AUTOSAR-compliant precision clock synchronization over CAN

Abstract

Die Automobilbranche ist einem ständigen Wandel unterworfen. Mittlerweile ist ein einzelnes Fahrzeug ein hochgradig verteiltes System. Für solche Systeme ist eine gemeinsame Sicht auf die Zeit besonders wichtig für die einwandfreie Funktion. Für die Ethernet-basierte Kommunikation gibt es für solche Aufgaben PTP. Dies ist der Quasi-Standard für die hochgenaue Synchronisation von Uhren. Im Automobilbereich spielt jedoch der CAN Bus eine entscheidende Rolle. Allerdings gibt es noch keinen standardisierten Ansatz für die Uhrensynchronisation. Bestehende Losungen wie TTCAN erfordern spezielle Hardware und verändern das Kommunikationsschema auf dem Bus. Das große Problem bei den bekannten Lösungen ist jedoch die erreichte Genauigkeit. Wahrend PTP im Subnanosekundenbereich synchronisieren kann, erreicht die aktuell beste Lösung für den CAN Bus 2 Mikrosekunden. Dieses Problem wird hier adressiert. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Entwicklung einer Strategie zur Uhrensynchronisation über den CAN Bus, die die Wahl des Controllers oder des Kommunikationsschemas nicht einschränkt. Die Implementierung basiert auf dem AUTOSAR Standard für Uhrensynchronisation über CAN. Lediglich das Nachrichtenformat wird übernommen, so dass die Erkenntnisse dieser Arbeit auch auf andere Synchronisationsprotokolle übertragbar sind. Es hat sich gezeigt, dass die Art und Weise, wie der Zeitstempel erzeugt wird, den großen Einfluss auf die Präzision hat. Aber auch softwarebasierte Zeitstempel konnten durch das Verständnis der Fehlerquellen verbessert werden. Die Auswertung der am Ende der Arbeit hat gezeigt, dass mit dem CAN Bus eine Präzision im zweistelligen Nanosekundenbereich möglich ist.