Figure 14.7: Modeling of the IEEE1722 Raw Data Stream mapping

1. Diagrammtyp & Architektur-Kontext

• Diagrammtyp: UML-Klassendiagramm (Metamodell-Ausschnitt der AUTOSAR Adaptive Platform, TPS Manifest Specification, Kapitel 12: Raw Data Stream).
• Technischer Zweck: Spezifikation des Metamodells für das Mapping von IEEE 1722 (AVTP – Audio Video Transport Protocol) Datenströmen (Raw Data Streams) auf Software-Ports (RPortPrototype), Prozesse (Process) und physische Netzwerk-Endpunkte (EthernetCommunicationConnector).
• Architektur-Einordnung: Ermöglicht die deterministische Anbindung von Layer-2-basierten Ethernet-Streams (z. B. zeitkritische Video-/Audio-Pipelines für Surround-View, Kamera-Sensordaten und Infotainment) direkt an Adaptive Applications (ARA) unter Umgehung serviceorientierter Zwischenschichten (wie SOME/IP). Es bildet die Brücke zwischen dem softwareseitigen Application Design, dem Execution Manifest und dem Machine/Network Manifest.

2. Komponenten, Entitäten & Schnittstellen

A. Mapping- & Prozess-Ebene (Deployment)

• RawDataStreamMapping (abstrakt, spezialisiert UploadableDeploymentElement): Zentraler Integrationspunkt.
  • Assoziation +process [0..1] → Process (spezialisiert AbstractExecutionContext): Definiert den OS-Prozess, in dem der Stream verarbeitet wird (functionClusterAffiliation: String [0..1], numberOfRestartAttempts: PositiveInteger [0..1], preMapping: Boolean [0..1]).
  • Assoziation +portPrototype [0..1] (Stereotyp «instanceRef,atpUriDef») → RPortPrototype (spezialisiert AbstractRequiredPortPrototype): Instanzbasierte Referenzierung des Software-Ports der Applikation.
  • Assoziation +deployment [0..1] → RawDataStreamDeployment (spezialisiert UploadableDeploymentElement): Verweist auf die protokollspezifische Bereitstellungskonfiguration.
• EthernetMacRawDataStreamMapping (spezialisiert RawDataStreamMapping):
  • Attribut: socketOption: String [0..*] (ermöglicht die Injektion plattformspezifischer POSIX-Socket-Optionen, z. B. Puffergrößen, QoS-Flags).
  • Assoziation +localCommConnector [0..1] → EthernetCommunicationConnector.
• IEEE1722RawDataStreamMapping (abstrakt, spezialisiert EthernetMacRawDataStreamMapping): Basisklasse für IEEE 1722 Stream-Mappings.
• IEEE1722RawDataStreamConsumerMapping / IEEE1722RawDataStreamProducerMapping (spezialisieren IEEE1722RawDataStreamMapping):
  • Trennung der Kommunikationsrollen (Empfänger / Sender).
  • Assoziation jeweils +ieee1722Stream [0..1] → IEEE1722TpConnection.

B. Schnittstellen-Hierarchie (PortInterface)

• RawDataStreamDeployment referenziert via +rawDataStreamInterface [0..1]:
  • AbstractRawDataStreamInterface (spezialisiert PortInterface) ← MacLayerRawDataStreamInterface.
  • Spezialisierungen: IEEE1722RawDataStreamConsumerInterface und IEEE1722RawDataStreamProducerInterface.

C. Netzwerk- & Hardware-Topologie

• EthernetCommunicationConnector (spezialisiert CommunicationConnector → Identifiable):
  • Attribute: maximumTransmissionUnit: PositiveInteger [0..1], neighborCacheSize: PositiveInteger [0..1], pathMtuEnabled: Boolean [0..1], pathMtuTimeout: TimeValue [0..1].
  • Assoziation +commController [0..1] → CommunicationController (Stereotyp «atpVariation», spezialisiert Identifiable): wakeUpByControllerSupported: Boolean [0..1].
• EthernetCommunicationController (spezialisiert CommunicationController):
  • Attribute: macLayerType: EthernetMacLayerTypeEnum [0..1], macUnicastAddress: MacAddressString [0..1], maximumReceiveBufferLength: Integer [0..1], maximumTransmitBufferLength: Integer [0..1], slaveActAsPassiveCommunicationSlave: Boolean [0..1], slaveQualifiedUnexpectedLinkDownTime: TimeValue [0..1].

D. Protokoll- & Transport-Parameter (IEEE 1722 AVTP)

• IEEE1722TpConnection (spezialisiert ARElement):
  • Modelliert den logischen AVTP-Kanal auf Netzwerkebene.
  • Attribute:
    • communicationDirection: CommunicationDirectionType [0..1]
    • destinationMacAddress: MacAddressString [0..1] (Unicast oder Multicast)
    • macAddressStreamId: MacAddressString [0..1] + uniqueStreamId: PositiveInteger [0..1] (bilden zusammen die 64-Bit IEEE 1722 Stream-ID: EUI-48 + 16-Bit Sub-ID)
    • version: PositiveInteger [0..1] (AVTP-Protokollversion)
    • vlanPriority: PositiveInteger [0..1] (PCP/802.1Q Prioritäts-Mapping)
• IEEE1722TpAvConnection (spezialisiert IEEE1722TpConnection):
  • Erweiterung für getaktete Audio/Video-Verbindungen: maxTransitTime: TimeValue [0..1] (maximal zulässige Transitzeit im TSN-/AVB-Netzwerk).

3. Dynamisches Verhalten & Sequenzablauf

1. Manifest-Validierung & Generierung (Design-Time):
   • Verknüpfung der Port-Instanz (RPortPrototype) eines Process mit dem IEEE1722RawDataStreamConsumerMapping.
   • Bindung an die Ziel-Schnittstelle (IEEE1722RawDataStreamConsumerInterface) über RawDataStreamDeployment.
2. Stack-Initialisierung (Startup / Process Launch):
   • Die Adaptive Execution Management Umgebung instanziiert den Prozess.
   • Der Raw Data Stream Treiber/Stack liest die Mapping-Attribute aus: Binden an den physischen Controller (EthernetCommunicationConnector), Konfiguration von MAC, MTU und Low-Level-Socket-Parametern (socketOption).
3. Ingress / Egress Datenfluss (Laufzeit):
   • Consumer: Der Stack öffnet einen RAW-/AF_PACKET-Socket bzw. Kernel-Bypass-Endpunkt, filtert Pakete anhand der kombinierten Stream-ID (macAddressStreamId + uniqueStreamId) sowie destinationMacAddress und übergibt die Nutzlast direkt an den Port-Puffer der Applikation.
   • Producer: Serialisierung entfällt; Applikationspuffer werden in IEEE 1722 AVTP-Frames gekapselt, mit vlanPriority markiert und unter Einhaltung von maxTransitTime an den Ethernet-Controller abgesetzt.

4. Normative Relevanz & Entwickler-Hinweise

• Normative Konsistenzprüfung (TPS_MANI_03675):
  • Rollenkongruenz ist zwingend einzuhalten: Ein IEEE1722RawDataStreamConsumerMapping darf nur auf ein IEEE1722RawDataStreamConsumerInterface zeigen und muss mit einem RPortPrototype verknüpft sein.
  • Die communicationDirection in IEEE1722TpConnection muss mit dem Mapping-Typ (Consumer = Inbound / Producer = Outbound) übereinstimmen.
• Eindeutigkeit der Stream-ID:
  • Gemäß IEEE 1722 setzt sich die 64-Bit globale Stream-ID aus der Quell-MAC (macAddressStreamId) und dem Stream-Index (uniqueStreamId) zusammen. Der Systemintegrator muss sicherstellen, dass uniqueStreamId pro Controller kollisionsfrei allokiert wird.
• Socket-Konfiguration (socketOption):
  • Da Standard-AUTOSAR-Metamodelle nicht alle OS-spezifischen Socket-Flags nativ abbilden, dient socketOption als Erweiterungspunkt für POSIX-Level Tweaks (z. B. SO_PRIORITY, Socket-Buffer-Tuning, Time-Triggered Send Queues).
• Echtzeit & Puffer-Dimensionierung:
  • maximumReceiveBufferLength und maximumTransmitBufferLength am EthernetCommunicationController definieren harte Schranken für Ringpuffer im Netzwerk-Treiber, um Frame-Loss bei High-Bandwidth Video-Streams (z. B. unkomprimierte Sensordaten nach IEEE 1722 AVTP Video Format) zu verhindern.