OSV Univ Rennes 1

1. Atelier Bus de communication - OSV
MobBI, une plateforme technologique au service des entreprises
Mobilité et
Transports
FORMATIONS
INSERTION
PROFESSIONNELLE
EXPERTISES/ETUDES
Bâtiments
Intelligents
FORMATIONS
INSERTION
PROFESSIONNELLE
EXPERTISES/ETUDES
Site internet : https://mobbi.univ-rennes1.fr Twitter : @MobBI_UR1
- Bretagne
- Grand Ouest
- National
Mutualisation de moyens matériels et humains d’établissements d’enseignement au service des entreprises
pour favoriser et accompagner leurs projets en matière de R&D et d'Innovation et ainsi permettre leur
développement économique.
MobBI : Systèmes embarqués pour la Mobilité et les Bâtiments Intelligents
Ne pas diffuser sans autorisation préalable de la PFT MobBI – Contact : BLANCHARD Jérôme – jerome.blanchard@univ-rennes1.fr

2. Le multiplexage
L’intégration de fonctions multiples au sein d’un boitier : LE CALCULATEUR (ECU)
Par exemple…
 CMM : Calculateur moteur multifonctions (injection, allumage, dépollution, gestion du refroidissement, etc.)
 BVA : Boite de Vitesse Automatique
 BSI : Boitier de servitude intelligent qui centralise les informations issues des différents calculateurs et réseaux de la voiture.
Dans ce type de câblage TRADITIONNEL, les éléments émetteurs
et les éléments récepteurs sont toujours reliés par au moins un
fil.
ECU : Electronic Control Unit
Le multiplexage consiste a faire circuler plusieurs informations entre divers
équipements sur un seul canal de transmission. Cette solution technologique est
inspirée des réseaux informatiques :
 Une simplification du câblage.
 Une possibilité d’enrichissement des fonctions.
 Une réduction du nombre de capteurs par le partage des
informations.
? La distance et la rapidité de communication.
? L’environnement thermique et électrique.
? La sécurité des échanges.
AVANT APRES

3. Overview d’une architecture EE* « générique » d’aujourd’hui
Source : In-Vehicle Networking / Freescale
*EE : Electrique Electronique

4. Architecture EE de l’Audi A8 (2010)
Source : http://www.forum-audi.com/topic-271-electricite-electronique-reseau-de-bord-de-l-audi-a8-d4.html

5. Architecture EE de référence : BMW I3-I8 (2012-2015)
Source : MobBI - MERCI Gilles !

6. Source : Citroen.fr/citroen-c5-tourer - Citroen.fr/citroen-c5-berline - Mazda3 - Renault/Trafic-fourgon
Le protocole LIN
Topologie MAITRE / ESCLAVE
Le maître contrôle le bus et scrute les esclaves afin qu'ils partagent leurs
données sur le bus. Les esclaves ne fournissent des données que lorsqu'ils sont
sollicités d'après une répartition définie des fenêtres temporelles allouées à
chaque nœud du réseau.
 Système déterministe;
 Idéal comme sous-réseau du CAN;
 Transmission de données sur un seul fil;
 Trame contenants jusqu’à 8 octets de données;
 Débit de communication très faible (19,2 Kbits/s max);
 Gestion des erreurs seulement sur demande du maitre;
 Non utilisable pour les communications évènementielles;
 Mauvaise gestion de la bande passante;
 Disponibilité du système (échec total si le maitre échoue);
 Possibles perturbations dues au transport des données sur un seul fil.
LIN (Local Interconnect network) est un protocole de communication créé pour
la commande des éléments de confort (climatisation, vitres électriques, etc.)
dans l'industrie automobile. Il se veut économique pour les constructeurs, tant
lors de la conception du réseau que lors de son implantation dans le véhicule.
ISO 17987

7. Le protocole MOST
La fibre optique…
 Est insensible au interférences électromagnétiques;
 N'émet pas d'interférences;
 Offre un taux de transmission élevé;
 Ils peuvent être plus léger et flexible que certaines liaisons de
données électriques blindés.
 Est un équipement plus coûteux;
 Les câbles de fibre optique ne doivent pas être pliés (risque de
cassure);
Topologie en « anneau »
Un « jeton » circule sur le réseau et seule la station qui possède le jeton
a le droit d'émettre.
MOST (Media Oriented Systems Transport) est un système de transmission de données
qui permet de réaliser un système d’infodivertissement complexe.
 25 Mbit/s (MOST25) (fibre optique : POF)
 50 Mbit/s (MOST50) (fibre optique ou paire torsadée)
 150 Mbit/s (MOST150) (POF ou paire torsadée)
(support d’un canal Ethernet)
Cette technologie est utilisée dans les véhicules haut de gamme pour relier les
systèmes de télématique (communication entre le système mains-libres et l'autoradio
ou le lecteur DVD, navigation GPS, écrans de télévision, etc).
 Quantité de câble nécessaire minimale
 Protocole simple, évite la gestion des collisions
 Retrait ou la panne d'une entité active paralyse le réseau.
 Difficile d'insérer une nouvelle station

8. Le protocole CAN
Topologie MULTI-MAITRES
Chaque calculateur présent sur le réseau a la possibilité de communiquer des
informations quand il le souhaite. Au niveau du CAN, il existe une priorité
dans la trame qui permet de structurer les échanges.
SIEGES
ECLAIRAGE
HABITACLE
CLIMATISATION
RADIO
TABLEAU DE
BORD
APPLICATION
PRESENTATION
SESSION
TRANSPORT
RESEAU
LIAISON
PHYSIQUE
 PLS : Physical Signaling
Codage-Décodage des bits, Bit timing, Synchronisation
 PMA : Physical Medium Access
Caractéristiques Emetteurs/Recepteurs
 MDI : Medium Dependent Interface
Connecteurs
 LLC : Logic Link Control
Filtrage, Notification de suircharge, Gestion du
recouvrement des données
 MAC : Medium Access Control
Encapsulation, décapsulation des données, Codage des
trames, Stuffing-Destuffing, Gestion de l’accès au
médium, détection et signalisation des erreurs,
Acquittement, Sérialisation, Désérialisation
CAN (Controller Area Network) est un protocole de communication d'abord
crée et utilisé dans le secteur de l'automobile, mais est actuellement déployé
dans la plupart des industries comme l'aéronautique, le nautisme, les
véhicules lourds (camions et tracteurs), etc…, via des protocoles standardisés
basés sur le CAN.
 Composants éprouvés et mise en œuvre « bon marché »;
 Médias robustes et détection d’erreur performante;
 Multi-maîtres : Pas de relation spécifiques entre les nœuds;
 Trame contenants jusqu’à 8 octets de données;
 Débit de transmission trop faible pour les applications à venir;
 Réseaux CAN de plus en plus surchargés;
 Impossibilité d’assurer des redondances de communications.
ISO 11898
Architecture et échanges sur les réseaux CAN :
Source : http://www.forum-audi.com/topic-271-electricite-electronique-reseau-de-bord-de-l-audi-a8-d4.html

9. Source : MobBI - BLANCHARD Jérôme
Quelques précisions sur le CAN
Le support de transmission utilise (souvent) deux fils de cuivre torsadés qui permettent :
 De s’affranchir des champs électromagnétiques internes et externes (diaphonie).
 D’être immunisé contre les parasites extérieurs : mode différentiel.
 De transmettre des informations numériques avec une technologie simple et bon marché.
PERTURBATION SUR LES DEUX FILS (Rose et bleu)
Sur le différentiel, la perturbation disparait (Rose – Bleu = Diff) !
Deux types de transmission possibles:
Différentes constitutions de nœuds possibles:
CAN
(paire torsadée)

10. … Du protocole
 Débit numérique brut du CAN.
 Exigences des futurs champs d’applications.
 Reconstruire une philosophie technique.
… De distance et de souplesses topologiques
 Temps de propagation imposés.
 CQFD Distance maximale imposée.
Le CAN et ses limites…
10
… De possibilités de redondances topologiques
 Impossibilité d’assurer des redondances de communications au
niveau des couches physiques du CAN.
 Impossibilité d’assurer des fonctions de type X-by-Wire ou
encore sécuritaires.
… D’accès au medium en temps réel
 CAN fortement orienté « Event
Triggered ».
 Temps de latences non maitrisés
 Philosophie « Time Triggered ».
 Voir TTCAN (2002 / R. Bosch).
… De transmission des données
 Plus de marge de progression pour ajouter de nouvelles données.
 L’apparition de Gateway a ajouté des délais supplémentaires
entre les calculateurs.
 Le niveau de complexité avec plusieurs réseaux devient difficile à
appréhender (Conception/Validation).
 Le CAN n’est pas déterministe et ne permet donc pas de réaliser
de véritables fonctions X-By-Wire.

11. Solution « passagère » pour décharger un réseau
La solution la plus rapide à mettre en œuvre est d’ajouter des réseaux supplémentaires avec des passerelles :
ECU central ECU 1
ECU 2
ECU 3
ECU 4
ECU N
ECU A
ECU B
ECU C
ECU D
CAN 500 kbits/s
CAN 500 kbits/sCAN 250 kbits/s
...
LIN...
Réseau de conception basique
Réseau avec des sous-réseaux
 Nécessaire pour réduire la charge du réseau/bus
principal;
 Peu cher (doit être moins cher que le bus principal);
 Basé sur une interface de transmission des données
existante;
 Souvent non compatible avec le bus principal.
Un sous réseau doit être une solution à long terme, assez
simple d’implémentation et peu chère à mettre en œuvre.
Ou encore de créer des sous-réseaux :

12. 12
Besoin particulier : le X-by-Wire
Remplacement de commandes mécaniques par des commandes par systèmes électriques.
Existe depuis très longtemps dans l’aéronautique : les commandes des volets et des gouvernes ne sont plus réalisées mécaniquement mais par des moteurs
électriques pilotés à l’aide de réseaux filaires.
Remplacement à terme des ressorts de suspension, barre antiroulis, colonne de direction, crémaillère de direction… dans les automobiles.
Nécessite que le bus utilisé soit déterministe car les informations seront « vitales », nécessite une vitesse de bus élevée car il y
aura beaucoup d’informations à envoyer.
La possibilité de redondance des signaux est très appréciée dans les réseaux sécuritaire.
Avantages ?
Source : http://www.carscoops.com/2008/04/nissan-murano-ea2-drive-by-wire-concept.html

13. 13
Le protocole FLEXRAY
 Médias redondants et détection d’erreur performante;
 Multi-maîtres : Pas de relation spécifiques entre les nœuds;
 Transfert « temps-réel » jusqu'à 10 Mbits/s des informations;
 Sécurité accrue en cas de défaillances;
 Jusqu'à 254 octets de données par trame;
 Déterminisme assuré (flux périodique et apériodique);
 Conception du réseau assez « lourde »;
 Technologie assez chère (véhicules haut de gamme).
FRDEVICE
FR DEVICE FR DEVICE
FRDEVICE
BP_Canal A
BM_Canal A
100Ω
100Ω
BP_Canal B
BM_CanalB
100Ω
100Ω
APPLICATION
PRESENTATION
SESSION
TRANSPORT
RESEAU
LIAISON
PHYSIQUE
Physical Signaling (PLS)
- Bit Encoding/Decoding
- Bit Time Synchronization
Physical Medium attachment (PMA)
- Driver/Receiver Characteristics
Media Dependant Interface (MDI)
- Connectors
Logical Link Control (LLC)
- Protocol Operation Control
Medium Access control(MAC)
- Message Framing
- Communication Cycle
FLEXRAY est un protocole de communication développé pour les besoins
spécifiques de l'automobile ou encore de l'aéronautique, notamment
pour des applications nécessitant un flux de données important, un
transfert des informations en quasi « temps-réel » ou encore pour des
applications de type X-By-Wire. Le déterminisme du FlexRay est géré
dans la partie statique du cycle de communication :
ISO 17458
Topologie MULTI-MAITRES
Chaque calculateur présent sur le réseau a la possibilité de
communiquer des informations quand il le souhaite. Le FlexRay est
apte a supporter l’utilisation de deux canaux de communication
(A et B) mais rien n’indique leurs usages respectifs.
Source : http://www.bmw.com/com/en/insights/technology/technology_guide/articles/flex_ray.html
SEGMENT STATIQUE SEGMENT DYNAMIQUE
Cycle N
SEGMENT STATIQUE SEGMENT DYNAMIQUE
Cycle N + 1
temps

14. 14
Exemple d’évolution des besoins au fil des ans de la marque Volvo
De plus en plus d’échanges de données…
Pour de plus en plus d’assistances au conducteur…
BACKBONE FlexRay

15. Source : http://itersnews.com/?p=10541
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 Entre 2010 et 2014 : Premières discussions sur l’Ethernet dans l’automobile
 D’ici 2015 : Ethernet principalement dédié à l’assistance à la conduite et au multimédia embarqué.
 D’ici 2018-2020 : Backbone Ethernet dans les véhicules ?
L’Ethernet dans l’automobile ?

16. Source : http://www.automotiveworld.com/megatrends-articles/ethernet-fast-track-connected-car/
Les grandes lignes du BROADR-REACH
 Couche physique Ethernet 100Mbps
 Simple paire torsadée non blindée
 Deux fils remplacent quatre fils (dans les systèmes propriétaires)
 Réduction des couts
 Réduction du poids
 Conforme aux niveaux EMC dans l’automobile
16

17. Prévision 2014 : Architecture EE d’ici 2020/25
Source : http://automotive.electronicspecifier.com/air-conditioning/real-time-automotive-ethernet
17

18. Comparatif des principaux protocoles

19. Raspberry Pi
Shield CAN
INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONSDE RENNES
Environnement open source
pour un kart électrique
Kart électrique
Objectif : à l’aide de moyens "Open source"
- Implanter sur le kart différents modules, capteurs, actionneurs…
- Développer les programmes d’acquisition et de commande sur Raspberry Pi et Arduino
- Adapter l’environnement de développement pour une programmation temps réel
Arduino
D.LEVALOIS / A.BRUNO
30 sept 2015

20. CAN L
CAN H
CAN L
CAN H
CAN L
CAN H
Oscilloscope :
Trame série CAN
Calculateur « Arrière du véhicule"
BSM (Boitier de servitude Moteur)
Calculateur "tableau de bord"
INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONSDE RENNES
L’environnement de développement
(Arduino / Raspberry Pi / Bus CAN)
Arduino Uno + shield CAN
Feux + vitesse + t° moteur
Arduino Uno + shield CAN
Luminosité + frein + distance
Arduino Uno + shield CAN + écran tactile
Calculateur "devant du véhicule"
BSI (Boitier de Servitude Intelligent)
-> TEMPS REEL
Arduino Uno + shield CAN
Busmaster
PC
D.LEVALOIS / A.BRUNO
30 sept 2015

21. INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONSDE RENNES
Programmation temps réel sur BSI:
OS trampoline
Initiation sur légo nxt mindstorm
Processeur Arm7
Raspberry Pi B+
Processeur Arm7
D.LEVALOIS / A.BRUNO
30 sept 2015

22. INSTITUT D’ÉLECTRONIQUE ET DE TÉLÉCOMMUNICATIONSDE RENNES
22/4
L’implantation sur le Kart
D.LEVALOIS / A.BRUNO
30 sept 2015