkette Car2x
Quelle: Vector⁽⁴⁹⁴⁾

Ethernet im Automobil

Aufgrund steigender Datenmengen im Pkw durch Assistenzssysteme, Kameras und andere neue Technologien untersuchen die OEMs den Einsatz von Ethernet. Die beteiligten Firmen arbeiten in der OPEN Alliance SIG zusammen. Dort wird der Physical Layer BroadR-Reach reif gemacht und zulünftige Weiterentwicklungen untersucht. Vector ist hier auch Mitglied.
Seit 2012 arbeitet insbesondere BMW mit seinen Zulieferern am Einsatz in der ersten Serie.

Gänzlich andere Anforderungen führen dabei zu einer Nutzung von Ethernet, die sich sehr vom üblichen Internet, Firmennetzwerk oder Heimnetzwerkansatz unterscheiden. Daher bringt auch der Einsatz bekannter Werkzeuge wie Wireshark nicht den geforderten Nutzen.

Das Entwicklungswerkzeug CANoe.IP trägt dem Rechnung durch:

Extraktion von periodischen Signalen aus Ethernet-Paketen sowie deren Darstellung in Daten- und Grafikfenster
Verarbeitung von Ethernet-Paketen und daraus extrahierter Signale in CAPL
Darstellung und Beeinflussung der Signale in Panels
Versenden selbstkonfigurierter Ethernet-Pakete mit dem Ethernet Packet Builder
Programmierbarer Versand von Ethernet-Paketen in CAPL
Simulation von Ethernet-Knoten und Gateways
Test von Gateway-Funktionalität durch Analyse der Kommunikation auf verschiedenen Bussystemen
Keine Beeinflussung der Netzwerkkommunikation durch das Betriebssystem Windows oder andere Anwendungen dank der isolierten Netzwerkschnittstelle. Das kann insbesondere bei Echtzeit-Systemen eine notwendige Anforderung sein.

Quelle: Vector⁽⁴⁹⁵⁾

Luftfahrt-Datenbusse für Avionik, Triebwerkssteuerung und Kabinenelektronik

In der Luftfahrtindustrie sind eine Reihe von Bussystemen etabliert. Vector bietet f�r diese Vernetzungen eine durchg�ngige Unterst�tzung mit bew�hrten Produkten und umfassenden Dienstleistungen:

Protokoll	Beschreibung	Produkte
CAN propriet�r	Bisher wird CAN in der Luftfahrt vorwiegend mit propriet�ren Protokollen eingesetzt. Eine Vereinheitlichung der Nutzung erfolgt derzeit �ber ARINC 825 (siehe unten).	CANalyzer.CANaero CANoe.CANaero
ARINC 810 / 812	ARINC 810 und 812 spezifizieren die Kommunikation zwischen Modulen der Bordk�che (Galley Master, Galley Inserts). Der Schwerpunkt liegt hierbei auf dem Power Management.	CANalyzer.CANaero CANoe.CANaero
ARINC 825	ARINC 825 spezifiziert sowohl die grundlegende Kommunikation innerhalb von CAN-basierten Subsystemen als auch zwischen CAN-Subsystemen, die beispielsweise per AFDX verbunden sind. Es bietet Adressierungsmechanismen, Kommunikationsmechansimen, eine Servicestruktur, Profilbeschreibungen u.v.m.	CANalyzer.CANaero CANoe.CANaero
ARINC 826	ARINC 826 spezifiziert den Software Data Load �ber CAN. Hierzu wurden die Mechanismen der ARINC 615A auf CAN angepasst und optimiert.	CANalyzer.CANaero CANoe.CANaero
ARINC 664 / AFDX^®	AFDX^® (Avionics Full DupleX Switched Ethernet) dient als Next Generation Aircraft Data Network. Es findet bereits seinen Einsatz in A380, A350, B787 und weiteren Programmen. AFDX ist registriertes Trademark von Airbus	geplant
CANaerospace	CANaerospace wurde von der Firma Stock Flight Systems entwickelt. Das Protokoll hat Einsatzschwerpunkte bei Engineering Simulatoren, Simulationscockpits und insbesondere im italienischen Bereich bei Drohnen (UAVs).	CANalyzer.CANaero CANoe.CANaero
CANopen	CANopen ist in allgemeinen Embedded Systemen weit verbreitet. Im Luftfahrtbereich wird es bei der Integration industrieller COTS und bei Demonstratoren verwendet.	Vector L�sungen f�r CANopen
Ethernet	Zus�tzlich zu AFDX^® findet auch Standard-Ethernet Verwendung, beispielsweise bei Entertainment-Systemen.	CANalyzer.IP CANoe.IP
FlexRay	FlexRay ist ein skalierbares, flexibles Highspeed-Kommunikationssystem, das den wachsenden sicherheitsrelevanten Anforderungen im Automobil gerecht wird.	Vector L�sungen f�r FlexRay

Quelle: Vector⁽⁴⁹⁶⁾

Einzelnachweise

References

References⁽⁴⁹²⁾↑ Quelle für den Download des freien EDS-checkers CANchkEDS
⁽⁴⁹³⁾↑ Quelle für den Download des freien Editors CANeds
⁽⁴⁹⁴⁾↑ Vector-Website zu Car2x
⁽⁴⁹⁵⁾↑ Vector-Website zu CANoe.IP
⁽⁴⁹⁶⁾↑ Vector-Website zur Luftfahrt

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