Echtzeitfähige Ethernet-Kommunikation in automobilen Multicore-Systemen mit hierarchischem Speicherlayout

Sercan Körür, Philipp Jungklass, Mladen Berekovic

Abstract: Der Kommunikationsbedarf in automobilen Systemen steigt seit Jahren signifikant an. Moderne Technologien, wie das automatisierte Fahren, die Vernetzung der Fahrzeuge untereinander, aber auch mit der umgebenden Infrastruktur, sowie die Möglichkeit der permanenten Online-Anbindung, erfordern immer höhere Datenraten mit möglichst geringer Latenz. Bedingt durch diese neuen Funktionalitäten sowie dem zunehmenden Trend zur Zentralisierung von Steuergeräten im Fahrzeug steigt der Bedarf an breitbandiger Vernetzung auch innerhalb der Automobile wesentlich an. Um dieser Anforderung gerecht zu werden, erfolgt ebenfalls in sicherheitskritischen Systemen zunehmend der Einsatz von Ethernet-basierten Kommunikationssystemen mit Übertragungsraten im Bereich von bis zu 1 Gbit/s. Um diese hohen Datenraten durch die verwendeten Multicore-Mikrocontroller bereit zu stellen, sind schnelle Anbindungen an die internen Speicher essentiell. Doch gerade in Mikrocontrollern mit mehreren Prozessorkernen können durch konkurrierenden Zugriffe auf geteilte Speicher Wartezyklen entstehen, welche die Geschwindigkeit der Ethernet-Kommunikation sowie die Einhaltung von kritischen Zeitzielen massiv beeinflussen. Aus diesem Grund werden in diesem Artikel Ansätze untersucht, welche mittels eines optimierten Speichermanagements die Übertragungsraten von echtzeitfähigen Multicore-Mikrocontrollern deutlich steigern und die Vorhersagbarkeit verbessern können. Zur Validierung der vorgestellten Ansätze erfolgt eine Evaluierung auf einem Multicore-Mikrocontroller für sicherheitskritische Anwendungen auf Basis der Infineon AURIX-Familie mit einem kommerziellen AUTOSAR-Stack.