オープンソースFlexRay通信
TimeTriggered OS (TT-OS)とFlexRay通信ミドルウェア

株式会社ヴィッツ
服部博行

開催場所：東京コンファレンスセンター品川 4F 406

第8回 IP アワード 受賞説明会 2006/5/18

車載電子システムの進化と車載LAN

引用：自動車メーカからみた車載LAN 車載LANとその応用 P9, トリケップス,日産自動車 松本孝

開催場所：東京コンファレンスセンター品川 4F 406

第8回 IP アワード 受賞説明会 2006/5/18

自動車用プラットフォームの必要性
引用：2005/1/24 JasPar 自動車制御ソフト・車載LAN標準化活動 トヨタ自動車 谷川浩
日経エレクトロニクス 2004/3/1 トヨタインサイド

基盤ソフト
基盤ソフト （ソフトウェアプラットフォーム）（ソフトウェアプラットフォーム）
開催場所：東京コンファレンスセンター品川 4F 406

第8回 IP アワード 受賞説明会 2006/5/18

ソフト
PF必須要素ソフトPF必須要素
標準
RTOS
標準RTOS
保護機能
保護機能
通信
通信
（（CAN,LIN,FlexRay）
CAN,LIN,FlexRay）

ＦｌｅｘＲａｙ通信のねらい
車載制御ソフトウェアの増加と通信速度車両に求められる次世代機能（安全、環境など）は、車載LANがキー技術となる
現在標準的なCANはデータ通信方式や速度から、次世代車両に利用するには性能不足が懸念されている

機械式

ステアリング・シャフトがない！

By wireステアリング
角度センサECU

ECU

機械による接続か
ら通信バス接続に

ECU

車載LAN
（例えばFlexRay）

ステアリング・モータ制御用ECU

モータ

物理位置が固定されない
機械減のため軽量化
操作指令は通信であるため、統合制御などが容易となる

引用：2005/10/24 JasPar FlexRayの必要性 車載LAN WG 日産自動車 松本孝
引用:Design Wave Magazine 2006/4 FlexRayの実現に向けた時間駆動型通信リアルタイムOSを開発 , 服部博行

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第8回 IP アワード 受賞説明会 2006/5/18

ＣＡＮ通信とＦｌｅｘＲａｙ通信
はーい
データ1を出すね

ECU1
データ3ができたから送信！

ECU2

ECU3ECU2

ECU3

ECU1

はーい

わたしもデータ1ができた．送信！

はーい

データ2ができた．送信！

時間時間同時！
ECU2のデータ1を送信する時間だよ

CANの制御方法：イベント・ドリブン

次はECU3のデー
タ2の番だよ次はECU1のデー
タ3の番だよFlexRayの制御方法：タイム・トリガ

条件

基本構成

ハンドル操作からステアリングが切れるまで10ms以内

モータ

データはECU1から順番に加工されてECU5に伝達する
ECU1

ECU2

ECU3

ECU4

ECU5

イベント・ドリブン

タイム・トリガ

10ms

10ms

2ms

2ms

2ms

2ms

2ms

ECU1

ECU2

ECU3

ECU4

ECU5

ECU1 ECU2
送信 受信

ECU5
受信

ECU1
センサ入力

ECU2
送信

ECU5
モータ動作

ECU1

ECU2

ECU5

送受信のタイミングさせ正確であれば、各ECUは余裕のある制御ができる時間の保証が容易

各ECUは2ms以内にデータを送る必要がある
引用:Design Wave Magazine 2006/4 FlexRayの実現に向けた時間駆動型通信リアルタイムOSを開発 , 服部博行

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OSEK/VDXが規定するタイムトリガシステム(OSEKtime)
OSEK OS API

OSEK/VDXは、OSEKtime 仕様を推奨

OSEKtime API

アプリケーション

タイムトリガ部位をOSEKtime で実現②

イベントトリガはOSEK OS を利用し、OSEKtime のアイド
ル時間で実行する構成

OSEK/VDX OS
Version2.2.1

装置制御用の処理

例：

OSEK/VDX Time-Triggered OS（OSEKtime）

エンジンの回転軸同期処理をOSEK OS管理アプリが実行

FlexRay通信用の処理
CPU

クランク軸角度に同期した処理が通信に妨げられて、正しく処理できない！！

高FlexRay通信はOSEKtime 管理ノン・マスカブル割り込みルーチン
OSEKタイム・ディスパチャ
OSEK OS割り込みがTTタスクに割り込まれるマスカブル・タイム・トリガ割り込みルーチン
TTタスク
TTタスク

OSEK割り込みルーチン

OSEK OS 処理は割込み処理ですらタイムトリガ処理（通信処理）に妨げられる

TTタスク
優先度優先度
タイム・トリガ・アイドル・タスク

割り込みが待たされる

高タイム・トリガ（TT）
タスク

OSEK OS
割り込み処理OSEKタスク1

OSEKスケジューラ
OSEKタスク2

OSEKタスク

OSEKタスク

低OSEKタスク

OSEKタスク1
実行要求

TTタスク
実行要求

OSEK OS
割り込み発生

TTタスク
実行要求

低開催場所：東京コンファレンスセンター品川 4F 406

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OSEKtimeの問題点を回避するTT-OS
TT-OS = OSEK OS + Time Triggered Module (TTM)

アプリケーション

TimeTriggeredModule（TTM）

TT-OS は、OSEK OS の上に、タイムトリガ処理を実現するモジュールを追加することにより実現している
・プロセッシングレベルは、OSEK OS を踏襲している
・OSEKtime の必要機能は対応している

OSEK/VDX OS Ver2.2.1

・タイムトリガタスクとイベントトリガタスクは優先順位で起動順序が決定される

CPU
TT-OS

・TTMはタスクの起動要求を発行する

OSEK OS API→ タスク起動順位は優先度ベース
・TTMはデッドライン監視、コールバックにも対応する
高・イベントトリガタスクや割込み処理のサービス提供時間
予測が容易

ISRカテゴリ1
ISRカテゴリ1（OSEK（OSEK OSのISR1に準拠）
OSのISR1に準拠）

割り込みレベル
割り込みレベル（OSEK（OSEK OSの割り込みレベルに準拠）
OSの割り込みレベルに準拠）

ISRカテゴリ2
ISRカテゴリ2（OSEK（OSEK OSのISR2に準拠）
OSのISR2に準拠）

優先度

TTM
TTM
スケジューラスケジューラOSEK
OSEK OSスケジューラ
OSスケジューラ（OSEK（OSEK OSのスケジューラに準拠）
OSのスケジューラに準拠）

タスク・レベル
タスク・レベル

OSEKタスク
OSEKタスク（OSEK（OSEK OSのタスク・レベルに準拠）
OSのタスク・レベルに準拠）

TTタスク→ 従来の優先度ベースによる予測でよい・応答性を必要とするタスクに高優先度を与えることにより、イベントトリガタスクとタイムトリガタスクは共存できる・複数のOSを利用しないので、小リソースを実現
・外部時間はFlexRayデバイスの機能を利用

低→ 内部と外部の時間同期が不要

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FlexRay通信ミドルウェア構成図
アプリケーション

TT-OS

FlexRayNM

TTM
OSEK-OS

FlexRay通信
ソフトウェアTT-COM

FlexRay通信ミドルウェアはTT-COM
FlexRay通信ミドルウェアはTT-COM (Time(TimeTriggered
Triggered Communication
Communication ),FlexRay-NM),FlexRay-NM(FlexRay(FlexRay Network
Network ManagementManagement ),FlexRay),FlexRayDRV
DRV (FlexRay(FlexRay Dvice
Dvice Driver
Driver )) から構成されるから構成される

FlexRay-DRV（ドライバ）
FlexRay Interrupt

Read/Write

FlexRayコントローラ（CC)TT-COM :BUS-CH A
BUS-CH B

TT-OSやアプリケーションとのI/F を持ち、通信ミドルウェアを抽象化する
OSEK OSのCAN通信で広く利用されている OSEK COM と同種の通信ミドルウェア
FlexRay-NM :FlexRay通信のネットワーク管理ミドルウェア
WakeUp/Sleep , ノードの接続/離脱などを監視する
管理情報は、FlexRayデバイスが提供する機能を利用し、FlexRay仕様の拡張に柔軟に対応できる
FlexRay-DRV :FlexRayデバイスコントローラを制御するドライバ
デバイスに依存する部位であり、現在はルネサス製FlexRayデバイスに対応する
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FlexRay通信ミドルウェアの機能
・FlexRay通信を目的とした、タイムトリガ特長を生かした通信ミドルウェア
・OSEK/VDX Fault-Tolerant Communication 仕様を参考に仕様を規定
・FlexRay通信に必要なパラメータOIL ( OSEK Implementation Language ) にて定義可能
・データをイベント(Qued)、状態(UnQude)として送信することが可能
・メッセージのPack / UnPack をミドルウェアでサポート
・エンディアン変換処理もミドルウェアでサポート
・通信途絶、送信途絶の検出機能をサポート
・ノード管理、起動、WakeUp 、Sleep 管理をサポート

ESEC2006 にて乗用可能なデモカーを出展予定

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目標は標準化 (FlexRayは通過点,標準にはオープンソースが有利)
日本発国際標準AUTOSAR
AUTOSAR

車載基盤ソフトウェア
標準化団体

一般公開

配布形態
オープンソース
RTOSの提供JasPar
JasPar

自動車メーカ

会員／開発成果物利用

車載基盤ソフトウェア
標準団体標準となるための条件
標準となるための条件
・オープンソースで改変自由・オープンソースで改変自由・製品適応に制限がない
・製品適応に制限がない
・メーカ色がない
・メーカ色がない

再利用自由なオープンソース
ライセンスはTOPPERSライセンス

開発成果物をTOPPERSへ提供
TOPPERSへ提供

ヴィッツ
ヴィッツ
東海ソフト
東海ソフト
サニー技研
サニー技研

ECU関連
ソフトウェア開発
車両用ＲＴＯＳ
共同研究

共同研究
・通信
・RTOS

名古屋大学
名古屋大学
高田・冨山研究室
高田・冨山研究室
産学官連携

委託研究

名古屋市工業研究所
名古屋市工業研究所
電装品
一次サプライヤー

ECU関連
ソフトウェア開発

アイシン精機
東海理化 など

技術面 ；次世代車両用OS の仕様を提案
営業面 ；先進的ｿﾌﾄ機能部品などの開発成果物を自動車メーカに等へ販売
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標準自動車制御PFへのロードマップ
自動車制御プラットフォーム
自動車制御プラットフォーム

コンポーネントコンポーネントTOPPERS/OSEKTOPPERS/OSEK
Ver1.0Ver1.0COM
COM
CCCA,CCCB
CCCA,CCCBCAN/LIN
CAN/LIN
ドライバ
ドライバ

FlexRay
FlexRay
発開開発
信信通代通世代
次次世

メモリ保護
メモリ保護

高高
信
信頼頼性性
OOS
S

部品部
品化
化／／機機能
能分
分散
散技
技術
術

マルチプロセッサ
マルチプロセッサ

時間保護
時間保護

FlexRay対応
対応OS
OS拡張
拡張
FlexRay
FlexRay対応OS拡張

FlexRay対応
対応COM
COM拡張
拡張
FlexRay
FlexRay対応COM拡張(( FT-COM 類似)
FT類似
FT-COM類似))

CAN/LIN
CAN/LIN
ミドルウェアミドルウェアCOM
COM
CCC0,CCC1
CCC0,CCC1
発
開発
系
系開信
信通通標準
標準
ＮＭ
ＮＭ

赤斜線：2005/10現在 開発完了部品
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最後に
第８回 LSI IPデザイン･アワード
IP優秀賞 （企業部門）
名誉ある賞をいただき、ありがとうございました
TT-OSおよびFlexRay通信ミドルウェアを開発するにあたり、トヨタ自動車統合システム開発部の細谷様をはじめ，自動車メーカの立場からご意見をいただ
きありがとうございました。
また、開発を共にした サニー技研殿、名古屋大学 高田・冨山研究室各位、弊社メンバーに感謝いたします

開催場所：東京コンファレンスセンター品川 4F 406

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