Pdf-Bussysteme

Diagnosesysteme im Automobil 

Inhalt 

Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708 

2 

2 

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Kommunikation im Fahrzeug* 


Motor 

Steuergerät 

Karosserie 

Steuergerät 

Getriebe 

Steuergerät 

On-Board Kommunikation 

Off-Board Kommunikation 

ABS 

Steuergerät 

High-Speed-Bus (Antriebs-CAN, FlexRay) 

… 

Low-Speed-Bus (Komfort-CAN) 

Reifendruck 

Steuergerät 

Sensor 

vorn links 

… 

Sub-Bus (LIN) 

Entwicklungstester 

Tür 

Steuergerät 

Applikationstools 

Kombiinstrument 

Gateway 

Produktionstester 

Diagnosebus 

(CAN, DOIP) 

Navigation 

… 

Infotainment-Bus (MOST) 

Werkstatt- 

tester 

… 

MMI 

Kamera 

Abgastester 

Sub-Bus 

(FBAS) 

* vereinfacht 

3 



Open System Interconnection (OSI) 

Schichtenmodell (ISO 1978) 


Eigentliche Anwendung (On-Board z.B. Motorsteuerung oder Off-Board z.B. Diagnosetester) 

Schicht Bezeichnung Anwendung im Fahrzeug 

7 

6 * 

5 * 

4 

3 * 

2 

1 

Application Layer 

(Anwendung) 

Presentation Layer 

(Darstellung) 

Session Layer 

(Sitzungssteuerung) 

Transport Layer 

(Transport) 

Network Layer 

(Vermittlung) 

Data Link Layer 

(Sicherung) 

Physical Layer 

(Bitübertragung) 

Anwendungsprogramm, fertige Dienste, z.B. 

Fehlerspeicher lesen 

Unterschiedliche Darstellung der Daten 

Steuert Verbindungsprozesse, z.B. 

Authentifizierung, Synchronisation 

Diagnoseprotokolle 

Segmentierung der Botschaften Transportprotokolle 

Routing, Adressierung, Teilnehmererkennung, - 

überwachung 

Botschaftsaufbau, Buszugriff, Fehlererkennung, 

Flussregelung 

Signalpegel, Bitkodierung 

Busleitungen und Steckverbinder (Mechanik) 

Bussysteme 

* Werden für Anwendungen im Fahrzeug z. Z. nicht verwendet; Aufgaben werden von den anderen Schichten übernommen. 

4 



Allgemeine Anforderungen 


� Kosten 

� Anzahl der Leitungen 

� Keine Hard- und Softwareänderungen bei unterschiedlicher Anzahl von 

Busteilnehmern 

� Störsicherheit 

� Fehlererkennung 

� Datenrate 

� Leitungslängen bis ca. 40 m 

5 



Aufgabenfelder 


Aufgabe Kommunikation Wo? Zweck Bussystem (Protokoll) 

On-Board Kommunikation – zwischen den Steuergeräten im Fahrzeug: 

Fahren 

Steuergerät zu 

Steuergerät 

Unterhalten Steuergerät zu Fahrgast 

� Steuer- und Regelaufgaben 

� Hohe Echtzeit- und 

Sicherheitsanforderungen 

� Sehr hohe Datenraten, keine 

Sicherheitsanforderungen 

Off-Board Kommunikation – zwischen dem Fahrzeug und externen Geräten: 

Testen Werkstatt, TÜV, Dekra � Fehlerspeicher lesen 

Fertigen 

Applizieren Entwicklung 

Fahrzeughersteller (OEM), 

Steuergerätehersteller 

� Parameter ändern, Stellglieder 

ansteuern 

� Flash-Programmierung 

� Ungeschützter schneller Zugriff 

auf alle Steuergeräte Interna 

CAN, LIN, FlexRay 

MOST 

CAN, (K-Line, J1850) 

Diagnoseprotokolle: 

UDS, KWP 2000 

CAN 

Kalibrierprotokolle: 

CCP, XCP 

Quelle: Zimmermann 

6 



Anwendungsbereiche und Anforderungen 


Anwendung 

Botschaftslänge 

Botschaftsrate 

On-Board Kommunikation – zwischen den Steuergeräten im Fahrzeug: 

Very-Low-Speed 

z.B. Fensterheber 

Low-Speed 

z.B. Klimaanlage 

High-Speed 

z.B. Motorsteuerung 

Very-High-Speed 

z.B. Fahrwerksteuerung 

Multimedia 

Infotainment 

Kurz Niedrig Niedrig 

Sicherheit Kosten Lösung 

Sehr 

niedrig 

Kurz Mittel Mäßig Niedrig 

Kurz Hoch sehr hoch Mittel 

Kurz Sehr hoch 

Mittel 

Extrem 

hoch 

Extrem 

hoch 

Mittel 

Niedrig Hoch 

Off-Board Kommunikation – zwischen dem Fahrzeug und externen Geräten: 

Applikation (MC) 

Entwicklung 

EOL Programmierung 

Fertigung (Flashen) 

Werkstattdiagnose 

After Sales (OBD) 

Kurz 

Lang bis 

sehr lang 

Mittel bis 

hoch 

gering Unwichtig 

Mittel mäßig Unwichtig 

Kurz Niedrig gering Niedrig 

Class A Bus 

LIN (20 kbit/s) 

Class B Bus 

Low-Speed-CAN (125 kbit/s) 

Class C Bus 

High-Speed-CAN (500 kbit/s) 

Class C+ Bus 

FlexRay (10 Mbit/s) 

Class D Bus 

MOST (150 Mbit/s) 

CAN 

K-Line (veraltet) 

J1850 (veraltet) 

Zukünftig Ethernet 

Quelle: Zimmermann 

7 



Klassifikation nach Bitrate 


Class Bitrate * Vertreter Anwendung 

Diagnose < 10 kbit/s ISO 9141 (K-Line) 

Werkstatt- und 

Abgastester 

A < 25 kbit/s LIN, SAE J1587/1707 Karosserieelektronik 

B 25 … 125 kbit/s Low-Speed-CAN Karosserieelektronik 

C 125 … 1000 kbit/s High-Speed-CAN 

Antriebsstrang, 

Fahrwerk, zunehmend 

auch Diagnose 

C+ > 1 Mbit/s FlexRay, TTP Steer an Brake by Wire 

D > 10 Mbit/s MOST Multimedia 

* Grenzen sind fließend 

8 



Entwicklung Bussysteme im Fahrzeug 


Heute relevante Bussysteme 

Ältere Bussysteme 

9 



Testfragen – Grundlagen I 


1. An welche Schichten des ISO/OSI-Schichtenmodells denken Sie, wenn von Bussystemen 

gesprochen wird? 

a) Layer 1 und 2 

b) Layer 4 

c) Layer 7 

2. Welche Aufgabe hat ein Gateway? 

a) Das Gateway steuert die Türen eines Fahrzeugs 

b) Das Gateway koppelt ein Steuergerät an die Busleitungen 

c) Ein Gateway verbindet Bussysteme unterschiedlicher Art und/oder Bitraten miteinander 

3. Wozu dient die On-Board-Kommunikation? 

a) Zum Datenaustausch Steuergeräte untereinander im laufenden Fahrbetrieb 

b) Zum Datenaustausch des Fahrzeugs mit dem Werkstatttester 

4. Welche Bitrate sollte ein Class C Bussystem nach SAE-Klassifikation haben? 

a) bis 20 kbit/s 

b) bis 125 kbit/s 

c) über 125 kbit/s 

d) über 10 Mbit/s 

5. Ist die Nutzdatenrate größer, gleich groß oder kleiner als die Bitrate eines Bussystems? 

a) Größer 

b) Gleich groß 

c) Kleiner 

10 



Elektrotechnik Bussysteme I 


■ Bitserielle Übertragung 

■ Verbindung: meist Halb-Duplex 

Halb-Duplex 

ECU ECU 

ECU Voll-Duplex ECU 

■ Leitung: meist 2 Draht Twisted Pair 

Ein-Draht-Leitung 

Zwei-Draht-Leitung 

unipolar 

bipolar 

■ Botschaftsversand (Sender/Empfänger) 

• Broadcast (an alle) 

• Multicast (an einige) 

• Unicast (an genau einen) 

■ Topologie 

■ Kopplung 

Linie/Baum 

(CAN, opt. Bei FlexRay) 

• Transeiver (Anpassung der Signalpegel) 

• Repeater (Signalauffrischung) 

• Gateway (zwischen Bussystemen mit 

unterschiedlichen Bitraten oder 

Protokollen) 

■ Bus-Controller (meist im µC) steuert 

Übertragung auf Layer 1 und Layer 2 

Ring (MOST) 

Stern (FlexRay) 

11 



Elektrotechnik Bussysteme II 


� Bitkodierung: 

� Leitungslänge: 

NRZ 

Manchester * 

PWM * 

T Takt 

0 1 0 1 0 1 0 1 0 

0 1 1 0 

0 1 0 

* Haben in der Fahrzeugtechnik nur geringe Bedeutung 

12 



Datenübertragung 


� Zeichenbasierte Übertragung 

T ICB 

T Botschaft 

T Zeichen 

1. Zeichen Letztes Zeichen 

� Bitstrombasierte Übertragung 

T Botschaft 

� Adressierung 

• Gerätebasiert 

T IFB 

Botschaft (Frame) Pause 

� Kennzeichnet Sender und 

Empfänger, Layer 7) 

• Inhaltsbasiert 

… 

Start Daten Parität Stop 

T IFB 

� Message Identifier, kennzeichnet 

Inhalt, Layer 2) 

… 

… 

Anwendung 

Protokollstapel 

Bussystem 

� Fehlererkennung / -korrektur 

• Paritätsprüfung 

• Cyclic Redundancy Check CRC 

• Timeout 

• Acknowledge 

• Wiederholung 

� Latenz und Jitter 

Daten 

vorhanden 

Umrechnung 

Signal-PDU 

Botschaft 

„Verpacken“ 

Warten bis 

Bus frei 

Bus-Über- 

tragungs- 

dauer 

Botschaft 

„Entpacken“ 

Gesamtübertragungsdauer (Latenz) 

Daten 

vorhanden 

Umrechnung 

PDU-Signal 

Jitter 

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Buszugriffsverfahren 


� Streng deterministisch 

Zentral gesteuert: 

� Master-Slave – (LIN, K-Line) 

• Sendeberechtigung wird zugeteilt 

Dezentral gesteuert: 

� Time Division Multiple Access – 

TDMA (FlexRay, TTCAN, TTP) 

• Synchron (Zeitgesteuert) 

• gemeinsame Zeitbasis 

• Periodische Zeitfenster 

Buszugriffsverfahren 

Kontrolliert Unkontrolliert - CSMA 

Zentral gesteuert Dezentral gesteuert 

Nicht kollisionsfrei Kollisionsfrei 

� CSMA = Carrier Sense Multiple Access 

� Asynchron (Ereignisgesteuert, zufällig) – 

Bus belegen, sobald dieser frei ist 

Nicht kollisionsfrei: 

� CSMA/CD – Collision Detect (Ethernet) 

• Signalüberwachung 

• Bester Datendurchsatz 

• Nicht deterministisch 

Kollisionsfrei: 

� CSMA/CA – Collision Avoidance (CAN) 

• Arbitrierung - Auswahl des Teilnehmers mit 

höchster Priorität 

• Deterministisch für höchste Priorität 

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Elektrotechnik Bussysteme III 


� Busanschluss: Wired-OR 

• Beispiel: CAN, LIN, K-Line 

• Verhalten bei Kollision: 

� „Low“ gewinnt – Dominantes Signal 

� „High“ verliert – Rezessives Signal 

• Kollisionserkennung: Sender muss das Bussignal mitlesen 

• Kollisionsauflösung: 

� Sind die gesendeten und gelesenen Pegel unterschiedlich, muss der Sender welcher 

„High“ gesendet hat, abbrechen und in den Ruhezustand gehen. 

� Der Sender welcher „Low“ gesendet hat, darf ohne Unterbrechung weitersenden 

Zustand T1 T2 Signal Bemerkung 

Ruhezustand Aus Aus U B 

Senden Aus (High) Aus (High) U B Wie Ruhezustand 

ECU 1 

Senden Ein (Low) Aus (High) 0 Dominantes Signal Low (T1) gewinnt 

Senden Aus (High) Ein (Low) 0 Dominantes Signal Low (T2) gewinnt 

+U B 

ECU 2 

T1 T2 

Busleitung 

+U B 

CAN-ID Priorität? 

0x1A5 

0x3F8 

0x3F6 

0x010 

0x000 

… 

Signal 

15 



Buszugriffsverfahren: Vor- und Nachteile 


Master-Slave: 

+ Einfache Realisierbarkeit 

+ Sichergestellte maximale Zeit, 

deterministisch 

• Maximale Latenzzeit proportional zur 

Anzahl der Busteilnehmer 

• Ausfall des Masters Ausfall des 

Gesamtsystems 

• Redundanz bei zyklischer Übertragung 

Time Division Multiple Access TDMA: 

+ Hohe zeitliche Genauigkeit 

+ Hohe Protokolleffizienz 

+ Streng deterministisch 

• Zeitliche Synchronisierung der Teilnehmer 

notwendig 

• Begrenzte Anzahl von Teilnehmern 

• Begrenzte Anzahl von Nachrichten 

• Übertragung redundanter Daten 

CSMA/CD (Collision Detect): 

+ Sehr viele Teilnehmer möglich 

+ Niedrige Buslast 

+ Teilnehmer kann ohne Bus- 

Rekonfiguration hinzugefügt oder 

entfernt werden 


• Lange Wartezeiten bei Hochlast 

CSMA/CA (Collision Avoidance): 

+ Viele Teilnehmer möglich 

+ Teilnehmer kann ohne Bus- 

Rekonfiguration hinzugefügt oder 

entfernt werden 

+ Kaum Effizienzeinbruch bei Hochlast 

+ Für hochpriore Botschaften 

deterministisch 

• Maximale Latenzzeiten hochpriorer 

Nachrichten 

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Protokollstapel (Protocol Stack) 


Senden Empfangen 

Segmentierung 

TH Nutzdaten 1 

PH Nutzdaten PT 

DH Nutzdaten (Payload) DT 

Application Layer 

PH Nutzdaten (Payload) PT Physical Layer 

Steuerdaten 

Nutzdatenrate = Bitrate 

Signal 1 

Signal 2 

Header Trailer 

TT TH Nutzdat 2 TT 

Signal 1 Signal 2 

Desegmentierung 

Steuerdaten 

Transport Layer 


Anzahl der Nutzdatenbits 

Anzahl der Nutzdatenbits + Anzahl der Steuerdatenbits 

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Testfragen – Grundlagen II 


1. Können bei einer Halb-Duplex-Kommunikation mehrere 

Steuergeräte Botschaften senden? 

a) Nein 

b) Ja, aber nicht gleichzeitig 

c) Ja 

2. Weshalb setzt man bei CAN und FlexRay verdrillte Zwei-Draht- 

Leitungen ein? 

a) Das vereinfacht den Kabelbaum 

b) Wegen des besseren Verhaltens bei elektromagnetischen Störungen 

3. Wer kann eine Broadcast-Botschaft empfangen? 

a) Alle Steuergeräte am Bus 

b) Nur die Steuergeräte, die in der Botschaft adressiert werden 

4. Was bedeutet " Kollision" bei einem Bussystem? 

a) Übertragungsdauer der längsten Botschaft 

b) Gleichzeitiges Senden von Botschaften durch mehrere Steuergeräte 

18 



Inhalt 


19 

19 



CAN – Controller Area Network 


20 



Allgemeines 


� 1991 erster Class C Bus im Kfz 

� 1994 als ISO 11898 standardisiert 

• Elektrische Eigenschaften 

• Technologie der 

Datenkommunikation 

• Kein Diagnoseprotokoll → 

proprietäre Protokolle (TP 2.0, 

GMLAN) 

� Die Bosch-Spezifikation CAN 2.0A 

für 11 Bit IDs und 2.0B für 29 Bit IDs 

bis heute Grundlage 

Standard Beschreibung 

� 3 Varianten: High- und Low-Speed 

CAN sowie Single-Wire-CAN (GM) 

� SAE J1939 für Nutzkraftwagen 

� CAN in Automation (CANopen, 

DeviceNet) 

� 2005 Diagnoseprotokoll in ISO 

14229 (UDS) und ISO 15765 

(ISOTP) standardisiert 

ISO 11898-1 Data Link Layer CAN 2.0A (ID = 11 Bit) und CAN 2.0B (ID = 29 Bit) 

ISO 11898-2 Physical Layer für High-Speed-CAN 

ISO 11898-3 Physical Layer für Low-Speed-CAN 

ISO 11898-4 TTCAN = Time Triggered CAN 

21 



Physical Layer und Bus-Topologie 


� Bitstrombasierter, bidirektionaler Zwei- 

Draht Linien-Bus nach ISO 11898 

� Ereignisgesteuert, kollisionsfrei CSMA/CA 

� High-Speed CAN bis 1 Mbit/s 

• Buslänge < 40 … 50 Meter 

� LowSpeed CAN bis 125 kbit/s 

• Fault-Tolerant: 

1 Mbit/s 

Bitrate 

Fahrzeug Tester 

120 Ω* 

ECU 1 

Prozessor 

CAN Controller 

Transceiver 

Twisted Pair 

… 

CAN_H 

CAN_L 

ECU n 

Prozessor 


Transceiver 

* Bei Low-Speed CAN entfallen die Abschlußwiderstände 

max. 

30 cm 

OBD-Stecker 

• Unterbrechung von CAN_H oder CAN_L 

• Kurzschluß zw. CAN_H oder CAN_L und UBat 

• Kurzschluß zw. CAN_H oder CAN_L und Masse 

• Kurzschluß zw. CAN_H und CAN_L 

� Single-Wire CAN nach SAE J2411 – 33 kbit/s (GM) 

und 83 kbit/s (Chrysler) 

• Eindrahtleitung ungeschirmt 

• Maximal 32 ECUs 

UART / RS232 


TxD 

Transceiver 

RxD 

120 Ω * 

Pegel [V] 

5 

4 

3 

2 

1 

0 

5 

4 

3 

2 

1 

0 

5 

4 

3 

2 

1 

0 

CAN-Buspegel 

High-Speed CAN 

~2V 

Low-Speed CAN 

>3,6V 

4,8V 

CAN_L 




� Jede ECU kann senden wenn Busruhe für 

mindestens 3 Bitzeiten 

� CAN-Frame Botschaftsformat: 

SOF 

RTR 

11 oder 29 Bit 

CAN-ID 

IDE 

� Broadcast-System, Akzeptanzfilderung 

� CAN-ID kennzeichnet die Priorität (niedrige Zahl 

= hohe Priorität) 

� Maximale Übertragungsdauer bei 500 kbit/s für 

die Botschaft mit höchster Priorität beträgt 222 

µs (258 µs bei 29 Bit ID) 

� Maximale Nutzdatenrate: 35,2 kByte/s 

(30,3 kByte/s bei 29 Bit ID) 

r0 

DLC 3 

DLC 2 

7 Control 

Bit 

DLC 1 

DLC 0 

Nutzdaten 

0 bis 8 Bytes 

15 Bit 

CRC 

� Synchronisation über Startbit (SOF) aber Einfügen 

eines komplementären Bits (Stuff-Bit) wenn sich 5 

Bitzeiten nichts ändert (wegen NRZ) 

� Remote-Frame: enthält keine Nutzdaten und 

fordert von einer ECU die zu diesem ID 

gehörenden Daten an 

Acknowledge 

& EndOfFrame 

≥ 3 Bit 19 oder 37 Bit Header 0 bis 64 Bit Payload 25 Bit Trailer ≥ 3 Bit 

Bus Idle 

Längenangabe ohne Bit-Stuffing, typisch sind 3 bis 4 Stuff-Bits pro Frame 

Bus Idle 

SOF 

… 

� Hohe Fehlersicherheit: die Restfehlerwahrscheinlichkeit 

liegt unter 10 -11 

� Busweite Datenkonsistenz: 

• Bei Fehlern in Format oder Prüfsumme → Error- 

Frame innerhalb des Acknowledge- und 

EndOfFrame Feldes → Daten werden von allen 

Teilnehmer ignoriert 

• Übertragungswiederholung bei Fehlern 

• Fehlermanagement: Automatische Abschaltung 

defekter Controller (Error active, Error passive 

und Bus off) 

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Testfragen – CAN 


1. Welche Bitrate ist typisch für einen CAN-Bus? 

a) 500 kbit/s 

b) 10,4 kbit/s 

c) 25 Mbit/s 

2. Drei Steuergeräte wollen gleichzeitig CAN-Botschaften 

versenden. Was geschieht? 

a) Kein Problem, CAN kann das 

b) Es kommt zu einer Kollision. Keine Botschaft wird versendet. Alle 

Steuergeräte müssen es später erneut versuchen 

c) Es kommt zu einer Kollision. Die Botschaft mit der höchsten Priorität 

wird sofort versendet, die beiden anderen Botschaften müssen solange 

warten 

3. Drei Steuergeräte wollen gleichzeitig eine CAN-Botschaft 

versenden. Die Botschaften haben die IDs � 0x7DF, � 0x400 , � 

0x7E0. In welcher Reihenfolge werden die Botschaften 

versendet? 

a) 1 – 2 – 3 

b) 1 – 3 – 2 

c) 2 – 1 – 3 

d) 2 – 3 – 1 

e) 3 – 1 – 2 

f) 3 – 2 – 1 

4. Wie bezeichnet man das Buszugriffsverfahren bei CAN? 

a) Master-Slave-Verfahren 

b) CSMA/CR 

c) TDMA 

d) CSMA/CD 

5. Wie viele Nutzdatenbytes können mit einer CAN-Botschaft 

übertragen werden? 

a) 1 Wort = 2 Byte 

b) 8 Byte 

c) 254 Byte 

6. Was passiert, wenn der Empfänger einer CAN-Botschaft einen 

Fehler feststellt? 

a) Nichts. Der Empfänger ignoriert die Botschaft. Der Sender erhält keine 

Rückmeldung 

b) Der Sender teilt dem Empfänger den Fehler mit, indem sein 

Kommunikationscontroller kein Acknowledge, sondern einen Error 

Frame sendet. Darauf wiederholt der Kommunikationscontroller des 

Senders die Botschaft automatisch 

7. Eine CAN-Botschaft mit hoher Priorität wird versendet, ... 

a) ... sobald der Bus frei ist 

b) ... sobald der Bus frei ist und keine Botschaft höherer Priorität zum 

Senden bereit steht 

c) ... sofort. Eine Botschaft mit niedrigerer Priorität, die gerade auf dem 

Bus versendet wird, wird abgebrochen. 

8. Wie lange dauert die reine Übertragung einer CAN-Botschaft mit 

maximaler Nutzdatenlänge bei 500 kbit/s ganz grob? 

a) Ca. 30 Mikrosekunden 

b) Ca. 300 Mikrosekunden 

c) Ca. 3 Millisekunden 

d) Ca. 30 Millisekunden 

9. Die Bitrate in einem CAN-Bussystem ... 

a) Muss für alle Steuergeräte an einem Bus gleich sein 

b) Kann für jedes Steuergerät individuell festgelegt werden 

c) Wird im laufenden Betrieb nach Bedarf geändert 

24 



Inhalt 


25 

25 



LIN – Local Interconnect Network 


26 



Allgemeines 


� Entwickelt vom 1998 gegründeten LIN- 

Konsortium (Motorola heute Freescale und Kfz- 

Herstellern) 

� Ziel: kostengünstige Alternative zum Low-Speed- 

CAN 

� Subbus für CAN-Netze für einfache Sensor- 

Aktor-Anwendungen 

� Master-Knoten = Gateway zum CAN mit präziser 

Zeitbasis 

� Slave-Knoten ohne Konfigurationsinformationen 

und mit selbstsynchronisierendem Bittakt 

Umfang der Spezifikation 

LIN 1.0 

Versionsgeschichte 

LIN 1.2 

LIN 1.3 

1999 2000 2002 2003 2006 

LIN 2.0 

LIN 2.1 

Jahr 

� Wenige Mechanismen zur Erkennung von 

Übertragungsfehlern und keine Verfahren zur 

Fehlerkorrektur 

� Erhebliche Erweiterungen mit Version 2.0 und 2.1 

(optionale Tunneln von KWP 2000 oder UDS, 

PLug-and-Play für LIN-Slave Knoten) 

� Das Ziel einen LIN Knoten zum halben Preis eines 

CAN-Low-Speed Knotens zu implementieren 

wurde vermutlich nicht erreicht 

� LIN macht das Gesamtnetz eines Fahrzeugs 

komplexer und fehleranfälliger 

LIN Spezifikationen: 

Node Capability Language Specification 

Node Configuration and Identification Specification 

Diagnostic Specification 

Application Program Interface Specification 

Configuration Language Specification 

Protocol Specification 

Physical Layer Specification 

27 





� Zeichenbasierter (8N1), bidirektionaler 

Ein-Draht Linienbus ohne Abschirmung 

� Physical Layer und Bitübertragungsschicht 

identisch mit dem K-Line 

Protokoll (ISO 9141) - NRZ 

� Mit jedem UART realisierbar 

� Geringe Anforderungen an 

Bitgenauigkeit der Slaves und 

Protokolltiming (Slaves benötigen keinen 

eigenen Quarz) 

Fahrzeug 

� 1 Master steuert bis zu 15 Slaves 

� Maximale Bitrate = 20 kbit/s 

� Subbus für CAN mit den 

Standardbitraten 2,4; 9,6 und 19,2 kbit/s 

� Spezifiziert für Reaktionszeiten von 

maximal 200 ms 

� Buslänge < 40 m 

ECU1 Master ECU2 Slave ECUn Slave 

+ + + 

µC 

Transceiver 

µC 

Transceiver 

… 

µC 

Transceiver 

28 





Interframe Space 

Rezessive 

Dominant 

Sync-Break 

13 – 26 

Bits 

1 – 14 

Bits 

Sync-Byte 

0x55 

Header – gesendet nur vom Master 

� Sync-Break ist ein eindeutiges 

Muster (mind. 13 Low- u. 1 High-Bit) 

� Taktsynchronisation der Slaves über 

Sync-Byte 

� PID (Potected ID): 

• 6 Bits ID und 2 Bits Parität 

• Kennzeichnet Botschaft, die genau 

ein SG auf den Bus sendet 

• Verbindungslos: Inhalt der Daten, 

nicht die SG-Adresse 

• 64 mögliche Antworten mit 32 zu 2, 

16 zu 4, 12 zu 8 Datenbytes und 4 

spezielle Antworten, siehe Tabelle 

PID 

T Message 

Response Space 

Antwort mit 2, 4 oder 8 

Datenbytes 

Checksum 

… 

Response – gesendet vom Master oder Slave 

PID Funktion 

� Little-Endian-Format 

0 - 0x3B Übertragen von Daten 

0x3C Request Frame des Masters 

0x3D Response Frame der Slaves 

0x3E Reserviert für anwenderspezifische Erw. 

0x3F Reserviert für zukünftige Erweiterungen 

� Sleep-Modus nach mindestens 4 s 

Businaktivität (V 2.x) oder PID 0x3C 

und 0x00 Datenbyte 

� WUP: Low-Signal für 0,25 bis 5 ms; 

Master beginnt nach 100 ms 

� LIN arbeitet zeitsynchron, Master 

bestimmt Frame-Slots und Inhalt 

� Konfiguration des Netzes über 

Sceduling-Table im Master (LDF) 

� Maximale Nutzdatenrate 1,2 kbit/s 

29 



Botschaftstypen 

Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708 30 

� Unconditional Frames (Standardframes) 

• Normale zyklisch übertragene 

Standardframes 

� Event Triggered Frames 

• Für Daten, sie sich selten ändern 

• Mehrere Slaves können auf einen Request 

antworten 

• Es antworten nur die Slaves, bei denen sich 

Daten geändert haben 

• Master erkennt Slave am ersten Datenbyte 

der Response → PID des Standardframes 

• Erkennt der Master Kollision, fragt er die 

Standardframes ab bevor er wieder Event 

Triggered Frames sendet 


� Sporadic Frames 

• Platzhalter in der Scheduling-Table für 

dynamisches Verhalten des Masters 

• Dann, wenn sich Daten im Master geändert 

haben oder vom Master Antworten gefordert 

werden (Master als Slave) 

• Sonst bleibt der Bus in diesem Slot in Ruhe 

• Master kann einen von mehreren möglichen 

PIDs verwenden 

• Auswahl der Botschaft über statische 

Priorität → Scheduling-Table 

• Ereignisgesteuert, nicht deterministisch 

� Diagnostic Frames PID (0x3C und 0x3D) 

• Immer mit 8 Datenbytes 

• Für Konfiguration und Diagnose der Slaves 

• Diagnose über ISOTP oder UDS ohne 

Flußsteuerung 

• Master sendet Diagnoserequest über 0x3C 

und holt die Response vom Slave über 0x3D 

ab 

� Userdefined Frames (PID 0x3E) 

• Datenfeld darf länger als 8 Byte sein 

� Reserved Frames (PID 0x3F) 

• Für zukünftige Erweiterungen 

• Darf z.Z. nicht verwendet werden 



Testfragen – LIN 


1. Welche Bitrate ist typisch für einen LIN-Bus? 

a) 500 kbit/s 

b) 19,2 kbit/s 

c) 125 kbit/s 

2. Wie bezeichnet man das Buszugriffsverfahren bei LIN? 


b) CSMA/CA 

c) TDMA 

d) CSMA/CD 

3. Wer sendet LIN Requests? 

a) Das Master-Steuergerät 

b) Ein Slave-Steuergerät 

4. Wer sendet eine LIN Response? 

a) Der Master, wenn er einen Slave zum Senden auffordern will 

b) Ein Slave, wenn er auf einen LIN Request des Masters antwortet. 

Der Master, wenn er Daten an einen Slave versenden will 

5. Wenn bei der Übertragung eines LIN Requests ein Fehler 

auftritt, 

a) Sendet der Slave keine Response. Daran erkennt der Master den 

Fehler. 

b) Passiert gar nichts. Es gibt gar keine Fehlererkennung für LIN 

Requests. 

6. Wie viele Slave-Steuergeräte dürfen auf einen LIN-Request 

im Normalfall mit einer Response antworten? 

a) Jedes Steuergerät, das die geforderte Information liefern kann 

b) Genau ein Steuergerät, das in der Entwicklungsphase für die PID 

des Requests festgelegt wurde 

c) Bei LIN müssen immer alle Steuergeräte am Bus antworten 

7. Wie viele Nutzdatenbytes können in einer LIN-Botschaft 

versendet werden? 

a) Bis zu 2 Byte 

b) Bis zu 8 Byte 

c) Bis zu 12 Byte 

d) Bis zu 16 Byte 

e) Bis zu 256 Byte 

8. Wie viele verschiedene LIN-Botschaften können über den 

PID unterschieden werden? 

a) Bis zu 64 

b) Bis zu 256 

9. Wie lange dauert die reine Übertragung einer LIN- 

Botschaft bei maximaler Nutzdatenlänge und 10 kbit/s 

mindestens? 

a) Ca. 100 Mikrosekunden 

b) Ca. 1 Millisekunde 

c) Ca. 10 Millisekunden 

d) Ca. 100 Millisekunden 

10. Ein LIN Slave Steuergerät muss ... 

a) ... nur wissen, auf welche PIDs es reagieren muss 

b) ... muss alle PIDs und den Zeit-Schedule des gesamten 

Bussytems kennen 

31 



Inhalt 


32 

32 



FlexRay 


33 



Allgemeines 


� Herstellerübergreifendes 

Bussystem für echtzeitkritische 

High-Speed Anwendungen im X- 

By-Wire Umfeld 

� Entwickelt im FlexRay-Konsortium 

(gegründet 2000 von BMW, 

DaimlerChrysler, Motorola und 

Philips) 

� 2005 FlexRay Spezifikation 2.1 

Spezifikationen – FlexRay Communications System 

Protocol Specification Version 2.1, 2005, www.FlexRay.com 

� Kombination aus Byteflight (BMW) 

und TTP/C (TTTech) 

� Vorteile gegenüber CAN: 

• Höhere Datenrate 

• Deterministisch 

• Fehlertolerant 

� Erster Serieneinsatz 2006 für 

dynamische Dämpferregelung im 

BMW X5 

Electrical Physical Layer Specification Version 2.1, 2005, www.FlexRay.com 

Electrical Physical Layer Application Notes Version 2.1, 2005, www.FlexRay.com 

Bus Guardian Specification 2.0, 2004, www.FlexRay.com 

34 





� Bitstrombasierter, bidirektionaler Zwei- 

Draht Bus mit Differenzsignal 

� Optionaler zweiter Kanal – für Redundanz 

oder Bandbreitenerhöhung verwendbar 

� Broadcast-System: Zeitgesteuert nach 

TDMA und ereignisgesteuert nach FTDMA 

(Flexible Time Division Multiple Access) 

Fahrzeug 

120 Ω 

120 Ω 

ECU 1 

Twisted Pair 

Host 

Comm. Controller 

BG BT BG BT 

Twisted Pair 

… 

BP (Bus Plus) 

BM (Bus Minus) 

BP (Bus Plus) 

BM (Bus Minus) 

ECU n 

Host 


BG BT BG BT 

A 

B (optional) 

120 Ω 

120 Ω 

� Maximal 64 Steuergeräte je Bussegment 

� Bitrate: 

• 10 Mbit/s mit aktivem Sternkoppler 

• bei passivem Linienbus nur unwesentlich 

höher als CAN 

� Zukünftig höhere Bitraten möglich 

� Einsatz von Lichtwellenleiter möglich 

Passive Linienstruktur 

ECU ECU ECU … ECU 

Aktive-Star-Struktur + 

Linienstruktur (Hybrid) 

ECU 

Maximal 24 m 

ECU 

ECU 

SK 

ECU 

ECU 

Passive-Star-Struktur 

ECU 

ECU 

ECU 

ECU ECU ECU 

ECU 

ECU 

35 





� Feste Anzahl Zeitslots im statischen Segment 

� In ein Zeitslot muß eine komplette Botschaft passen 

� Senderecht in einem Zeitslot hat genau ein Steuergerät → 

kollisionsfrei 

� Ein SG kann auf beiden Kanälen im selben oder anderen 

Zeitslots senden 

� Cycle Multiplexing: Die Scheduling-Table kann für jeden Zyklus 

unterschiedlich sein (Framewiederholung = n2) 

� Jedes SG zählt die Zeitslots mit 1 beginnend auf beiden 

Kanälen getrennt im Slot-Counter 

� Das statischen Segment muß mindestens 2 und darf maximal 

1023 Zeitslots haben 

Cycle n - 1 

Makro Ticks 

(1 … 6 µs) 

Slot Raster 

Cycle n 

� Minislots = Zeitslots im dynamischen Segment 

� Senderecht in einem Minislot hat genau ein Steuergerät → 

kollisionsfrei 

� Botschaft darf aber eine auch auf beiden Kanälen 

unterschiedliche Länge haben 

� SG kann im dyn. Seg. auf das Senderecht verzichten 

� Slot-Counter Wert im dyn. Segment = Priorität 

� Maximale Gesamtanzahl der Slots = 2047 

� In-Cycle-Response 

Statisches Segment Dynamisches Segment (opt.) 

Static Slot Minislot 

Symbol 

Window (opt.) 

Network 

Idle Time 

Cycle n + 1 

Kanal A 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 

1 … 

Kanal B 1 2 3 4 5 6 7 8 9 

1 … 

Slot-Counter 

… 

… 

36 



Cycle Multiplexing 


Zyklus 00 

Zyklus 01 

Zyklus 02 

Zyklus 03 

Zyklus 04 

Zyklus 05 

Statisches Segment Dyn. Segment SYM+NIT 

2,5 ms Slot 5 ms Slot CycleMux Slot 2,5 ms Slot 

2,5 ms 

3,0 ms 

10 ms 

20 ms 

10 ms 

40 ms 

10 ms 

20 ms 

… 0,5 ms … 0,5 ms 

… 

Zyklus 63 

… 

5,0 ms 

1,9 ms 

2,0 ms 

100 µs 

Wiederholung des 

Kommunikationsschemas über 

mehrere (max. 64) Zyklen hinweg 

Ein Steuergerät sendet einmal pro 

Zyklus 

Ein Steuergerät sendet mehrfach 

pro Zyklus zur Erhöhung der 

Datenrate 

Ein Steuergerät sendet nur in jedem 

2., 4., 8., 16. … Zyklus zur 

Mehrfachnutzung der Slots 

37 



Frameformat 


� Frame-ID = Nummer des Zeitslots 

� Nur Gerade Anzahl von Nutzdatenbytes 

� Zykluszähler wird beim Start des Netzes mit 0 

initialisiert und dann mit jedem Zyklus 

inkrementiert 

� TSS – Transmission Start Sequence: 0-Bitfolge der 

Länge 3 … 15 Bits zur Kennzeichnung des 

Übertragungsbeginns 

� FSS – Frame Start Sequence: 1 Bit auf logisch 1 

zur Synchronisation der Bitabtatstung 

� BSS – Byte Start Sequence: 1-0-Bitfolge vor 

jedem Byte zur Empfänger Synchronisation 

1 2 3 4 5 

5 Bit 

Frame-ID 

1 … 2047 

11 Bit 

� FES – Frame End Sequenz: 0-1-Bitfolge zur 

Kennzeichnung des Botschaftsendes 

� DTS – Dynamic Trailing Sequence: Mind. ein 0 

und ein 1 Bit zur Überbrückung der Zeit bis zum 

nächsten Minislot 

� Wesentlich höherer Protokoll-Overhead als bei 

CAN 

� Max. Nutzdatenrate 500 kByte/s, in der jedoch 

Praxis deutlich kleiner 

� Konfiguration der statischen und dynamischen 

Segmente aller SG eines Fahrzeugs kompliziert 

5 Byte Header 0 … 256 Byte Daten 3 Byte Trailer 

Anzahl 

Datenworte 

Header CRC 

Zyklus 

Zähler 

0 … 127 

16 Bit Nutzdatenworte 

Prüfsumme CRC 

7 Bit 11 Bit 6 Bit 24 Bit 

Steuerbits Format: 

Bit 1: Reserved = 0 

Bit 2: Payload Preample Indicator = Statisches Slot: Daten enthalten einen Netzwerkmanagement Vector 

Dynamisches Slot: Daten enthalten 2-Byte-Message-ID 

Bit 3: Null Frame Indicator = Zeigt an, daß die Nutzdaten keine gültigen Daten enthalten (1) oder nicht (0) 

Bit 4: Sync Frame Indicator = Zeigt an, ob der Frame zur Synchronisation verwendet werden (1) kann oder nicht (0) 

Bit 5: Startup Frame Indicator = Zeigt einen Startup-Frame zur Synchronisation beim Systemstart an (1) 

38 



Netzwerkstart und Taktsynchronisation 


� Zum Starten des Netzes mindestens 2 besser 3 

Kaltstartknoten 

� Kaltstartknoten müssen immer auf beiden 

Kanälen A und B angeschlossen sein 

� WUP und CAS sind eindeutige Bitmuster 

� WUP wird auf einem Kanal CAS immer auf beiden 

Kanälen gesendet, damit beide Kanäle synchron 

gestartet werden 

� Beim Senden der Kaltstartknoten in den normalen 

Kommunikationszyklen sind immer die Bits 

Startup Frame Indicator und Sync Frame Indicator 

gesetzt 

� Die anderen Kaltstartknoten beginnen sobald sie 

mindestens 4 Botschaften mit den gesetzten Bits 

empfangen und sich synchronisiert haben 

Knoten K prüft, ob Bus in Ruhe ist 

Knoten K 

Wakeup 

Pattern 

WUP 

K 

Collision 

Avoidance 

Symbol CAS 

K = Leading Coldstart-Node 

L = Coldstart-Node 

M = normales Steuergerät 

K 

Cycle 0 

K 

Cycle 1 

… 

Cycle 4 

K 

K L 

Cycle 5 

� Normale SG beginnen, sobald sie mindestens 2 

aufeinander folgende Botschaften von zwei 

verschiedenen Kaltstartknoten empfangen haben 

� Somit können sich SG jederzeit neu in eine 

laufende Kommunikation einklinken (bei 3 

Kaltstartknoten auch ein Kaltstartknoten selbst) 

� Netzwerkstart frühestens nach 8 kompletten 

Kommunikationszyklen abgeschlossen 

� Laufende Synchronisation der lokalen Mikrotiks 

mit den globalen Makroticks über Botschaften 

mit gesetztem Sync Frame Indicator Bit im 

statischen Segment 

• Sync Nodes: mindesten 2 und maximal 15 → 

Redundanz 

• senden immer auf beiden Kanälen 

Cycle 2 

K L 

K K L … 

Cycle 6 

Cycle 3 

K L 

Cycle 7 

Cycle 4 

K L M K L M … 

Cycle 8 

Cycle 9 

39 



Testfragen – FlexRay 


1. Weshalb wurde FlexRay entwickelt? 

a) Weil CAN zu teuer war. 

b) Weil die Bitrate von CAN durch die CSMA/CR Arbitrierung 

Prinzip bedingt nicht wesentlich vergrößert werden kann und 

für zeitkritische Anwendungen nicht mehr ausreicht. 

c) Weil ein Bussystem mit höherer Bitrate unempfindlicher gegen 

elektromagnetische Störungen (EMV) ist. 

2. Welches Buszugriffsverfahren verwendet FlexRay? 


b) CSMA/CA 

c) TDMA bzw. FTDMA 

d) CSMA/CD 

3. In einem Zeitschlitz (Slot) darf das Steuergerät senden, … 

a) … dessen Botschaft die höchste Priorität hat. 

b) … das gerade einen Request empfangen hat. 

c) … das für diesen Slot konfiguriert wurde. 

d) … das am schnellsten ist. 

4. Die Slots des statischen Segments sind ... 

a) ... alle gleich lang. 

b) ... sind je nach Bedarf unterschiedlich lang. 

5. Falls eine Botschaft länger ist als ein Slot im statischen 

Segment, 

a) … wird sie vom Kommunikationscontroller automatisch auf 

mehrere Slots verteilt. 

b) … kann sie nicht versendet werden. 

6. Botschaften im dynamischen Segment, ... 

a) ... dürfen nicht länger sein als ein Minislot. 

b) ... sind in der Regel länger als ein Minislot, müssen aber 

vollständig in das dynamische Segment passen. 

7. Bei CAN kann nach Einschalten der Betriebsspannung 

jedes Steuergerät zu einem beliebigen Zeitpunkt 

anfangen, Botschaften zu versenden. Bei FlexRay ... 

a) ... ist das genauso. 

b) ... müssen zunächst mindestens zwei Kaltstartknoten die 

Netzwerkkommunikation starten. Erst danach dürfen normale 

Steuergeräte mit dem Senden beginnen. 

c) ... versendet ein Steuergerät an alle anderen eine Botschaft, mit 

der es mitteilt, dass die anderen Geräte mit dem Senden 

beginnen dürfen. 

8. Welche Bustopologie ist bei FlexRay nicht möglich? 

a) Ringbus 

b) Linienbus 

c) Stern 

9. Durch Cycle Multiplexing … 

a) … darf ein Steuergerät in jedem Kommunikationszyklus 

mehrfach senden. Dadurch verringert sich die effektive 

Zyklusdauer für dieses Steuergerät. 

b) … kann derselbe Zeitschlitz in aufeinanderfolgenden Zyklen 

durch unterschiedliche Steuergeräte belegt werden. Dadurch 

vergrößert sich die effektive Zyklusdauer für diese Steuergeräte. 

10. Die Zyklusdauer ist … 

a) … die Dauer eines Zeitschlitzes und ist typischerweise deutlich 

kleiner als 100 Mikrosekunden. 

b) … die Periodendauer, mit der sich der gesamte 

Kommunikationsablauf periodisch wiederholt. 

40 



Inhalt 


41 

41 



MOST – Media Oriented System Transport 


42 



Allgemeines 


� Infotainment-Bus für Telematik und 

Multimedia-Anwendungen im Fahrzeug 

� Vernetzung von Radio, CD-Wechsler, 

Telefon, Navigation, TV etc. 

� Entwickelt von Firma OASIS/SMSC, 

Harman Becker und OEMs, als 

Konkurrenz zu D2B (Digital Data Bus, 

Philips) 

� Seit 1998 weiterentwickelt durch die 

MOST-Cooperation 

Spezifikationen 

� Definiert alle 7 ISO/OSI-Schichten 

� Digitale und störunempfindliche 

Übertragung von Audio- und 

Videosignalen 

� Optisches Übertragungsmedium mit 

Kunstoff-Lichtwellenleiter aber auch 

Kupferkabel möglich 

� Über Gateway im Fahrzeug vernetzt 

� Layer 1 u. 2 durch SMSC-Patente 

geschützt, restriktive Lizenzvergabe 

MOST Specification Framework, Rev. 1.1, 1999, www.MostCooperation.com 

MOST Specification Rev. 2.5, 2006, www.MostCooperation.com 

MOST Dynamic Specification Rev. 1.2, 2006, www.MostCooperation.com 

MOST MAMAC Specification Rev. 1.1, 2003, www.MostCooperation.com 

MOST Function Block Library für Netzknoten mit Slave- oder Masterfunktion 

43 





� Bitstromorientiertes Übertragungsprotokoll 

mit Lichtwellenleitern (POF) 

• EMV unempfindlich 

• Jedoch: teure Steckverbinder, begrenzte 

Biegeradien und geringe Temperaturstabilität 

� Manchester-kodiertes Lichtsignal → 

Bitsynchronisation beim Empfänger 

Fahrzeug 

Tx 

ECU n 

µC 


Rx 

FOT 

POF 

Plastic Optic Fiber 

Rx 

Tx 

ECU 1 

µC 


FOT 

MOST Ring 

ECU 3 

µC 


FOT 

Tx 

Rx 

ECU 2 

µC 


FOT 

Rx 

Tx 

� Meist logische Ringstruktur mit bis zu 64 

ECUs 

� Punkt-zu-Punkt Verbindung zwischen den 

ECUs → jede ECU hat Ein- und Ausgang 

� Bitrate 25 Mbit/s, zukünftig 50 Mbit/s und 

höher 

� Inaktive ECUs arbeiten im Bypass-Betrieb, 

aktive entnehmen Signale oder fügen 

welche hinzu 

� Eine ECU arbeitet als Timing-Master und 

erzeugt die Frames, alle anderen 

synchronisieren sich auf dessen Bit- und 

Frametakt 

� Zeitsynchron mit TDMA-Zugriff, maximale 

Nutzdatenrate 2,6 MB/s 

� Optional paketorientierte asynchrone 

Übertragung mit CSMA-Zugriff, maximale 

Nutzdatenrate 1,2 MB/s bei gleichzeitig bis 

zu 1,1 MB/s für synchrone Daten 

44 





� 1 Block = 16 Botschaften (Frames) 

� Jede Botschaft durchläuft genau einmal den 

gesamten Ring 

� 2 Datenbereiche: 

• Synchronous Data Channel (z.B.: Audio, Video) 

� Zeitslots zu je 8 Bit (physikalische Kanäle) 

� Mehrere physikalische Kanäle ergeben einen 

logischen Kanal (Streaming Channel) 

� Anwendungen fordern diese Kanäle an und geben 

sie wieder frei 

Blockformat: 1 Block = 16 Frames mit TBlock = 363 µs 

(bei Frame-Rate 44,1 kHz = Bitrate 25 Mbit/s) 

Header 

1 Frame = 64 Bytes mit T Frame = 22,67 µs 

60 Byte Daten 

Synchron Asynchron 

Steuerdaten 

Trailer 

1 Byte 24 … 60 Byte 36 … 0 Byte 2 Byte 1 Byte 

Header-Format: 

Bit 0-3: Präampel – kennzeichnet den Start eines Blocks und eines Frames 

Bit 4-7: Boundary Descriptor – unterteilt das nachfolgende Datenfeld in einen 

synchronen und asynchronen Bereich 

Arb. 

4 Byte 

� Keine Sender- und Empfängeradressen – Steuerung 

erfolgt nur über Control Channels 

• Asynchronous Data Channel (z.B.: Navi- 

Karteninformationen, TCP/IP) 

� Max. 48 Bytes Nutzdaten pro Frame → Segmentierung 

� Buszugriff, wenn Bus frei ist → Erkennung über 

Arbitrierung CSMA/CA 

� CRC-Summe, aber keine Empfangsbestätigung, 

Fehlermeldung oder Sendewiederholung 

Asynchronous Data: 

Arb. 

1 Byte 

• Control Channel (z.B.: Netzmanagement, 

Gerätekommunikation) 

Control Data: 

Target 

Address DL 

� Ereignisgesteuerte Übertragung von festen 32 Bytes pro 

Block im 2 Byte Control Data Field des Frames 

� Segmentierung in Einheiten von 2 Byte 

� Geringe Bandbreite 

� Physikalische oder logische Adresse 

� Empfänger gibt Bestätigung ACK, wenn nicht NAK 

Target 

Address 

Source 

Address 

10 … 58 Bytes 

Source 

Address 

32 Bytes 

Daten CRC 

2 Byte 1 Byte 2 Byte 0, 4, 8, … 48 Byte 2 Byte 

Type Daten CRC Trailer 

2 Byte 2 Byte 1 Byte 17 Byte 2 Byte 

4 Byte 

45 



Testfragen – MOST 


1. Welche Bitrate ist typisch für MOST? 

a) 500 kbit/s 

b) 10 Mbit/s 

c) 25 Mbit/s 

2. MOST ist durch seine hohe Bitrate besonders 

geeignet für … 

a) Audio- und Videosignale, die eine hohe 

Bandbreite benötigen. 

b) Steuer- und Regelanwendungen mit 

Echtzeitanforderungen. 

3. Was meint man, wenn man sagt, das MOST 

System arbeitet mit 44 kHz bzw. 48 kHz? 

a) Das ist die Bitrate des Bussystems 

b) Das ist die Rate, mit der die Abtastwerte von 

Audiosignalen bei CDs und DVDs aufgenommen 

werden. 

4. Wie viele Nutzdatenbytes passen maximal in 

einen MOST25-Frame? 

a) 32 Byte 

b) 60 Byte 

c) 64 Byte 

d) 256 Byte 

5. Der synchrone Datenbereich eines MOST- 

Frames wird vor allem verwendet, um ... 

a) … TCP/IP-Daten zu übertragen. 

b) … Audio-Daten zu übertragen. 

c) … das MOST-System zu synchronisieren und zu 

konfigurieren. 

6. Weshalb wird in der nächsten MOST- 

Generation die Bitrate auf 150 Mbit/s erhöht? 

a) Weil für Brake- und Stear-by-Wire-Anwendungen 

für neue Fahrdynamiksysteme eine schnellere 

Übertragung notwendig ist. 

b) Weil die Qualität der Radio- und CD- 

Musikübertragung sowie die Sprachqualität für 

das Autotelefon dadurch verbessert werden 

kann. 

c) Weil die Bandbreite von MOST25 für 

Videosignale, wie sie für Nachtsichtassistenten, 

Verkehrszeichenerkennung oder 

Rückfahrkameras benötigt werden, nicht 

ausreicht. 

46 



Inhalt 


47 

47 



K-Line 


48 



Allgemein 


� Erster Europäischer Bus (K-Bus) 

� 1989 als ISO 9141 standardisiert 

• Elektrische Eigenschaften 

• Art der Bitübertragung 

• Kommunikationsaufnahme 

(Reizung) 

Standard Beschreibung 

• Diagnoseprotokoll war herstellerspezifisch 

und nicht Bestandteil 

� 1994 übernahm die EU die 

amerikanische OBD-2 (EOBD) 

� Daraus wurde ISO 9141-2 / 

ISO14230 (KWP 2000 - Keyword 

Protocol 2000) 

ISO 14230-3 Physical Layer für KWP 2000 (Kompatibel zu ISO 9141-2) 

ISO 14230-2 Data Link Layer 

ISO 14230-1 Application Layer Implementierungshinweise 

ISO 14230-4 

Einschränkungen des Physical- und Data Link Layers für die 

EOBD 

49 





� Zeichenbasierter (8N1), 

bidirektionaler Ein-Draht-Bus 

� Logikpegel: 

• > 0,8 UBat für High 

• < 0,2 UBat für Low 

Fahrzeug 

ECU 1 

(Slave) 

+ + 

ECU2 (Slave) 

… 

� Optional unidirektionale L-Line 

� Master-Slave (Tester-Steuergerät) 

� Standardbaudrate 10,4 kbits/s 

� Tester und Steuergeräte- 

Implementierung über UART sehr 

kostengünstig realisierbar 

OBD-Stecker 

Tester (Master) 

UART / RS232 

TxD 

Pegelwandler 

RxD 

50 





� 3 Phasen der Kommunikation 

• Verbindungsaufbau (Reizung) 

• Datenaustausch 

• Verbindungsabbau 

� Fast-Reizung nach ISO 14230 

(Dauer ca. 100 ms): 

� Adress-Reizung (5 Baud = ca. 2,5 s) 

Tester → ECU 

> 300 ms ca. 2 s < 300 ms 

K-Line 

L-Line 


> 55 ms 25 25 ms < 50 ms 

(300 ms) 

K-Line 

L-Line 

Wup 

5 bit/s 

ECU → Tester 

< 20 ms < 20 ms < 20 ms < 50 ms 

Adressbyte Sync-Byte KW LSB KW MSB I-KW MSB 

Adressbyte 


Gilt nur für 10,4 kbit/s! 

0x81 0xC1 KW LSB KW MSB 

StartCommuncationRequest (5 Byte) 

(Nutzdaten) 

StartCommuncationReponse (7 Byte) 

Die Baudrate wird vom Tester durch das Sync-Byte ausgemessen 

� Datenaustausch durch Request-Response 

� Botschaftsformat: 

1 bis 4 Byte Header 

Target Source 

Format Length 

Address Address 

Optional Optional 

1 – 255 Bytes 1 Byte Trailer 

Nutzdaten Checksum 

� Checksum = mod 256 Summe aller Bytes 

(außer der Prüfsumme selbst) 

� Im Keyword sind das Header-Format und 

die Timingparameter kodiert (Wertebereich 

2000 bis 2031) 

Tester → ECU ECU → Tester 

I-Adr.Byte 

Formatbyte: 

Bit 7 0 

Adressierung: Länge: 

00 = Keine 0 = mit Längenbyte 

01 = CARB 1-63 ohne Längenbyte 

10 = Physikalisch 

11 = Funktional (SAE J2178) 

51 



Fehlerbehandlung: 

� Falsche Botschaftslänge / Prüfsumme: 

• ECU ignoriert Botschaft 

• Tester prüft Timeout und wiederholt 


Request 

P4 

B1 B2 … CS 

Timingparameter: 

Normal 


Response 

P2 P1 

B1 B2 CS 

… 

Extended (nur 

physikalisch) 

P1 0 … 20 ms 0 … 20 ms 

P2 25 … 50 ms 0 … 1000 ms 

P3 55 … 5000 ms 0 … 5000 ms 

P4 5 … 20 ms 5 … 20 ms 

� Falsche Daten: 

• ECU sendet negative Response 

Diagnosesysteme im Automobil Timings, OBD etc. 

P3 

B 1 

… 

Einschränkungen bei EOBD: 

� Header besteht immer aus 3 Byte (Target-, 

Source Address, kein Längenbyte) 

� Botschaften haben max. 7 Byte Nutzdaten 

� Tester-Request Target-Address ist immer 

funktional 

� ECU-Response Target-Address immer 

physikalisch 

� Nur Default Timing-Parameter zulässig 

� Nur 10,4 kbit/s zulässig 

� Sonstiges: 

� Übertragungszeit von 255 Bytes Daten bei 

10,4 kbit/s von 250 ms bis 5,5s 

� Protokollrealisierung fast nur in Software – 

hohe Interrupt-Belastung 

� ISO 9141 war Grundlage vieler proprietärer 

Protokolle (KW 71, KW 81, KW 500 etc.) 

52 



Inhalt 


53 

53 



SAE J1850 


54 



Allgemeines 


� Veraltetes Bitstrom-orientierter Class 

A/B Bus für On- und OffBoard 

Kommunikation vor allem bei 

amerikanischen Herstellern 

� 1994 als SAE J1850 standardisiert 

� Auch für OBD zugelassen 

� Für Neufahrzeuge in den USA und 

Europa wird ab 2007 J1850 durch CAN 

ersetzt 

� SAE J2178 legt die Inhalte für die 

OnBoard Kommunikation fest 

� SAE J1979 und ISO 15031 beschreibt die 

Dienste für die OBD-Kommunikation 

Eigenschaften SAE J1850 PWM SAE J1850 VPWM 

Verwendet von Ford 

General Motors, Chrysler, 

Harley Davidson und Toyota 

Bit-Kodierung Pulsbreitenmodulation (PMW) Variable Pulsbreitenmodulation (VPMW) 

Bitrate 41,6 kbit/s 10,4 kbit/s (Mittelwert) 

Datenleitung Zwei-Draht (Twisted Pair) Ein-Draht (Single Wire) 

Signalpegel 

5 V Differenzsignal 

Low < 2,2 V; High > 2,8 V 

Maximal 6,25 V 

Nutzdaten 0 bis 8 Bytes je Botschaft 

Botschaftslänge Maximal 101 Bit (inkl. Header und Trailer) 

Buszugriff CSMA/CA 

U Bat unipolar 

Low < 3,5 V; High > 4,5 V 

Maximal 20 V 

55 



Physical- und Data Link Layer 


� Bitcodierung: 

J1850 PWM: 

Logisch 1 

⅓T Bit 

J1850 VPWM Bitfolge 0 0001 1101: 

� Botschaftsformat: 

Bus Idle 

⅔ T Bit 

T Bit 

J1850 VPWM: 

Bit Pegel Dauer 

0 Low T Bit,short 

0 High T Bit,long 

1 High T Bit,short 

1 Low T Bit,long 

TBit, short = 64 µs 

TBit, long = 128 µs = 2 • TBit,short 0 0 0 0 1 1 1 0 1 

SOF 

Bit 

Logisch 0 

⅔ T Bit ⅓T Bit 

T Bit 

Message 

Control 

Target 

Address 

Source 

Address 

Maximal 12 Bytes 

Header 1 oder 3 Bytes 1 Byte 

Nutzdaten 

0 bis 8 Bytes 

� PWM und VPWM sind inkompatibel 

� Bei PWM beginnt jedes Bit mit 

einem Low-High-Übergang 

� Bei VPWM beginnt jedes Bit mit 

einem Übergang und endet mit dem 

komplementären Übergang 

� In Frame Response (IFR) mit 1 Byte 

Länge zum direkten Antworten des 

Empfängers ohne eigenen Block 

� Trotz niedriger Bitrate komplizierter 

Aufbau → Controller erforderlich 

CRC 

Checksum 

EOD 

Bit 

In Frame 

Response 

Optional Optional 

EOF 

Bit 

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Inhalt 


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SAE J1708 


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Allgemeines 

Grundlagen CAN LIN FlexRay MOST K-Line SAE J1850 SAE J1708 59 

� Älteres in amerikanischen Nutzfahrzeugen weit verbreitetes serielles, 

bidirektionales und zeichenorientiertes Busprotokoll (1990) 

� Prioritätsgesteuertes Buszugriffsverfahren CSMA/CA (die Nachricht mit der 

niedrigsten Priorität erhält als erste den Buszugriff) 

� Class A Bus mit fester Bitrate von 9600 bit/s 

� Physikalische Schicht basiert auf RS-485 jedoch ohne Busabschluß (Reflexionen 

werden aufgrund der niedrigen Datenrate in Kauf genommen) 

� Mit UART realisierbar 

� Application Layer = SAE J1587 (Kommunikation und Datenaustausch auf Basis 

von Parameter-IDs) 

� Botschaftsaufbau: 

• 1 Byte MID (Message Identification Character) 

• bis 19 Datenbytes 

• 1 Byte Checksumme 

� Protokoll beinhaltet Fehlerbehebungsmechanismen durch Überwachung der 

Daten und Sendewiederholungen 

� Vorgänger von J1939 (CAN für Nutzfahrzeuge) 



Testfragen – Ältere Bussysteme 


1. Was ist die K-Line ist? 

a) Eine Diagnoseschnittstelle 

b) Ein Bussysteme für die On-Board-Kommunikation im Fahrbetrieb. 

2. Wo findet man SAE J8150 in Europa? 

a) In Fahrzeugen europäischer Hersteller 

b) In Fahrzeugen japanischer Hersteller 

c) In Fahrzeugen amerikanischer Hersteller 

3. Welcher Bus verwendet für die Bitcodierung das aufwendige PWM-Verfahren? 

a) K-Line 

b) SAE J1850 

c) SAE J1708 

4. Welcher Bus wurde/wird praktisch nur bei Nutzfahrzeugen verwendet? 

a) K-Line 

b) SAE J1850 

c) SAE J1708 

5. Mit welchem Bus arbeitet das Diagnoseprotokoll KWP 2000? 

a) K-Line 

b) SAE J1850 

c) SAE J1708 

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