Autor(es):
Silva, Vítor Hugo Martins 
Data: 2009
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10773/2013
Origem: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Assunto(s): Engenharia electrónica; Sistemas de controlo automático; Sistemas distribuídos; Sistemas em tempo real; Redes de comunicações
Descrição
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. Mestrado em Engenharia Electrónica e Telecomunicações
