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Fachartikel

Bordnetze entwerfen mit dem FIBEX-Editor

Von Thomas Bachmann

FIBEX (Field Bus Exchange Format) ist ein XML-Format zur Beschreibung komplexer, nachrichtenorientierter Kommunikationssysteme, wie z.B. Fahrzeug-Bordnetzwerke. Mit Hilfe dieses Austauschformates können Daten zwischen Design-, Konfigurations-, Simulations- und Monitoring-Tools ausgetauscht werden. Der FIBEX-Editor ist ein neues Werkzeug zum Bearbeiten und Erstellen dieser teilweise sehr unübersichtlichen XML-Dateien. Neben einer visuellen Darstellung der Fahrzeugnetzwerke können die Daten über vordefinierte Regeln validiert werden.
 
Der FIBEX-Standard ist ein multiprotokoll-fähiges Format zum Austausch von Daten in nachrichtenorientierten Kommunikationssystemen, z.B. in  Fahrzeugnetzwerken. Das FIBEX-Format kann für den Export von Bordnetzdatenbanken bzw. für den Import in die unterschiedlichsten Tools bei der Entwicklung von Fahrzeugnetzwerken verwendet werden. Es unterstützt derzeit die Netzwerkprotokolle FlexRay und CAN; MOST und LIN sollen folgen. Von der Auslegung kompletter Cluster bis hin zur Definition auf Bitebene können alle relevanten Informationen für die Beschreibung von Fahrzeugnetzwerken mit dem FIBEX-Format definiert werden. Von den in Bild 1 farbig markierten Hauptbereichen Topologie, Kommunikation, Funktion, Anforderungen, Struktur und Info sind u.a. die für eine Definition eines Netzwerks relevanten Teilbereiche Cluster, ECU, Channel, Gateway, Controller, Frames, Signale und Coding dargestellt.

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Bild 1. In einem FIBEX-Modell werden Netzwerke in verschiedene Bereiche unterteilt.

Dabei gelten die im Kasten „FIBEX-Wortschatz“ aufgelisteten Definitionen. Des weiteren ist eine funktionale Beschreibung der Netzwerke möglich. So können z.B. Zusammenhänge zwischen Steuergeräten nicht nur auf Grundlage der physikalischen Verbindung, sondern auch in Bezug zu funktionellen Einheiten definiert werden. In einer Funktion werden z.B. mehrere Signale für das Senden von einem Steuergerät zusammengefasst. Auf einem anderen Steuergerät kann dann eine Funktion für den Empfang von gesendeten Signalen definiert werden. Es ist auch möglich, Funktionen zu erstellen, die sowohl Signale senden als auch empfangen.

FIBEX-Wortschatz:

FIBEX unterteilt Netzwerke in verschiedene Bereiche. Dabei gelten die folgenden Definitionen:

Cluster:
Netzwerk bestehend aus mehreren Steuergeräten (ECUs)
ECU:
Steuergerät (Electronic Control Unit)
Gateway:
Verbindung zwischen zwei Bussystemen, z.B. Flexray und CAN
Controller: Schnittstellenbaustein für ein bestimmtes Protokoll, z.B. CAN-Controller

Channel:
Physikalische Schnittstelle (Kanal) des Steuergerätes zur Außenwelt, z.B. CAN- oder FlexRay-Schnittstelle
Frame:
Übertragungseinheit auf der Netzwerkverbindung, bestehend aus mehreren Bytes
Signal:
Untereinheit eines Frames zur Übertragung einer physikalischen Größe.
Coding:
Definiert für ein Signal beziehungsweise eine Gruppe von Signalen die Art der Übertragung, also zum Beispiel die Bitlänge, die physikalische Einheit, den Offset und den Skalierungsfaktor


FIBEX ist ein frei verfügbarer, firmenübergreifender Standard, der anhand von XML-Schemadateien definiert ist und damit auch validiert werden kann. Nicht den XML-Schemata entsprechende Referenzen können damit leicht erkannt werden. Aufgrund des durch die ASAM (Association for Standardization of Automation and Measuring Systems) definierten Standards ist sichergestellt, dass der Datenaustausch zwischen verschiedenen Tools genau definiert ist und nicht durch Inkompatibilitäten erschwert wird.

Grafisch entwerfen mit dem FIBEX-Editor

Mit dem FIBEX-Editor können die Bereiche Cluster, Channel, ECU, Frame, Signal, Coding, Function und Signalgroup bearbeitet werden. Dabei können nicht nur relativ einfach aufgebaute FlexRay- und CAN-Cluster definiert, sondern auch alle für einen FlexRay-Cluster relevanten Parameter spezifiziert werden. Eine Definition für einen FlexRay-Cluster kann dabei mehr als 30 FlexRay-Parameter wie z.B. Number of Static Slots, Number of Minislots usw. umfassen (Bild 2).

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Bild 2. Ein FlexRay-Cluster kann mehr als 30 Parameter umfassen.

Das ECU-Fenster zeigt in der Standard-Ansicht, welche Steuergeräte auf welchen Kanälen welche Frames senden (Bild 3):
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Bild 3. Das ECU-Fenster zeigt in der Standard-Ansicht, welche Steuergeräte auf welchen Kanälen welche Frames senden.
An dieser Stelle wird auch das Zeitverhalten (Timing) der verschiedenen gesendeten Frames bearbeitet. Man kann hier z.B. anhand der FlexRay-Parameter Base-Cycle und Repetition definieren, in welchem FlexRay-Zyklus und mit welcher Wiederholrate ein spezielles Frame übertragen werden soll. In einer zweiten Ansicht (Bild 4) bekommt man einen Überblick darüber, welche Signale von welchen Steuergeräten empfangen werden. Auch hier hat man die Möglichkeit, Änderungen durchzuführen. In dieser Ansicht kann man durch wenige Mausklicks gesendete Signale einem anderen Steuergerät zum Empfang zuweisen.
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Bild 4. Eine andere Ansicht des ECU-Fensters zeigt, welche Signale von welchen Steuergeräten empfangen werden.
Im Frame-Fenster (Bild 5) werden Frames dargestellt und die darin definierten Signale bearbeitet. So können z.B. Signale zu einem Frame hinzugefügt oder herausgelöscht werden. In einer grafischen Übersicht werden die Signale eines Frame angezeigt. Man kann die Position eines Signals durch einfaches Verschieben verändern. In diesem Fenster werden auch alle wichtigen Parameter eines Signals dargestellt. So bekommt man einen schnellen Über-blick über die verschiedenen Framesignale mit ihren Parametern wie z.B. Maßeinheit, Fehlerwert, Minimum, Maximum, Faktor und Offset.

Signale ihrerseits werden im Sig-nal-Fenster einem zuvor definierten sog. „Coding“ zugewiesen. Ein Coding (Coding-Format Linear) definiert die Art der Übertragung für ein Signal bzw. eine Gruppe von Signalen – also z.B. das Startbit für das Signal, die Bitlänge, die physikalische Einheit, den Offset und den Skalierungsfaktor, um nur einige der wichtigsten Elemente aufzuführen. Damit wird festgelegt, wie Rohdaten in physikalische bzw. darzustellende Werte umgerechnet werden. Die darzustellenden Werte werden dabei nach folgender Formel berechnet:

Physikalischer Wert = Offset + (Faktor x Rohdatum)
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Bild 5. Das Frame-Fenster zeigt, welche Signale in einem Frame zusammengefasst sind.
Desweiteren können verschiedene Zustände eines Signals über textuelle Elemente (Coding-Format Texttable) detailliert beschrieben werden. So kann bestimmten Bitkombinationen ein bestimmter Text zugewiesen werden (siehe Tabelle). Spezialfunktionen, wie z.B. das Bearbeiten von Signalgruppen, Signalmultiplexing in einem Frame, das automatische Generieren von Funktionen oder das Bearbeiten einer funktionalen Ansicht der Netzwerkkommunikation, ergänzen den Funktionsumfang des FIBEX-Editors. Zum einfachen und schnellen Überblick über alle in der FIBEX-Datei enthaltenen Elemente werden sämtliche Daten (ECUs, Frames, Signale etc.) sorgfältig geordnet und für den Benutzer in der jeweils günstigsten Ansicht visuell aufbereitet und dargestellt.

Bitkombination

Textdefinition

00

Blinker aus

01

Blinker rechts

10

Blinker links

11

Fehlerwert
Beispiel für eine textuelle Signalbeschreibung. Das Blinker-Signal bestehend aus zwei Bits.

Überprüfen, Importieren und Exportieren

Mit dem FIBEX-Editor können FIBEX-Dateien auf zweierlei Art überprüft werden: Zum einen kann die FIBEX-Datei mit den XML-Schemadatein validiert werden, zum anderen kann eine Überprüfung der durchgeführten Änderungen mit Hilfe zusätzlicher Regeln erfolgen. So kann man zum Beispiel überprüfen, ob es zu Signalüberschneidungen in einem Frame kommt, ob die angegebe-ne Framelänge ausreichend lang für alle Framesignale ist oder ob es zu Frameüberlappungen kommt.

Eine weiterere wichtige Eigenschaft des FIBEX-Editors ist die Möglichkeit, Dateien im CANdb-Format zu importieren und in eine FIBEX-Datei umzuwandeln. Die importierte CANdb-Datei kann dann im FIBEX-Format abgespeichert werden.

Mit dem FIBEX-Editor können Fahrzeugnetzwerke für die Protokolle FlexRay und CAN bearbeitet und definiert werden. Weitere Protokolle (LIN, MOST etc.) werden in zukünftige Versionen des FIBEX-Editors integriert. Ein Schwerpunkt des FIBEX-Editors liegt im Bearbeiten von bestehenden FIBEX-Dateien. Speziell für Entwickler von Steuergeräten und für Zuliefererfirmen der Automobilindustrie ist es oft nötig, bestehende, umfangreiche Bordnetzdatenbasen schnell und einfach an eigene Bedingungen oder Testumgebungen anpassen zu können. Hierfür ist der FIBEX-Editor das ideale Werkzeug.

FIBEX ist ein Standard, der den Datenaustausch zwischen OEMs, Zulieferern und Toolherstellern vereinfacht. Zur effektiven Bearbeitung von FIBEX-Dateien wurde der FIBEX-Editor von der Firma CRST (www. crst.de) entwickelt. Die Anwendungsmöglichkeiten des FIBEX-Editors  sind vielfältig. Netzwerkdesigner können ihre Eingaben in der Bordnetzdatenbank visuell darstellen und noch kleine Änderungen durchführen. Entwickler von Steuergeräten könne zusätzliche Signale über das Netzwerk übertragen.

Steckbrief: FIBEX-Editor

  • Unterstützte Netzwerkprotokolle: FlexRay, CAN (weitere in Vorbereitung)
  • Bearbeiten der FIBEX-Bereiche: Cluster, Channel, ECU, Frame, Signal, Coding, Function, Signalgroup
  • Validierung der FIBEX-Dateien mit FIBEX-Schemadateien und zusätzlichen Regeln
  • Visuelle Darstellung von ECUs/Frames (Input, Output), Frames/Signals, ECUs/Functions
  • Automatisches Generieren von Functions
  • Signalmultiplexing
  • Konvertierung von CANdb nach FIBEX
  • Dynamische Sprachumschaltung zwischen Deutsch, Englisch und anderen Sprachen
  • Kontextbezogene Hilfefunktion
 

Autor

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Dipl.-Ing. B. Sc. (FH/TU) Thomas Bachmann

hat Informatik an der TU München studiert. Seit 2005 ist er bei der CRST GmbH als Software-Entwickler für die Produktlinie FlexRay zuständig.
 

 

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