Mejora, integración y verificación experimental de los mecanismos de resolución de inconsistencias del proyecto CANbids

Author Christian Winter
Supervisor/s Julián Proenza Arenas | Guillermo Rodríguez-Navas González
In Universitat de les Illes Balears, 2012.


El Controller Area Network (CAN) es un protocolo de comunicaciones que inicialmente fue diseñado para aplicaciones de comunicación internas en vehículos, pero que ha sido ampliamente adoptado en muchas otras áreas dentro del campo de los sistemas de control empotrados distribuidos. CAN es hoy en día una tecnología madura, cuyo enorme éxito se debe principalmente a su capacidad para control de errores, su baja latencia, su acceso priorizado a la red y su respuesta en tiempo real. Además, el uso tan extendido de CAN ha causado un descenso en el precio de esta tecnología hasta niveles en los cuales otras tecnologías no pueden competir. Sin embargo, para su uso en sistemas con elevada garantía de funcionamiento, CAN no resulta adecuado ya que presenta diferentes limitaciones relacionadas con la garantía de funcionamiento.

No obstante, varios investigadores, incluyendo miembros del grupo de investigación SRV del Departamento de Ciencias Matemáticas e Informática de la UIB, han propuesto mecanismos encaminados a superar las limitaciones de CAN para demostrar que sí puede ser utilizado en aplicaciones críticas de control, siempre y cuando incluya las mejoras pertinentes. Tomando toda esa investigación previa como punto de partida, el grupo SRV inició el proyecto denominado CANbids (CAN-Based Infrastructure for Dependable Systems), cuyo objetivo es el desarrollo de una infraestructura
de comunicaciones, basada en CAN, que incluya las distintas soluciones propuestas, tanto por el propio grupo SRV como por otros grupos, como elementos constitutivos de su arquitectura.

Cuando se comenzó el presente trabajo, para la mayoría de las mejoras propuestas ya se había completado la fase de diseño. Los mecanismos dirigidos a la resolución de inconsistencias, sin embargo, aún se encontraban en una fase de inicio. Al ser la consistencia de datos una de las propiedades esenciales de un sistema con elevada garantía de funcionamiento, se definió como objetivo principal del trabajo mejorar, integrar y verificar experimentalmente los mecanismos de resolución de inconsistencias del proyecto CANbids. Para ello, se diseñaron e implementaron dos módulos, AEFT y CANsistant. Su diseño se planteó, desde un principio, para ser totalmente compatibles con el protocolo CAN y para su uso tanto en topologías bus como estrella. La implementación de ambos mecanismos se realizó en código VHDL. Mientras CANsistant fue verificado mediante herramientas de simulación, para el AEFT se tuvo que implementar un prototipo específico basado en FPGAs. La verificación experimental del prototipo se realizó en el laboratorio, haciendo uso de un osciloscopio digital.

A modo de sumario, entre las tareas realizadas se encuentran el estudio de las características principales de los elementos constitutivos de la arquitectura, el estudio de la relevancia de los nuevos escenarios de inconsistencia identificados, la propuesta del AEFT para resolver estos nuevos escenarios, la mejora y el rediseño de CANsistant para su uso tanto en topologías bus como en topologías estrella, la propuesta de las modificaciones necesarias para poder integrar eficientemente los nuevos elementos con los ya existentes y, finalmente, la integración efectiva de los mismos.

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