Implementierung des ISO-15118 fuer Devolo_dLan_GreenPHY eval Boards

Inhalt

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Setup

Anbei sind die Schritte beschrieben, um die Testumgebung mit den beiden GreenPHY Eval Boards zum Laufen zu bekommen.

Eval-Boards

Anschluss der Kabel folgendem Bild bzw. der Anleitung entnehmen (links PEV, rechts EVSE):

• Stromversorgung ueber Micro-USB Anschluss (hier ueber USB-Hub betrieben)
• es gibt 3 Moeglichkeiten, wie zwei eval boards untereinander kommunizieren koennen, abhaengig ist dies davon, wie die Jumper JC6, JC7 und JC8 belegt sind:
  • (JC8 geschlossen, JC7 offen) Powerline-Anschluss (AC-Line) beider Boards an gleicher Mehrfachsteckdosenleiste
    • (JC7 geschlossen, JC8 offen, JC6 offen fuer 100W impendanz) beide Boards ueber Twisted-Pair-Anschluss verbunden (gruener Stecker), Belegung jeweils:
      • links blaues Kabel
        • rechts braunes Kabel
    • (JC7 geschlossen, JC8 offen, JC6 geschlossen fuer 50W impendanz) Koax-Kabel
• Kommunikation zum Host (Entwicklungsrechner) ueber Ethernet

Host-System

• open-plc-utils installieren
  • fuer Arch-Linux als AUR-Package
  • andernfalls suchen oder von GitHub beziehen

RISE V2G Open Source Implementierung

• Download des GitHub Repos
• RISE-V2G-SHARED/pom.xml anpassen:
  • folgendes unter <dependencies> einfuegen:

<dependency>
  <groupId>javax.xml.bind</groupId>
  <artifactId>jaxb-api</artifactId>
  <version>2.3.1</version>
 </dependency>
<dependency>
  <groupId>org.glassfish.jaxb</groupId>
  <artifactId>jaxb-runtime</artifactId>
  <version>2.3.1</version>
  <scope>runtime</scope>
 </dependency>

• die javax.xml.bind dependencies wurden im JDK Version > 8 entfernt und muessen so nachtraeglich installiert werden
• maven-dependancies laden und das Projekt bauen
• EVCC/SECC Config siehe Netzwerk-Interface bestimmen
• zum ersten Testen:
  • StartEVCC ausfuehren (RISE-V2G-EVCC > src > main > com.v2gclarity.risev2g.evcc > main)
  • StartSECC ausfuehren (RISE-V2G-SECC > analog zu oben )

Kommunikation zwischen Host und Eval Boards

Die Eval-Boards haben eine Atheros QCA7000 Chip und koennen ueber die, durch open-plc-utils mitgelierferten, Programme und Skripte angesprochen und gesteuert werden.

Hinweis: Statt wie in der open-plc Doku verwendeten int6k.. Programme die pcltool.. Programme fuer den neueren QCA7000 Chip verwenden

Die Boards sind bereits vorkonfiguriert und entsprechend geflasht. Vorbelegten MACs und entsprechende Ethernet-Interfaces (auf dem Host-System):

• EVSE: BC:F2:AF:F1:4F:C4 (Ethernet-Interface: enp0s20f0u2u4)
• PEV: BC:F2:AF:F1:CC:03 (Ethernet-Interface: enp0s20f0u3u1)

Erste Verbindungs und Statusabfrage

• plctool -m: Netzwerk-Config abfragen
  • network->STATIONS = 1 zeigt, dass das Board ueber Powerline mit einem Netzwerk Verbindung aufgebaut hat, was auch aus der Ãœbertragungsrate > 0 deutlich wird
• plctool -r: Firmware und Hardware Infos abfragen
• plctool -I: Den PBI-Header auslesen
  • DAK: Device Access Key (fuer jedes Board individuell)
  • NMK: Network membership key (muss fuer beide gleich sein, um einem Netzwerk zugeordnet zu sein)

> plctool -m -i enp0s20f0u2u4
enp0s20f0u2u4 00:B0:52:00:00:01 Fetch Network Information
enp0s20f0u2u4 BC:F2:AF:F1:4F:C4 Found 1 Network(s)

source address = BC:F2:AF:F1:4F:C4

 network->NID = B0:F2:E6:95:66:6B:03
 network->SNID = 11
 network->TEI = 1
 network->ROLE = 0x02 (CCO)
 network->CCO_DA = BC:F2:AF:F1:4F:C4
 network->CCO_TEI = 1
 network->STATIONS = 1

  station->MAC = BC:F2:AF:F1:CC:03
  station->TEI = 2
  station->BDA = 00:50:B6:B8:46:D5
  station->AvgPHYDR_TX = 009 mbps Primary
  station->AvgPHYDR_RX = 009 mbps Primary

> plctool -r -i enp0s20f0u2u4
enp0s20f0u2u4 00:B0:52:00:00:01 Request Version Information
enp0s20f0u2u4 BC:F2:AF:F1:4F:C4 QCA7000 MAC-QCA7000-1.1.0.727-02-20130826-FINAL
> plctool -I -i enp0s20f0u2u4
 PIB 0-0 8080 bytes
 MAC BC:F2:AF:F1:4F:C4
 DAK D7:EA:8D:81:1A:95:44:53:B3:EA:62:4E:69:C1:7C:17
 NMK 50:D3:E4:93:3F:85:5B:70:40:78:4D:F8:15:AA:8D:B7 (HomePlugAV)
 NID B0:F2:E6:95:66:6B:03
 Security level 0
 NET Qualcomm Atheros Enabled Network
 MFG Devolo_dLan_GreenPHY
 USR SLAC-EVSE
 CCo Always
 MDU N/A

NMK neu setzen

Sollte der Network Membership Key (NMK) eines der Boards veraendert worden sein, kann dieser mittels folgendem Befehl neu gesetzt werden: (anzupassen sind jeweils Ethernet-Interface, MAC-Adresse und NMK des anderen Boards, zu welchem Netzwerk man sich verbinden moechte)

plctool -i eth1 -p settings.pib BC:F2:AF:F1:CC:03 && \
      modpib -N FA:6C:AC:B4:BB:66:42:95:EC:E6:9F:20:E5:7F:87:23 -v settings.pib && \
      plctool -i eth1 -P settings.pib BC:F2:AF:F1:CC:03

---

Implementierung

Diese ISO-15118 Implementierung baut auf der Referenz-Implementierung RISE-V2G von Dr. Marc Mueltin auf. Das Repository wurde um eine REST Schnittstelle und deren Integration in RISE V2G erweitert, um den ISO-15118 in der Laborumgebung der HSRM einbinden zu koennen. Die REST Schnittstelle wurde nach der OpenAPI Specification entwickelt.

Bestandteile

Das RISE V2G Repo besteht zunaechst aus 5 Ordnern:

• Certificates: Hier liegen die Zertifikate der Entwicklungsumgebung
• EVCC: Der EVCC Client Code (wird hier nur zum Testen gebraucht, uebernimmt ansonsten das PEV)
• PARENT: Uebergeordnetes Projekt in der IDE
• SECC: Die Implementierung der Wallbox-Seite (der spannende Teil dieser Arbeit)
• Shared: Gemeinsame Packete der EVCC und SECC Implementierung

Darueber hinaus liegen im Root-Folder des Repos noch die Dateien EVCCConfig.properties und SECCConfig.properties in welchem allgemeine Einstellungen der ISO Implementierung hinterlegt sind. Das sind z.B.:

• Netzwerk-Interface der Powerline Kommunikation
  • Achtung!: Diese Einstellung ist abhaengig von der jeweiligen Hardware welche den SECC-Server ausfuehrt. Unter Linux ist der Default eth0 unter Windows 6. Siehe mehr dazu unter Netzwerk-Interface bestimmen
• Unterstuetzte Lade-Modi (bspw. AC dreiphasig, DC einphasig, usw.)
• kostenloses Laden oder bezahl Laden
• Einstellung bzgl. des EXI Codecs und des Umfangs des Loggings der EXI Daten

Netzwerk-Interface bestimmen

Linux

Je nach installierten Paketen einer der folgenden Befehle in der Konsole ausfuehren. Das Paket ifconfig ist inzwischen veraltet und nicht immer als default installiert.

ifconfig -a | grep Link

ip link show

Hier ist das Netzwerk-Interface z.B.: enp0s3

Windows

Unter Windows ist nicht der Name des Interfaces sondern dessen Index anzugeben. Der folgende Befehl in PowerShell produziert z.B. untenstehenden Output.

Get-NetIPInterface

ifIndex InterfaceAlias                  AddressFamily NlMtu(Bytes) InterfaceMetric Dhcp     ConnectionState PolicyStore
------- --------------                  ------------- ------------ --------------- ----     --------------- -----------
5       Ethernet 3                      IPv6                  1350              25 Enabled  Disconnected    ActiveStore
13      Ethernet 2                      IPv6                  1500              35 Enabled  Connected       ActiveStore
6       OpenVPN TAP-Windows6            IPv6                  1500              25 Enabled  Disconnected    ActiveStore
7       Ethernet                        IPv6                  1500               5 Enabled  Disconnected    ActiveStore
9       OpenVPN Wintun                  IPv6                 65535               5 Disabled Disconnected    ActiveStore
1       Loopback Pseudo-Interface 1     IPv6            4294967295              75 Disabled Connected       ActiveStore
5       Ethernet 3                      IPv4                  1350              25 Enabled  Disconnected    ActiveStore
13      Ethernet 2                      IPv4                  1500              35 Enabled  Connected       ActiveStore
6       OpenVPN TAP-Windows6            IPv4                  1500              25 Enabled  Disconnected    ActiveStore
7       Ethernet                        IPv4                  1500               5 Enabled  Disconnected    ActiveStore
9       OpenVPN Wintun                  IPv4                 65535               5 Disabled Disconnected    ActiveStore
1       Loopback Pseudo-Interface 1     IPv4            4294967295              75 Disabled Connected       ActiveStore

Hier ist ein moegliches Interface die 13 oder 7 oder 5 (nach bewaehrtem Trial-and-Error Verfahren)

OpenAPI

Eine Dokumentation der API findet sich unter RISE-V2G-SECC/index.html oder alternativ die API Definition unter RISE-V2G-SECC/src/main/resources/hsrm-wallbox-api.yaml kopieren und in den Swagger Editor kopieren.

In dieser API-Definition ist der Aufbau der REST-API festgelegt und alle für die Schnittstelle relevanten Klassen und Dateien werden auf Basis dieser Definition automatisch erzeugt. Änderungen an der Schnittstelle werden hier durchgeführt und dann durch den Maven-Build getriggert. Die Beschreibung der Schnittstelle wird wie oben beschrieben direkt auf Basis der YAML-Datei erzeugt und daher nicht hier dokumentiert um die Akutalität der Beschreibung zu gewährleisten.

Automatisches erzeugen der REST-API Java Klassen durch den Maven Build Prozess

Unter RISE-V2G-SECC > pom.xml ist die Maven Build-Defintion für den SECC Teil zu finden. Dieser wurde um die, für das Projekt notwendigen, Abhängigkeiten erweitert, sowie um das Plugin openapi-generator-maven-plugin. Dieses Plugin erzeugt den REST Server mit allen relevanten Klassen automatisch und überschreibt die bestehenden Klassen. Folgende Einstellungen wurden vorgenommen:

• inputSpec: gibt an, wo die OpenAPI YAML Datei zu finden ist
• invokerPackage, modelPackage, groupId, packageName, apiPackage: Bestimmt den Namespace und Ablageort der erzeugten Dateien
• generatorName: welcher Server-Stub erzeugt werden soll. Die Dokumentation für den jaxrs-jersey Server ist hier zu finden: Config Options for jaxrx-jersey
• configOptions/sourceFolder: per default wird der Server-Stub unter der Projekt-Root/Target angelegt, hier wird der Server-Stub neben der restlichen Implementierung angelegt unter src/main/java + dem oben definierten Namespace

Beim Build erkennt das Tool automatisch, ob sich die YAML-Datei verändert hat (vergleich gegen einen Hash unter .openapi-generator/) und triggert den Build.

ACHTUNG! Nach dem Build muss hier leider noch manuell in CommunicationSessionApiServiceFactory in Zeile8 statt der default Interface-Implementierung durch die eigenen Implementierung erstetzt werden:

private static final CommunicationSessionApiService service = new WallboxServerEndpoint();

REST-API

Durch OpenAPI wird ein fertiger REST-Server erzeugt, welcher jedoch nur das Grundgerüst darstellt ohne Logik.
Die jeweiligen Aktionen auf die REST-Methoden sind in der Klasse WallboxServerEndpoint.java implementiert. Hier werden die Kommunikationsparameter an das Backend übergeben, sodass sie von dort im weiteren Verlauf der ISO-15118 Kommunikation abgerufen werden können.

To-Do/Projekt-Status

• REST-API
  • Server erzeugen von OpenAPI Spec
  • REST-Parameter an Backend übergeben
  • Daten von Backend abfragen während ISO-15118 Kommunikation
  • Protokoll pausieren bis Daten vorhanden (funktioniert nicht?, evtl. erst Daten per REST übergeben und dann SECC starten)
  • OpenAPI code generator anpassen, sodass Implementierung nicht manuell Instanziert werden muss
• MQTT
  • MQTT-Client erzeugen
  • MQTT Settings aus SECCConfig.properties lesen
  • Nachrichten an MQTT-Client übergeben
  • MQTT Broker/Server erzeugen
  • MQTT Testen