Luận văn thạc sĩ research design and implementation of switch in network device connecting with flashing devices and multiple ecus

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thiết kế và triển khai switch kết nối thiết bị mạng với các ECU đa năng, ứng dụng trong hệ thống điện tử hiện đại.

Chuyên ngành

Mechatronics Engineering

Người đăng

Ẩn danh

Thể loại

Graduation thesis

2023

127
4
0

Phí lưu trữ

35 Point

Mục lục chi tiết

ACKNOWLEDGEMENT

ABSTRACT

1. CHƯƠNG 1: INTRODUCTION

1.1. Motivation For The Research

1.2. Requirement For The Product

1.2.1. Scope And Objective of Project

1.2.2. Input Requirements

1.2.3. Output Requirements

1.3. Method To Switch In The Network

1.3.1. Messages Switching Method

1.3.2. Packet Switching Method

1.3.3. Circuit switching method

2. CHƯƠNG 2: LITERATURE REVIEW

2.1. DEVICE IN THE SYSTEM SPECIFICATIONS REVIEW

2.1.1. Vector VX1000 series

2.1.2. JTAG INTERFACE OF ECU

2.1.3. NETWORK SWITCHING REVIEW

2.1.3.1. Internet of Things (IoT)
2.1.3.2. Architecture of a network
2.1.3.3. Circuit switching method phase

2.1.4. Mechanical drive selection

2.1.4.1. Linear guide mechanism selection

2.1.5. General About Image Processing

2.1.5.1. Performance And Description
2.1.5.2. Identification And Interpolation

2.1.6. Features Haar – Like

2.1.7. Multi-tasking Cascaded Convolutional Networks (MTCNN)

3. CHƯƠNG 3: DESIGN AND IMPLEMENTATION

3.1. Mechanical Block Diagram

3.2. Switch Box Controller And Function Flowchart

3.3. Machine Vision Method Flowchart

3.4. The Selection Of Electric Components

3.5. Mechanical Drive Design

3.6. Mechanical Guide Design

3.7. SWITCH BOX TOOL DESIGN

4. CHƯƠNG 4: DESIGN ANALYSIS

4.1. ESTABLISH TARGET SPECIFICATIONS

4.1.1. List of metrics

4.1.2. Proposed specifications and experimental methods

4.2. PROBLEMS AND SOLUTION

LIST OF FIGURE

LIST OF TABLES

Tóm tắt

I. Thiết kế chuyển mạch

Phần này tập trung vào thiết kế chuyển mạch trong hệ thống mạng kết nối với thiết bị nháynhiều ECU. Các phương pháp chuyển mạch như chuyển mạch thông điệp, chuyển mạch gói, và chuyển mạch kênh được phân tích chi tiết. Chuyển mạch thông điệp là phương pháp kết nối không liên tục, trong khi chuyển mạch gói chia nhỏ dữ liệu thành các gói riêng lẻ. Chuyển mạch kênh tạo một kênh truyền dẫn riêng biệt giữa hai nút mạng. Các phương pháp này đều có ưu nhược điểm riêng, phù hợp với các tình huống khác nhau trong hệ thống mạng.

1.1. Chuyển mạch thông điệp

Chuyển mạch thông điệp là phương pháp kết nối không liên tục, trong đó toàn bộ thông điệp được truyền từ nút nguồn đến nút đích qua các nút trung gian. Phương pháp này yêu cầu mỗi nút trung gian lưu trữ thông điệp trước khi chuyển tiếp, dẫn đến độ trễ cao. Tuy nhiên, nó phù hợp với các mạng quân sự và vệ tinh.

1.2. Chuyển mạch gói

Chuyển mạch gói chia nhỏ thông điệp thành các gói dữ liệu nhỏ hơn, mỗi gói chứa thông tin định tuyến. Các gói có thể đi theo các đường khác nhau và được sắp xếp lại tại nút đích. Phương pháp này tối ưu hóa việc sử dụng băng thông nhưng đòi hỏi xử lý phức tạp hơn.

1.3. Chuyển mạch kênh

Chuyển mạch kênh tạo một kênh truyền dẫn riêng biệt giữa hai nút mạng trước khi truyền dữ liệu. Phương pháp này đảm bảo độ trễ thấp và phù hợp với các ứng dụng yêu cầu độ tin cậy cao, như mạng điện thoại truyền thống.

II. Triển khai chuyển mạch

Phần này mô tả quá trình triển khai chuyển mạch trong thiết bị mạng kết nối với thiết bị nháynhiều ECU. Các yêu cầu về kết nối mạng, quản lý mạng, và tối ưu hóa mạng được đề cập chi tiết. Raspberry Pi 4 được sử dụng làm bộ điều khiển trung tâm, kết hợp với các công nghệ chuyển mạch hiện đại để đảm bảo hiệu suất cao.

2.1. Kết nối thiết bị nháy

Thiết bị nháy được kết nối với thiết bị mạng thông qua các giao diện JTAG và XCP. Các giao diện này cho phép truyền dữ liệu hiệu quả giữa ECUthiết bị nháy, đảm bảo quá trình chuyển mạch diễn ra liền mạch.

2.2. Quản lý mạng

Hệ thống quản lý mạng được tích hợp để theo dõi trạng thái của các thiết bị nháyECU. Công cụ đặt phòng và kiểm tra trạng thái giúp tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên mạng.

2.3. Tối ưu hóa mạng

Các giải pháp tối ưu hóa mạng được áp dụng để giảm thiểu độ trễ và tăng hiệu suất truyền dữ liệu. Công nghệ chuyển mạch hiện đại giúp đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy của hệ thống.

III. Ứng dụng thực tế

Phần này đánh giá giá trị và ứng dụng thực tế của thiết kế và triển khai chuyển mạch trong thiết bị mạng. Hệ thống giúp giảm chi phí đầu tư cho thiết bị nháyECU, đồng thời tối ưu hóa thời gian thiết lập. Các kết quả thử nghiệm cho thấy hiệu quả vượt trội so với phương pháp thủ công.

3.1. Giảm chi phí

Việc chia sẻ thiết bị nháyECU giữa các phòng thí nghiệm giúp tiết kiệm chi phí đầu tư đáng kể. Hệ thống chuyển mạch tự động giảm thiểu nhu cầu mua sắm thiết bị dư thừa.

3.2. Tối ưu thời gian

Hệ thống giúp giảm thời gian thiết lập từ 20-30 phút xuống còn dưới 10 phút. Điều này cải thiện hiệu suất làm việc của các kỹ sư thử nghiệm.

3.3. Ứng dụng trong tự động hóa

Hệ thống chuyển mạch được tích hợp vào quy trình tự động hóa Jenkins, giúp tăng cường hiệu quả trong các dự án thử nghiệm quy mô lớn.

13/02/2025

Trích đoạn nội dung tài liệu

MINISTRY OF EDUCATION AND TRAINING HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING GRADUATION THESIS MECHANICAL ENGINEERING TECHONOLOGY RESEARCH, DESIGN AND IMPLEMENTATION OF SWITCH-IN NETWORK DEVICE CONNECTING WITH FLASHING DEVICES AND MULTIPLE ECUS ADVISOR: MS NGUYEN MINH TRIET STUDENT: NGUYEN VIET HIEP NGUYEN DINH QUANG KHAI SKL 0 1 0 4 2 0 Ho Chi Minh City, Febuary, 2023 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY OF HIGH QUALITY TRAINING GRADUATION PROJECT RESEARCH, DESIGN AND IMPLEMENTATION OF SWITCH-IN NETWORK DEVICE CONNECTING WITH FLASHING DEVICES AND MULTIPLE ECUS STUDENT’S NAME AND ID: NGUYEN VIET HIEP - 18146017 NGUYEN DINH QUANG KHAI - 18146031 MAJOR: MECHATRONICS ENGINEERING INSTRUCTOR: MS. NGUYEN MINH TRIET HO CHI MINH CITY, 2/2023 HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND EDUCATION FACULTY FOR HIGH QUALITY TRAINING Capstone Project Proposal Student name: Nguyễn Đinh Quang Khải Student ID: 18146031 ✆: 0338739318 Student name: Nguyễn Việt Hiệp Student ID: 18146017 ✆: 0776262656 Advisor: Nguyễn Minh Triết ✆: 0915719984 1. Title of Capstone Project: RESEARCH, DESIGN AND IMPLEMENTATION OF SWITCH-IN NETWORK DEVICE CONNECTING WITH FLASHING/DEBUG DEVICES AND MULTIPLE ECUS USING FOR LABORATORIES. Initial materials: Microcontroller: Raspberry Pi 4.

Size and tolerance of device. The number of devices and ECU connected with the switch box. Using step motor for choosing communication port 3. Main Content: Microcontroller: Raspberry Pi 4.

Size and tolerance of device. The number of devices and ECU connected with the switch box. Using step motor for choosing communication port 4. Expected Results Real prototype of switch device Lab booking app Project report 5.

Language: Report: English • Vietnamese • Oral presentation: English • Vietnamese • Dean Head of Department Advisor THE SOCIALIST REPUBLIC OF VIETNAM Independence – Freedom– Happiness -------- Ho Chi Minh City, Day. MECHANTRONICS PROJECT ASSIGNMENT ADVISOR’S EVALUATION SHEET Student name: Nguyen Viet Hiep Student ID: 18146017 Student name: Nguyen Dinh Quang Khai Student ID: 18146031 Major: Mechatronics Engineering Project title: Research, Design And Implementation Of Switch-In Network Device Connecting With Flashing Devices And Multiple Ecus Advisor: MS. Nguyen Minh Triet Defender Teacher: Ph.D Vu Quang Huy EVALUATION 1. Content of the project:.

Approval for oral defense? (Approved or denied) .) Ho Chi Minh City, Day. ADVISOR (Sign with full name) ACKNOWLEDGEMENT We would like to express our great gratitude to our honorable teacher, MS. Nguyen Minh Triet, who supported us with proper guidance, sincere comments and advice, and led us in the right way to conduct our graduation thesis We are grateful to Ho Chi Minh City University of Technology and Education, The Faculty For High Quality Training and The Faculty Of Mechanical Engineering for giving us an intensive learning environment so that we could equip ourselves with both practical experience and necessary skills to encounter realistic working conditions. We also would love to thank all of my respected teachers who heartedly impart to us the knowledge during four years.

At last, we are thankful to our family and friends for their help during our learning period. Their faith in me has kept my spirits and motivation up throughout this process. We would like to express our heartfelt appreciation and gratitude to our colleagues at Bosch Global Software Technologies. Your encouragement and guidance have enabled us to complete our process in this thesis.

Your guidance on both research and my career has been invaluable. We will strive to use gained skills and knowledge in the best possible way in order to attain desired career objectives. Sincerely, 1 TABLE OF CONTENTS Contents ACKNOWLEDGEMENT. 1 TABLE OF CONTENTS.

2 LIST OF FIGURE. 5 LIST OF TABLES. MOTIVATION FOR THE RESEARCH. REQUIREMENT FOR THE DEVICE.

Scope And Objective of Project. METHOD TO SWITCH IN THE NETWORK. Messages Switching Method. Packet Switching Method.

Circuit switching method. 14 CHAPTER 2: LITERATURE REVIEW. DEVICE IN THE SYSTEM SPECIFICATIONS REVIEW. Vector VX1000 series.

JTAG Interface Of ECU. NETWORK SWITCHING REVIEW. Internet of Things (IoT). Architecture of a network.

Circuit switching method phase. General About Image Processing. Features Haar – Like. Multi-tasking Cascaded Convolutional Networks (MTCNN).

39 CHAPTER 3: DESIGN AND IMPLEMENTATION. Mechanical Block Diagram. Switch Box Controller And Function Flwchart. Machine Vision Method Flowchart.

The Slection Of Electric Components. Mechanical Drive Design. Mechanical Guide Design. SWITCH BOX TOOL DESIGN.

73 CHAPTER 4: DESIGN ANALYSIS. ESTABLISH TARGET SPECIFICATIONS. List of metrics. Proposed specifications and experimental methods.

PROBLEMS AND SOLUTION. 117 4 LIST OF FIGURE Figure 1: Rack setup for switching device. 12 Figure 2: Message switching method diagram. 13 Figure 3: Packet switching diagram.

14 Figure 4: Circuit switching diagram. 15 Figure 5: IC500 specification table. 17 Figure 6: Bluebox device IC5000 .54mm MPC5xxx Debug Adapter. 18 Figure 8: VX1060 Base module specsification.

19 Figure 9: VX1060 Base module. 19 Figure 10: Bosch USS ECU. 21 Figure 11: Types of network topology. 22 Figure 12: SQLite Database.

25 Figure 13: LAN shared folders. 25 Figure 14: Lead screw – nut drive. 26 Figure 15: Lead scew structure. 27 Figure 16: Gear bell drive.

28 Figure 17: Rack and pinion gear drive. 29 Figure 18: Linear Motion Bearing. 31 Figure 19: Stepper Motor. 32 Figure 20: Principle diagram of DC servo motor with feedback.

33 Figure 21: DC Motor. 34 Figure 22: Step in image proccessing diagram. 35 Figure 23: Some feature of Haar-Like. 37 Figure 24: How to calculate the Integral Image of an image.

38 Figure 25: How to calculate the total pixel value of the area to be calculated. 38 Figure 26: Block diagram of AdaBoost face detection stage. 39 Figure 27: P-Net network architecture. 40 Figure 28: R-Net network architecture.

40 Figure 29:O-Net network architecture. 40 Figure 30: Block diagram. 43 Figure 31: Mechanical BLock Diagram Of Switch Box. 44 Figure 32: Controlling Flowchart.

47 Figure 33: Controlling Flowchart. 48 Figure 34: Machine Vision Method Flowchart. 50 Figure 35: Switch Box Body 3D design. 51 Figure 36: Operating Header 3D Design.

52 Figure 37: Bearing holder 3D design. 53 Figure 38: Track Holder 3D Design. 53 Figure 39: 8mm bearing 3D design. 54 5 Figure 40: Arduino Pin Diagram.

56 Figure 41: Raspberry Pi 4 Model B. 57 Figure 42: NIDEC Bipolar Type Stepper Catologue. 59 Figure 43: MG90S Servo Specification. 61 Figure 46: Circuit connection diagram of motor driver A4988.

61 Figure 47: Schematic diagram of switch box. 63 Figure 48: Input board 3D model. 64 Figure 49: Input board PCB design. 64 Figure 50: Output board PCB design.

64 Figure 51: Output board 3D model. 65 Figure 52: Diagram of lead screw. 66 Figure 53: Catalogue of Lead Screw Aluflex Group. 67 Figure 54: Guide Shaft diagram.

68 Figure 55: Bearing specification. 69 Figure 56: Train model flowchart. 70 Figure 57: Trained data set. 72 Figure 58: Check lab tool.

73 Figure 59: GUI of check lab tool. 73 Figure 60:Cchoosing lab connect. 74 Figure 61: List of available lab. 74 Figure 62: Lab status table.

75 Figure 63: Quick remote lab. 75 Figure 64: Lab user history. 75 Figure 65: Curent status of the lab. 76 Figure 66: Face recognition for lock/unlock feature.

76 Figure 67: Lock/Unlock status. 77 Figure 68: Dataset of user. 77 Figure 69:Data set of lab connection status. 78 Figure 70:Data set of lab lock/unlock.

78 Figure 71: Rack of lab use for testing. 83 Figure 72: Setup switch box with lab device. 83 Figure 73: Choosing lab to connect. 84 Figure 74: Check communication of debugger with lab.

84 Figure 75: Start flashing to ECU. 84 Figure 76: Face recognition check. 85 Figure 77: Collect data user face to train. 86 Figure 78: Label data.

87 Figure 79: Model compile parameters. 88 Figure 80: Keras model architecture. 89 6 Figure 81: Face recognition Test. 90 Figure 82: Face recognition Test with dark environment.

91 Figure 83: Face recognition test in office. 92 Figure 84: Face recognition with many angles and headset. 93 Figure 85: Face recognition with headset. 93 Figure 86: Error in face recognition.

94 Figure 87: Wrong detection when wearing mask. 94 Figure 88: Model loss ratio in 10 epochs. 95 Figure 89: Model accuracy ratio in 10 epochs. 95 Figure 90: Loss and accuracy while training.

96 Figure 91: Model loss ratio in 5 epochs. 96 Figure 92: Model accuracy ratio in 5 epochs. 97 7 LIST OF TABLES Table 1: Estimate cost of lab setup. 11 Table 2: Estimate time to setup lab.

11 Table 3: Arduino UNO Specification. 56 Table 4: A4988 Control Mode. 62 Table 5: List of metrics. 81 Table 6: Proposed specifications and experimental methods.

82 Table 7:Static tests parameters. 82 Table 8: Result of switch box testing. 85 Table 9: Face recognization testing result in many conditions. 98 Table 10: Calculated cost save with switch box.

100 Table 11: Calculated time save with switch box. 100 8 ABSTRACT Currently with the large demand of the project for testing, our lab system becomes overloaded. Moreover, to be able to scale up the lab is very difficult due to the high cost of these flashing/debugging devices and the lack of chips in the industry, which makes testing equipment delayed and cannot be produced in time. Flashing and debugging devices are used by many labs and it requires someone to assist in manual setup.

A simple setup job consumes a lot of effort to move from office to lab as well as waiting time for equipment. With the need to reduce investment costs for these devices by sharing them in many labs as well as reducing the effort of test engineers for a simple setup job that repeats continuously, we decided to develop a “switch- in network device”. Basically, this device is developed based on a controlled electronic circuit with an intranet and web booking capabilities. Along with that, this device also aims to become a part of the continuous automation testing system called Jenkins.

9 CHAPTER 1: INTRODUCTION Chapter Outline ⮚ 1. Motivation For The Research ⮚ 1. Requirement For The Product ● 1. Method To Switch In The Network ● 1.

Messages Switching Method ● 1. Packet Switching Method ● 1. Circuit switching method 10 1. MOTIVATION FOR THE RESEARCH As mentioned above, our lab system is now becoming overloaded with a shortage of flashing equipment for labs.

Moreover, the setup of these devices is very simple, but it takes a lot of time for testing engineers to disassemble manually. In addition, these devices do not have a clear management system for usage time. When someone has a need to use them, they have to contact each person in the team to know which lab the device is connected to and whether it is being used or not. That is the reason why we develop a switch-in network device.

Price for each setup of IC5000 devices for lab could be take over €3000. So that if we prepare for each lab 1 IC5000 it will cost overall €12000. The same as IC5000 for each XCP setup it will cost for device and license €1800 and for the whole lab in the rack is €7200. Full cost for debugger device in test lab is €19200.

It could be a huge amount for test lab setup.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Thiết kế và triển khai chuyển mạch trong thiết bị mạng kết nối với thiết bị nháy và nhiều ECU là một tài liệu chuyên sâu về việc thiết kế hệ thống chuyển mạch trong các thiết bị mạng, đặc biệt tập trung vào việc kết nối với thiết bị nháy và nhiều ECU (Electronic Control Unit). Tài liệu này cung cấp cái nhìn chi tiết về cách thức hoạt động, quy trình thiết kế, và triển khai các giải pháp chuyển mạch hiệu quả, giúp tối ưu hóa hiệu suất mạng và đảm bảo tính ổn định trong các hệ thống phức tạp. Đây là nguồn tài liệu hữu ích cho các kỹ sư mạng, nhà phát triển phần cứng, và những người quan tâm đến công nghệ mạng nhúng.

Để mở rộng kiến thức về các công nghệ liên quan, bạn có thể tham khảo Hcmute thiết kế và thi công bộ truyền nhận theo giao thức SPI Wishbone, tài liệu này đi sâu vào việc thiết kế các giao thức truyền nhận dữ liệu, một yếu tố quan trọng trong hệ thống mạng. Ngoài ra, Hcmute xây dựng mô hình mạng trên chip NOC (Network on Chip) ứng dụng trong thiết kế vi mạch cung cấp thêm thông tin về mạng trên chip, một công nghệ tiên tiến trong thiết kế vi mạch. Cuối cùng, Luận văn thạc sĩ khoa học máy tính xây dựng lõi IP H264 Video Encoder cho các ứng dụng nhúng sử dụng SoC trên nền tảng FPGA sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về các ứng dụng nhúng và công nghệ FPGA, liên quan mật thiết đến chủ đề chính.