Proposta de melhoria de tempo de resposta para o protocolo FTT-CAN : estudo de caso em aplicação automotiva

Abstract

Nos últimos anos os sistemas embarcados tem-se tornado notório nos mercados de eletroeletrônicos de consumo, automação industrial e comercial e em veículos em geral. Grande parte destas aplicações possui restrições temporais, sendo assim caracterizadas como sistemas de tempo real embarcado. Atualmente, a computação distribuída tem alcançado este tipo de sistema e por razão principal em custos desses sistemas, alguns barramentos ou redes de comunicação vêm sendo empregados como plataforma de conexão entre módulos eletrônicos. Um exemplo de aplicação de sistemas embarcados distribuídos e de tempo real é a eletrônica embarcada em veículos automotores, onde se encontram várias unidades de controle eletrônico espalhadas interior desses veículos com diferentes funções e se comunicando via rede de comunicação. Algumas pesquisas importantes nesta área já apresentaram diferentes abordagens em sistemas distribuídos de tempo real (SDTR) objetivando cobrir a crescente demanda de desempenho, previsibilidade e confiabilidade dessas aplicações emergentes. Tais requisitos envolvem baixa latência de transmissão, baixa variabilidade no tempo (jitter), tolerância a falhas e suporte para atualizações futuras - flexibilidade. Particularmente na área automotiva, onde é considerada a possibilidade de substituição de dispositivosmecânicos/hidráulicos por sistemas eletrônicos, conhecidos como "by-wire" systems. Assegurar um comportamento previsível e confiável desses sistemas assim como agregar um nível de flexibilidade são características necessárias em grande parte de aplicações de SDTR. O modelo de comunicação FTT (Flexible Time-Triggered) apresentado nesta dissertação, apresenta um alto grau de flexibilidade em relação a outros protocolos, tais como TTCAN, TTP e FlexRay. Um sistema distribuído de tempo real baseado no modelo FTT se adapta às mudanças de requisitos da aplicação em tempo de execução, sendo possível adicionar novas unidades de controle eletrônico sobre a rede após a fase de projeto. Esta característica advém do escalonador dinâmico deste modelo de comunicação. Este trabalho apresenta algumas propostas de melhoria de desempenho de tempo de resposta do protocolo FTT-CAN, descrevendo alguns pontos negligenciados na atual especificação do protocolo. As propostas têm como foco a estratégia de disparo de mensagens e tarefas, sendo a primeira relacionada à transmissão de mensagens síncrona (ou time-triggered), onde existem dois inconvenientes que geram jitter neste segmento de transmissão; a segunda é relacionado ao disparo de tarefas, onde existem algumas deficiências na liberação de tarefas síncronas na atual especificação do protocolo FTT-CAN.

Embedded computing systems have become widely used in many areas. The greater part of those systems has time constraints and therefore they can be characterized as real time embedded systems. Nowadays, distributed computing has reached the embedded application, where some fieldbuses are already being used as communication platforms. Some important researches has presented different approaches in the real time distributed embedded system domain aiming to cover the growing demands of performance, predictability and reliability of emerging applications. Such requirements involve low latency, reduced jitter, time composability, fault-tolerance and support for future extensions – flexibility. Particularly in the automotive area, on which several mechanical and/or hydraulic systems are being replaced by electronic "by-wire"systems, the importance of ensuring predictable behavior while also presenting some degree of flexibility plays a key role. Regarding to the flexibility, the Flexible Time Triggered communication model stands out against the others ones due to its high degree of flexibility. In this context, the FTT communication model appears as an interesting approach due to its high degree of flexibility while still ensuring a deterministic timing behavior. A distributed system based on a FTT communication infrastructure can adapts to changing application requirements, making possible the addition of new messages and nodes during operation. In this way, the communication infrastructure needs to schedule newest messages on-line. This master’s work presents some proposals to improve the FTT-CAN response-time and indicating some drawbacks in already presented approaches. The improvements are concerning messages and tasks scheduling. Despite of its interesting characteristics, FTT CAN present some negative aspects regarding its timing behavior: the issue is on the synchronous message transmission, where there are two neglected points that generate jitter in this traffic; the other one is tasks dispatching, where there are some deficiencies concerning synchronous tasks execution. These disadvantages were not discussed in literature yet. This work presents new proposals to task and message scheduling of FFT-CAN based applications, therefore overcoming some of the main drawbacks of the protocol.