原创虹科RTaW-Pegase:实时网络架构的仿真设计与自动配置工具

 2022-7-11 15:12  1268 10 10 分类: 汽车电子文集: RTaW

随着汽车科技化、智能化、网络化的不断发展，汽车内部最新的应用和功能正在不断提高对带宽、降低延迟、同步、高可用性、QoS和降低成本的要求。当前和传统的汽车网络协议不足以满足这些即将到来的需求。
在这种情况下，车载以太网的技术运用越来越广，当然传统车载网络技术CAN/CAN FD也不可能被取代掉。至少就目前看来，经过数十年的发展，今天的汽车行业CAN在车载网络领域占据着绝对的优势，CAN已经形成了完善的标准体系，这意味着CAN有着高度的兼容性、完善的开发工具链体系、更大的供应商选择余地和更低的采购成本（这对于整车开发是极其重要的），所以现阶段还是不可能完全替代掉CAN总线。

图1:日益复杂的车载网络架构

除此之外，加之汽车目前车载网络系统可能还会有LIN总线、FlexRay、MOST等其他类型的总线。车载以太网的加入就会使得车载网路系统变得越来越复杂，那么在这种不可逆转的大趋势大背景下，我们该如何保证通信延迟以及多数据并发的时候依然能够保证车载网络架构满足功能要求呢？如何才能设计出一种安全的、最优的车载异构网络系统呢?
基于上述车载网络日趋复杂的背景下，车载网络工程师/架构师急需一款专业并且功能强大的工具对初步的架构设计结果进行客观分析，并且能够提供可视化的分析结果，从中获取优化车辆网络架构优化的思路。为此，虹科的供应商RTaW（INRIA下属公司）为汽车、航空等领域提供了实时网络的仿真和配置工具RTaW-Pegase。

图2：RTaW-Pegase应用场景

RTaW-Pegase支持TSN（时间敏感型网络）、CAN/CAN FD/CAN XL、LIN以及用于车外通信的无线网络等。除了精确的实时仿真分析外，RTaW-Pegase还可以计算通信延迟和缓冲区利用率的上限，还包括现先进的自动配置算法来确保硬件和软件组件的正确性和优化方式。
RTaW-Pegase主要特征：

支持工业以太网，汽车交换以太网，时间触发的以太网以及具有任意速度和拓扑的AFDX；
支持通过网关互连的CAN，交换以太网，AFDX，FlexRay，LIN和ARINC429总线组成的异构通信体系结构的最坏情况分析和时序精确仿真；
使用ZeroConfig-TSN（ZCT）进行生成设计——一种“按键”方法，可自动选择和配置TSN网络；
新增功能：拓扑压力测试（TST）的设计空间探索算法可帮助设计人员在不完全了解通信要求的情况下做出早期的拓扑和技术选择；
可以使用用户编写的Java插件对更高级别的通信层，运行时环境和应用程序进行建模。这样可以模拟完整的嵌入式系统；
针对互连网络的优化的TSN时间感知整形器（IEEE 802.11Qbv）传输时间表；
支持Kalray MPPA和STMicroelectronics许多核心架构的片上网络；
分析和配置任务调度，事件触发和时间触发的调度，独立任务，以图形和可运行对象形式描述的任务，跨任务，网络和CPU的全系统时序链的验证；
实现网络微积分的最新技术，以计算通信延迟，帧抖动和缓冲区利用率的上限；
通过并行化的仿真引擎提供最坏情况的分析和定时精确的仿真，以预测最坏情况和典型的性能；
支持FIFO，优先级，基于AVB信用的整形器，TSN时间感知整形器，帧抢占，TTEthernet和轮询帧调度器；
包括优化的优先级分配和路由算法，以及基于AVB信用的成形器和TSN时间感知成形器的配置算法；
支持周期性和零星的报文传输模式，UDP和TCP传输，分段报文（例如，视频流和FTP流量）以及复杂的传输模式（例如，DoIp协议）；
带有通信架构编辑器，甘特图和设计选项比较的丰富图形版本和可视化环境；
通过Java导出插件，CSV，XML文件和行业常用的格式，轻松导入和导出网络配置和模拟结果；
对于真正的最坏情况下的延迟，计算出的通信延迟是有限的（通常小于15％），并且会针对每个数据流进行评估；
包括NETAIRBENCH基准测试生成器，它可以创建随机而现实的以太网配置以进行早期评估，或者研究网络在未来的发展中将如何适应更多的负载；
分析速度快，在不到10秒的时间内即可分析民用飞机中的大型AFDX网络；
可在支持Java的所有32或64位平台上运行——无加密狗或许可证服务器保护；
提供专业支持和自定义扩展。也可以通过软件开发人员SDK使用RTaW-Pegase功能，以在您自己的程序中使用。

RTaW-Pegase应用功能介绍：

快速建模仿真：用户可快速搭建待仿真的车载网络拓扑及模型（CAN/CAN FD、LIN、车载以太网单独的总线网络或异构网络）

图3：快速建立仿真模型
CAN/CAN FD：支持导入标准数据库、设置网关路由模式及其参数，分析时间延迟；车载以太网：可根据需要选择不同流量整形（AVB、TSN等）技术，分析不同技术对系统时间延迟的影响。

仿真结果可视化：用户可根据各种不同的仿真结果呈现方式，根据仿真结果分析各项报文的延迟情况等

图4：甘特图

图5：列表形式

图6：折线图形式

RTaW-Pegase与PREEVision的区别：

PREEvision是一个基于模型的设计开发工具，用于进行电子电气系统的可视化开发和评估。而RTaW-Pegase在早期进行设计E/E体系架构设计的时候，可以在数据流传输时提供备选的拓扑结构以及相关假设（如TSN的拓扑应力测试、TSN拓扑结构的优化、CAN的额定负载等），能够有效的降低成本并提高可扩展性；
同时在基于模型的E/E体系结构开发的阶段，PREEVision可能就需要手动进行网络配置或者优化网络配置，而在RTaW-Pegase软件里面提供了所有协议的自动化配置算法，能够实现ZeroConfig，确保满足时效性和可靠性的限制；
在验证车载网络架构的合规性的阶段，RTaW-Pegase支持在网络架构中看到实时数据流，而PREEvision中定义的架构数据是基于平台的，可能就需要用到工具中的一个层级“Variant Management（变型管理）“来提取出来。