Die Herausforderung: Taktzeiten im Produktionsumfeld

In der Batterieproduktion gilt: Jede Sekunde zählt. Steuergeräte müssen während des Produktionsprozesses programmiert werden, ohne dass der Produktionsfluss ins Stocken gerät.
Traditionell erfolgt das Flashen über CAN oder CAN FD. Diese Busse sind in der Automobilindustrie weit verbreitet, bieten jedoch nur begrenzte Bandbreite. In bisherigen Ansätzen wurden die Flash-Daten bereits auf dem PC aufbereitet und anschließend als einzelne CAN-Nachrichten übertragen. Das führte zu höheren Latenzen und damit zu unnötigen Verzögerungen. Für Systemintegratoren und Zulieferer stellt dies ein erhebliches Risiko dar: Wird die geforderte Zykluszeit überschritten, drohen kostspielige Prozessanpassungen. OEMs wiederum verlangen verlässliche Lösungen, die sich nahtlos in bestehende Testumgebungen einfügen lassen und gleichzeitig zukunftssicher sind. Eine Lösung, die sich in der Praxis etabliert hat, sind DoIP-Gateways.

Bild 1: Struktur des DoIP-Nachrichtenrahmenformats

Was ist Diagnostics over IP (DoIP)?

DoIP ist in der ISO 13400 standardisiert und definiert, wie Diagnosedaten über Ethernet-Netzwerke übertragen werden. Im Gegensatz zur klassischen CAN-basierten Kommunikation setzt DoIP auf das TCP/IP-Protokoll, das in der IT-Welt etabliert ist und hohe Datenraten bei niedriger Latenz ermöglicht. Durch den Einsatz von Ethernet als physikalische Schicht lassen sich Bandbreiten im Bereich von 100 Mbit/s bis hin zu 1 Gbit/s realisieren – Größenordnungen, die im Vergleich zu klassischen CAN- und auch CAN-FD Bussen (1 bis 8 Mbit/s) einen Quantensprung darstellen.

DoIP bietet darüber hinaus standardisierte Mechanismen zur Adressierung und Identifikation von Steuergeräten. So können mehrere ECUs parallel angesprochen werden, was für den Flash-Prozess bei komplexen Batteriesystemen mit zahlreichen Submodulen entscheidend ist. Hinzu kommt, dass DoIP die bekannten UDS-Dienste (Unified Diagnostic Services, ISO 14229) unverändert unterstützt. Das bedeutet: Bestehende Diagnose- und Flash-Tools können weiterverwendet werden, ohne dass eine Anpassung der Applikationslogik notwendig ist.

Technisch betrachtet baut DoIP auf den Schichten 2 bis 4 des OSI-Modells auf: Ethernet als physikalische Schicht, IP für die Adressierung und TCP beziehungsweise UDP für den Transport. Damit orientiert sich DoIP eng an etablierten IT-Standards und ermöglicht eine einfache Integration in moderne Fahrzeugnetzwerke. 

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Die Rolle von ISO-TP

ISO-TP (ISO 15765-2, „Transport Protocol“) für CAN und CAN FD zerlegt große Firmware-Dateien in kleinere Frames, versieht sie mit Nummerierung und Quittierung und setzt sie beim Empfänger wieder korrekt zusammen. Damit wird auch das Flashen von Dateien im Umfang mehrerer hundert Megabyte zuverlässig möglich. In einem DoIP-Gateway sorgt das Gateway dann dafür, dass Timing und Reihenfolge auf dem CAN-Bus eingehalten werden. 
Ein weiterer Vorteil von DoIP in Kombination mit ISO-TP ist die Möglichkeit, Sicherheitsmechanismen wie Transport Layer Security (TLS) einzubinden. Damit lassen sich Flash- und Diagnoseprozesse nicht nur beschleunigen, sondern auch gegen unbefugte Zugriffe absichern – ein Aspekt, der vor allem bei Remote-Updates und in vernetzten Fahrzeugarchitekturen zunehmend an Bedeutung gewinnt.

Das DoIP-Gateway als Brücke zwischen Welten

Viele Steuergeräte (ECUs) verfügen über keine eigene Ethernet-Schnittstelle, weshalb ein DoIP-Gateway als Vermittler zwischen den Kommunikationswelten benötigt wird. Es nimmt die vom Diagnosetester kommenden DoIP-Pakete entgegen, wandelt sie in CAN- oder CAN-FD-Nachrichten um und leitet die Antworten des Steuergeräts wieder zurück ins Ethernet-Netzwerk. Auf diese Weise können selbst ECUs, die nicht ethernetfähig sind, in moderne Diagnose- und Flash-Umgebungen eingebunden werden. 

Bild 3: DoIP-Gateway als Brücke zwischen den Welten

Ein Beispiel für ein leistungsfähiges DoIP-Gateway ist das Automotive Gateway CANnector der HMS-Produktmarke Ixxat, das im Standalone-Modus arbeitet und neben DoIP auch ISO-TP unterstützt. Zusammen mit der Testsoftware CANeasy, in die ODX- und PDX-Flashcontainer direkt importiert werden können, ergibt sich eine leistungsstarke Lösung für effiziente Flash-Prozesse. Der praktische Nutzen zeigt sich vor allem in der deutlichen Verkürzung der Flashzeiten: In einem aktuellen Anwendungsfall wurde eine Zeitersparnis von rund 20 Prozent erzielt. Möglich wird dies, weil die Datenaufbereitung nicht mehr im PC erfolgt, sondern direkt im Gateway, wodurch Latenzen minimiert werden. Mit Hilfe des Advanced Configuration Tools (ACT)  kann das Gateway sehr leicht konfiguriert und vorhandene ARXML-Dateien unkompliziert eingebunden werden.. Neben der eigentlichen Flash-Funktion lassen sich parallel Diagnoseaufgaben, Logging oder eine Restbussimulation ausführen, ohne dass der Prozess beeinträchtigt wird. Für OEMs bedeutet dies die Einhaltung strenger Taktzeitvorgaben, während Zulieferer von einer einfach implementierbaren und skalierbaren Lösung profitieren, die auch zukünftige Anforderungen an größere Softwarepakete und komplexere Diagnosedaten berücksichtigt.

Fazit

Das Firmware-Flashing von Batterie-ECUs bleibt eine Schlüsselaufgabe in der Elektromobilität. Während klassische CAN-basierte Verfahren an ihre Grenzen stoßen, ermöglichen DoIP-Gateways eine effiziente und zukunftssichere Lösung. Sie schlagen die Brücke zwischen traditionellen Bussystemen und modernen Ethernet-basierten Protokollen – und sorgen dafür, dass Produktionslinien ihre Taktzeiten zuverlässig einhalten können. 
Die Relevanz von DoIP zeigt sich aber auch in neuen Standards wie SAE J1979-3, die Diagnosefunktionen für Elektrofahrzeuge über DoIP spezifizieren. Damit werden Software-Defined Vehicles (SDV) Realität, bei denen Software-Updates und Diagnose in immer kürzeren Zyklen durchgeführt werden müssen. Beispiele aus der Praxis verdeutlichen, dass DoIP bereits heute nicht nur Geschwindigkeit, sondern auch Flexibilität für die Fahrzeugdiagnose von morgen bietet.