Zonal-Architekturen mit Switches setzen zunehmend TSN-Mechanismen (IEEE 802.1Q) ein, um harte Echtzeitgarantien für einzelne Streams zu gewährleisten. Dieser Post zeigt die zwei zentralen AUTOSAR-Bausteine dafür: Egress-Scheduling/Shaping und Frame Preemption.

Warum Scheduling im Switch überhaupt nötig ist

Mehrere Streams konkurrieren am selben Egress-Port um dieselbe Bandbreite. Ohne Priorisierung könnte ein Best-Effort-Bulk-Transfer (z. B. Diagnose-Daten-Upload) eine harte Echtzeit-Deadline eines Sicherheitsstreams (z. B. Bremssignal) blockieren.

Egress-Queues, Transmission Selection und Port-Scheduler

Frames werden laut ihrer Traffic-Class-Zuordnung in Egress-Queues (EthSwtPortQueue) eingereiht. Jede Queue besitzt einen Pflicht-Subcontainer EthSwtPortEgressQueueTransmissionSelection, der über EthSwtPortEgressQueueTransmissionSelectionAlgorithm festlegt, wie Frames aus dieser Queue zur Übertragung ausgewählt werden — z. B. Credit Based Shaper (CBS) oder Asynchronous Traffic Shaper.

Egress-Queues

Der EthSwtPortEgressScheduler (Pflicht-Subcontainer, Algorithmus über EthSwtPortSchedulerAlgorithm, z. B. Strict Priority) entscheidet dann, welche der bereits vorselektierten Queues tatsächlich senden darf.

Laut SWS können an einem Egress-Port mehrere Port-Scheduler kaskadiert werden: Der Output eines Egress-Schedulers dient als Input für den nachfolgenden Port-Scheduler. Das erlaubt mehrstufige Priorisierungs- strategien (z. B. erst CBS-Glättung pro Queue-Gruppe, dann Strict-Priority zwischen den Gruppen), statt eines einzigen flachen Schedulers.

CBS und ETS im Vergleich

VerfahrenGrundidee

Credit Based Shaper (CBS)

Klassischer AVB/TSN-Shaper (IEEE 802.1Qav): eine Queue sammelt "Kredit", während sie sendet, und verliert Kredit, während sie wartet — begrenzt die Sendebandbreite auf einen konfigurierten Wert, ohne Bursts völlig zu unterbinden

Enhanced Transmission Selection (ETS)

Bandbreitenanteile werden mehreren Traffic-Klassen gemeinsam zugewiesen (IEEE 802.1Qaz) — nützlich, wenn mehrere Klassen sich eine garantierte Mindestbandbreite teilen sollen, statt einer strikten Rangfolge

Frame Preemption (IEEE 802.1Q)

Frame Preemption wird pro EthSwtPort konfiguriert (EthSwtFramePreemptionEnable) und setzt voraus, dass die Switch-Hardware es tatsächlich unterstützt — per Default ist das Merkmal deaktiviert, weil die SWS annimmt, dass Switch-Hardware es typischerweise nicht kann.

EthSwtFramePreemptionEnable = TRUE  am Port
        │
        ▼
Frames in den EthSwtPortQueues werden klassifiziert:
  EthSwtTrafficClassToPreemptionStatusAssignment
        ├── ETHSWT_TRAFFIC_CLASS_PREEMPTABLE  → unterbrechbar
        └── ETHSWT_TRAFFIC_CLASS_EXPRESS      → unterbricht andere Frames

Ist Preemption an einem Port aktiv, gilt Ingress und Egress. Ein "express" klassifiziertes Frame kann dann ein "preemptable" Frame auf der Leitung unterbrechen (interspersing) — die kritische Nachricht muss nicht warten, bis der große Frame komplett übertragen ist.

Frame Preemption funktioniert nur Link-für-Link: Beide Enden einer Verbindung müssen es unterstützen. Die SWS stellt ausdrücklich klar, dass eine dynamische Aushandlung der Preemption-Fähigkeit zwischen Partnern über Protokolle wie LLDP von AUTOSAR nicht unterstützt wird — Automotive-Netze sind statisch genug designt, dass eine systemweit konsistente Konfiguration über die Systembeschreibung ausreicht.

Praxisbeispiel

Ein Uplink-Port trägt sowohl einen harten Echtzeit-Stream (z. B. Bremsdaten, als "express" klassifiziert) als auch einen Diagnose-Bulk-Transfer (als "preemptable" klassifiziert). Mit aktivierter Frame Preemption kann der Bremsdaten-Frame den laufenden Diagnose-Frame-Transfer unterbrechen, statt auf dessen vollständige Übertragung zu warten — entscheidend für die Einhaltung einer harten Latenz-Deadline.

Zusammenfassung

AspektKernaussage

Egress-Scheduling

Queue-basiert, mit kaskadierbaren Port-Schedulern (Strict Priority, ETS)

Shaper

CBS für AVB-typisches Bandbreiten-Limiting, ETS für gemeinsame Bandbreitenanteile mehrerer Klassen

Frame Preemption

Pro Port konfigurierbar, Traffic-Klassen als preemptable/express markiert

Wichtige Einschränkung

Funktioniert nur Link-für-Link; keine dynamische LLDP-Aushandlung in AUTOSAR — vollständig statische Konfiguration