Author(s): Silva, Vítor Hugo Martins
Date: 2009
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/2013
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Engenharia electrónica; Sistemas de controlo automático; Sistemas distribuídos; Sistemas em tempo real; Redes de comunicações
Hoje em dia é muito frequente a utilização de sistemas de controlo em aplicações de segurança crítica, por exemplo nos aviões, automóveis, etc. Um sistema de segurança crítica é assim designado porque em caso de falha pode resultar em grandes prejuízos monetários ou, no pior cenário, em perdas de vidas humanas. Este tipo de sistemas têm que ser robustos e tolerantes a falhas para falhar o mínimo possível e de uma forma segura. É também necessário que estes sistemas atendam a requisitos temporais para garantir o seu correcto funcionamento, sendo por isso designados de sistemas temporeal. Quando tais sistemas são distribuídos, como em redes de sensores, actuadores e controladores interligados por barramentos de campo, a comunicação desempenha um papel importante no comportamento temporal. Tem-se assistido nos últimos anos a um incremento da investigação e desenvolvimento da área de sistemas de segurança crítica. Têm vindo a ser criados alguns standards nesta área, sendo actualmente muito utilizado o CAN – Controller Area Network. No DETI tem-se realizado muita investigação em torno do CAN, tendo-se recentemente trabalhado em sistemas que permitem introduzir redundância e maior largura de banda no barramento sem modificação dos módulos a ele ligados. Os sistemas x-by-wire são um exemplo de sistemas de segurança crítica utilizados nos automóveis onde a questão da largura de banda é muito importante. Esta dissertação é uma continuação desse trabalho, onde se pretende implementar na prática um sistema que introduza estas características a um barramento CAN. As principais contribuições originais desta dissertação são o desenvolvimento de alguns dos componentes projectados no trabalho de investigação em curso, nomeadamente um gestor de topologia e um comutador. Estes componentes permitem adicionar barramentos redundantes e gerir de uma forma dinâmica a topologia numa rede CAN. Para tal foram utilizadas FPGAs – Field Programmable Gate Arrays, um processador da Xilinx e algum hardware desenvolvido no DETI, o CLAN e o respectivo controlador que permite a sua interface com microprocessadores. A prototipagem em FPGAs facilitou e simplificou a tarefa de simulação da lógica necessária à implementação, tanto do gestor de topologia como do comutador. ABSTRACT: Nowadays, the use of control systems in critical security applications is very common, for instance in airplanes, automobiles, etc. It is called critical security application because in case any fault occurs, it can cause huge monetary damages or, in the worst scenario, it can cause the death of human lives. This type of system must be strong and fault tolerant in order to fail the least as possible and in a secure and safe way. It is also necessary that these systems answer to time requirements so that they can guarantee their proper performance, being therefore known as real-time systems. Whenever these systems are distributed, as in sensor networks, activators and controllers interconnected by fieldbuses, communication assumes an important role in time behavior. In the past few years we have been watching to an increase in the critical security systems research and development area. Some standards have been created in this field, being CAN - Controller Area Network one of the most used in the present. In DETI, plenty of research has been made about CAN, and recently important work has been done in systems that allow the introduction of redundancy and greater bandwidth in the bus without modifying the modules which are attached to it. The systems x-by-wire are just an example of critical security systems which are used in cars, and where the matter of bandwidth is actually very important. This dissertation is therefore a continuation of that work that has been developed so far, which aims to implement, in practice, a system that is able to introduce these features in a CAN bus. The most original and more important contributions of this dissertation are the development of some of the components projected in this work of ongoing research, namely a topology manager and a commuter. These components allow to attach redundant buses and to manage, in a dynamic kind of way, a topology in a CAN network. In order to achieve it, there have been used FPGAs – Field Programmable Gate Arrays, a processor from Xilinx and some hardware which had been developed in DETI, CLAN and the corresponding controller that allows its interface with microprocessors. The prototyping in FPGAs has facilitated and simplified the task of simulating the logic that was necessary to the implementation, whether from the topology manager whether from the commuter.
