Kom - Kommunikation

Aufgabenstellung und Ziele

Das Modul Kommunikation realisiert den Datenaustausch der einzelnen Module des Carolo Cup Fahrzeugs (CCF). Das Ziel ist es, mithilfe von C++ Code (Visual Studio 2019) die Variablen aus der Objekt- und Spurerkennung (z.B. Spurpolynom $Y(X)=aX^2+bX+c$) von PC zur x86 PCI-Erweiterungskarte zu übertragen, die sich auf dem CCF befinden.
Das wird realisiert indem eine serielle RS-232 Schnittstelle zum Microcontroller, in diesem Fall der Entwicklerkarte DS1104 von dSPCACE, implementiert wird.
Die weitere Verarbeitung der Daten findet in den anderen Modulen statt, die in Simulink (2019b) implementiert und auf der dSPACE-Karte ausgeführt werden. Die Spurparameter werden z.B. in BSF - Bahn- und Spurführung verarbeitet, um den Lenkwinkel aus der aktuellen Position und dem Spurpolynom zu regeln.

Konzept

Die OSE Softwareumgebung beinhaltet die Bild- und Objekterkennung mit Laserscanner die Lidar-Verarbeitung, sowie die Implementierung der RS232 Kommunikation.
Die Kamera ist mit Ethernet an die x86-CPU verbunden, diese wiederum ist über einen COM Port über das RS-232 Protokoll mit der dSPACE Karte verbunden. Die x86-CPU führt die "OSE_Draufsicht_Spurpolynom_RS232.exe" (C/C++ Code) aus, die einen Bildverarbeitungsalgorithmus auf das Kamerabild anwendet, um die a-, b-, c-Parameter der Fahrspur zu ermitteln.

Schema des Kommunikations-Konzepts nach Schnittstellen Dokumentation (Regelkreis mit dSPACE-Karte stark vereinfacht)

Die OSE Softwareumgebung erkennt aus den Lidar-Daten Objekte, die in Modulen AEP - Autonomes Einparken, BSF - Bahn- und Spurführung und AuF - Antrieb und Fernbedienung benötigt werden. Mit diesen Daten kann das CCF Hindernissen auf der Teststrecke reagieren und ausweichen.

Serielle Schnittstelle: RS-233

Eine guten ersten Überblick des Recommended Standart 232 vermittelt die Definition in dem Wikipedia Artikel von RS-232.
Die Übertragung wird mit 8bit langen Wörtern realisiert. Dazu muss das Datenpaket mit 149 Bytes in kleinere Pakete aufgeteilt werden.

Überblick Variablen

Das gesamte Datenpaket besteht aus mehreren Variablen, die der SVN: Schnittstellendokumentation zu entnehmen sind.

• PC zu dSpace

Signalname	Datentyp	Beschreibung
a	float32 (4 Byte)	Fahrspurparameter
b	float32 (4 Byte)	Fahrspurparameter
c	float32 (4 Byte)	Fahrspurparameter
lane_asign	bool (1 Byte)	Spurzuordnung: 1 = rechte Fahrspur, 0 = linke Fahrspur
stop_insight	bool (1 Byte)	1 = Stopplinie erkannt, 0 = keine Stopplinie erkannt
stop_distance	float32 (4 Byte)	Entfernung zur Stopplinie
n_objekte	uint8 (1 Byte)	Anzahl relevanter Objekte (maximal 5)
number[n_objekte]	uint8 (1 Byte)	Objektzähler
x_0[n_objekte]	float32 (4 Byte)	x-Koordinate des Objektmittelpunktes (mitte, vorn)
y_0[n_objekte]	float32 (4 Byte)	y-Koordinate des Objektmittelpunktes (mitte, vorn)
b[n_objekte]	float32 (4 Byte)	Objektbreite
t[n_objekte]	float32 (4 Byte)	Objekttiefe
alpha[n_objekte]	float32 (4 Byte)	Objektausrichtung
v[n_objekte]	float32 (4 Byte)	Betrag des Geschwindigkeitsvektors
plausible[n_objekte]	uint8 (1 Byte)	Vertrauenswert für Objekt (0=min,255=max)
	149 Byte	Gesamtgröße des Datenpakets

• dSpace zu PC

Signalname	Datentyp	Beschreibung
V_x_ego	float32 (4 Byte)	Ego-Längsgeschwindigkeit des Fahrzeugs
alpha	float32 (4 Byte)	Lenkwinkel: α > 0 Lenkausschlag links, α < 0 Lenkausschlag rechts
	8 Byte	Gesamtgröße des Datenpakets

Softwarearchitektur für die Kommunikation

Die für die OSE Softwareumgebung relevanten Dateien werden im folgendem Diagramm abgebildet.

Beschreibung der Implementierung

Die OSE Softwareumgebung umfasst drei Themenbereiche. Erstens die Linienerkennung, mit der die Fahrspur berechnet oder die Stopplinie identifiziert wird. Zweitens die Objekterkennung die aus LIDAR Daten berechnet werden (Noch nicht vollständig im Diagramm! | Stand Sprint1 WS22/23). Drittens die Implementierung einer RS-232 Kommunikation mit der rs-232.c-Bibliothek von Teunis van Beelen.
Die Hauptklasse der OSE Softwareumgebung "main.h" ruft die Funktion RS232_SendDataBigEndianFirst() auf, die mit der Funktion RS232_SendByte() aus "RS232Comm.h" das Datenpaket an die dSPACE-Karte schickt. Vom PC wird jeder Parameter in 4 Byte aufgesplittet. Da 3 Parameter versendet werden, werden pro Übertragung 12 Byte benötigt, um die a-,b- und c-Parameter an der dSPACE-Karte zu bilden. Als erstes werden die 4 Byte des a-Parameters empfangen, dann wird des b-Parameter, anschließend der c-Parameter. Um sicher zu stellen, dass der a-Parameter immer als erstes bearbeitet wird, wird einen START_BYTE von PC zu der dSPACE-Karte gesendet. Dieser wird bewusst als 10101010(BIN) = 170(DEC) gewählt. Wichtig zu beachten ist, dass die Daten im PC als Little-Endian und auf der dSPACE-Karte als Big-Endian gespeichert sind.

Initialisierung auf der dSPACE-Karte

Mit der RTI Toolbox von dSPACE wird eine Simulink-Bibliothek für die serielle Schnittstelle bereitgestellt (Beispiel: ..\Teams\Kom\Demos\DEMO dSPACE Kommunikation). Hierfür sollte das MATLAB®/Simulink online Modell des CCF gestartet werden. Die serielle Kommunikation wird mittels des sogenannten DS1104SER_SETUP -Blocks in Simulink initialisiert, dieser muss im Simulink-Modell enthalten sein. Mit Doppelklick auf den Block können die Einstellungen des Busses konfiguriert werden: Für die Fahrzeugskommunikation wird eine Baudrate von 115200 gewählt, die Kommunikation erfolgt erstmal ohne Handshake (WiSe22/23).

Alte Wiki-Artikel zur Kommunikationsimplementierung:
Übertragen des Spurpolynoms Kommunikation zwischen PC und dSpace-Karte (vorheriger Ansatz)

Datenverarbeitung

Für die Datenverarbeitung wird einen S-Function in Simulink erstellt. Die Funktion hat den Zweck die Daten zu interpretieren und die Spurparameter zu rekonstruieren. Hierfür werden zwei Eingänge benötigt:

• Nutzdata
• Statusbit

und der wesentliche Ausgängen sind:

• a-Parameter
• b-Parameter
• c-Parameter.

Empfangt werden 8-Bit-Zeichen und diese müssen zusammengepfügt werden und einer 32-Bit-Zeichen als Ausgabeparameter zurückgeben. Hierfür werden zwei Zähler in der Funktion benötigt:

• zaehler_param
• zaehler_uebertragung

Der erste Zähler wird für die Zusammenfügung der Parameter benötig. Diese wird ein wert von 0 bis 3 einnehmen. Um ein 32-Bit-Zeichen wird erst 4 mal 8-Bit-Zeichen empfängt. Der zweite Zähler wird für die Übertragung von alle Spurparameter verwendet. Dieser nimmt den Wert von 1 bis 12 ein.

Als erstes werden immer die Daten als 8-Bit-Zeichen empfängt. Die Datenverarbeitung fängt, wenn der Start_Flag gesetzt ist. Dieser wird nur gesetzt wenn:

1. der empfängte Byte der Start Byte (170) entspricht
2. der Start_Flag und der Parameter Zähler null sind

Wenn der Flag gesetzt ist, fangen sowohl der Übertragungs- als auch der Parameterzähler hochzuzählen. Der Parameterzähler fasst immer 4-Datenbyte zusammen, dies ergibt einen Spurparameter. Der a-Parameter wird nach 4 Durchläufe komplett zusammengebaut, der b-Parameter nach 8 und der c-Parameter nach 12. Anschließend werden die alle Variablen der Funktion auf null zurückgesetzt.

Anleitung für das ONLINE-Modell

1. Nutzen sie bitte MATLAB 2019b
2. Achten Sie bitte auf der Solver des Blocks --> Fixed Step nicht auf auto
3. Lesen Sie die Wiki-Artikeln durch
   • Starten der Online-Simulation
   • Updates von Bibliotheken
   • Ändern Bibliotheken
   • Signal Hinzufügen
   • Softwareverwaltung mit SVN
4. Notieren Sie Fehlermeldungen und Warnings
5. Warnings sind sofort zu beseitigen beim Erstellen einer neuen Bibliothek!

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Verbindung zum Fahrzeug

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Tests der Kommunikation

Datum	Link
Februar 2019	Kommunikation zwischen PC und dSpace-Karte via RS232
Januar 2020	Übertragen des Spurpolynoms
Januar 2022	Kommunikation RS232 zwischen PC und DS1104
Juli 2022	Kom - Kommunikation: Test der Kommunikation zw. PC und DS1104

Wichtige Dokumenten in SVN

Schnittstellendokumentation

Im SVN ist der aktuelle Stand der Schnittstelle zwischen dSPACE-1104-Karte und PC dokumentiert.

→ SVN: Schnittstellendokumentation

Namenskonvetion

Im SVN sind Programmierrichtlinien bezüglich Namenskonvention unter: Programmierrichtlinien: Namenskonvention gespeichert.

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