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\chapter{Introduzione}
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\label{ch:introduzione}
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Negli ultimi anni, il settore delle macchine movimento terra è evoluto verso architetture elettroniche sempre più ampie.
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Similmente ai veicoli stradali, i moderni mezzi d'opera integrano numerose \ac{ecu} e una vasta rete di sensori e attuatori, interconnessi
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tramite il protocollo \ac{can} suddivisi in uno o più bus.
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L'elevata mole di dati generati ha permesso lo sviluppo di sistemi telematici, diagnostici e di fleet management per monitorare lo stato di salute
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del mezzo, ottimizzare i consumi e pianificare la manutenzione \cite{telematics_industrial_vehicle}.\\
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Tuttavia, l'accesso a questi sistemi viene limitato dai sistemi proprietari dei costruttori: sebbene i dati \ac{can} grezzi siano leggibili tramite strumenti
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di diagnostica, spesso questi non seguono standard come \ac{sae} J1939 e vengono offuscati da \ac{id} proprietari, decodificati dentro ecosistemi chiusi.
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Ad esempio, il sistema \textit{KOMTRAX}\texttrademark di Komatsu consente, tra varie possibilità, il tracciamento remoto, geofencing e l'analisi
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di efficienza del mezzo \cite{komatsu_komtrax_specification}, che pur essendo efficace per monitoraggio e controllo, è una piattaforma che non espone
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i frame \ac{can} né permette l'integrazione con software di terze parti. Operano in maniera simile altri sistemi proprietari, tra i quali \textit{VisionLink}\texttrademark (Caterpillar),
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\textit{JDLink}\texttrademark (John Deere), \textit{LiDAT}\texttrademark (Liebherr), \textit{SiteWatch}\texttrademark (CASE e New Holland).\\
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Per le aziende con flotte multimarca, questa mancanza di accessibilità impedisce lo sviluppo di soluzioni diagnostiche unificate e l'analisi approfondita delle
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condizioni specifiche del mezzo.\\
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Il presente lavoro di tesi nasce da questa esigenza operativa, in collaborazione con l'azienda edile CAT (s.n.c.). L'impresa ha espresso l'interesse a disporre di
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strumenti diagnostici brand-agnostic per il monitoraggio della propria flotta di mezzi d'opera multimarca impiegati in scavi e movimento terra, in particolare
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per scopi di manutenzione predittiva e monitoraggio delle condizioni del veicolo. \\
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In questo contesto, ha messo a disposizione per le attività di sperimentazione un escavatore Komatsu PC210 NLC-8, consentendo l'acquisizione di dati
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in condizioni operative reali e la validazione delle metodologie di reverse engineering.
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\subsection{Stato dell'arte}
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\label{sec:stato-dell-arte}
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Al momento della scrittura del presente lavoro di tesi, la letteratura tecnica pubblica non riporta casi documentati di decodifica dei frame CAN
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proprietari di mezzi di lavoro Komatsu. \\
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Esistono tuttavia alcuni progetti correlati nel settore delle macchine off-highway e nel reverse engineering di messaggi \ac{can} più in generale: \\
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Un articolo IEEE introduce CANMatch, un tool automatizzato per effettuare reverse engineering di \ac{can} frame tramite frame matching, che ha permesso
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di ottenere un metodo semplice per interpretare i dati proprietari loggati su più di 400 veicoli stradali \cite{canmatch-reverse-engineering}.
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Questo metodo potrebbe applicarsi analogamente al caso di sistemi proprietari compatibili con SAE J1939. \\
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PolyCAN, parte del progetto TractorHacking, è un tool diagnostico che punta ad effettuare un reverse engineering del \ac{can} bus di trattori John
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Deere e permettere l'iniezione di messaggi dall'esterno, in modo da ottenere controllo completo sul mezzo \cite{tractorhacking}. \\
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Seppur manchi letteratura pubblica specifica per escavatori Komatsu, evidenze empiriche riportate da comunità tecniche specializzate riportano che per
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alcuni dei mezzi di questo marchio (specificamente un dumper HD785 ed un escavatore PC1250) i \ac{can} \ac{id} loggati non sono puramente J1939, ma un
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protocollo ibrido contenente ID a 29 bit (Extended \ac{can}) ed a 11 bit (Standard \ac{can}) \cite{diagnet-komatsu}.
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\subsection{Obiettivi}
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\label{sec:obiettivo}
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L'obiettivo di questo elaborato è lo sviluppo di un sistema per l'acquisizione, la decodifica e l'analisi dei dati di un escavatore idraulico provenienti dal suo \ac{can} bus.
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Nello specifico, il lavoro si articola in:
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\begin{itemize}
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\item \textbf{Identificazione:} Individuazione della porta diagnostica contenente un nodo \ac{can};
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\item \textbf{Acquisizione dati:} Sviluppo di un'interfaccia hardware per il logging dei messaggi \ac{can} in tempo reale;
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\item \textbf{Reverse engineering:} Decodifica delle comunicazioni proprietarie Komatsu;
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\item \textbf{Analisi dati:} Traduzione dei dati decodificati in parametri fisici.
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\end{itemize}
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\section{Komatsu PC210 NLC-8}
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\label{subsec:komatsu_pc210}
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Il veicolo oggetto di studio è l'escavatore Komatsu PC210 NLC-8: si tratta di un escavatore idraulico cingolato
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di media portata, appartenente alla serie "Dash 8". La designazione NLC (Narrow Long Crawler) identifica una configurazione del
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sottocarro caratterizzata da una carreggiata ridotta e una maggiore lunghezza del telaio, ottimizzata per applicazioni che richiedono
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un ingombro trasversale contenuto. \cite{komatsu_pc210_8_2017_brochure}
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\begin{table}[htbp]
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\centering
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\captionsetup{skip=2pt}
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\caption{Specifiche tecniche secondo \citeauthor{komatsu_pc210_8_2017_brochure}}
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\label{tab:specifiche_nlc8}
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\footnotesize
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\renewcommand{\arraystretch}{0.85}
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\setlength{\tabcolsep}{4pt}
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\begin{tabular}{@{} p{4.5cm} p{9.5cm} @{}}
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\toprule
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\multicolumn{2}{@{}l}{\textbf{Powertrain}} \\
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\midrule
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Motore & Komatsu-Cummins SAA6D107E-1: Diesel common rail, 6 cilindri in linea, turbo aftercooled \\
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Cilindrata & 6,69 L \quad (Alesaggio $\times$ Corsa: 107 $\times$ 124 mm) \\
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Potenza (ISO 14396) & 116 kW (156 bhp) @ 2.000 rpm \\
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Normativa emissioni & EU Stage IIIA \\
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\midrule
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\multicolumn{2}{@{}l}{\textbf{Impianto idraulico e scavo}} \\
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\midrule
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Pompe idrauliche & HydrauMind E-CLSS, 2 pompe a pistoni assiali a cilindrata variabile \\
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Portata e pressioni max & 2 $\times$ 219 L/min \quad (Impl./Trasl.: 380 bar, Rotaz.: 295 bar) \\
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Forza di scavo & 16.500 kg (benna) / 13.800 kg (braccio) \\
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Capacità benna & 1,68 m$^3$ \\
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Modalità operative & 5 (Power, Economy, Breaker, Attachment, Lifting) \\
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\midrule
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\multicolumn{2}{@{}l}{\textbf{Pesi e dimensioni}} \\
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\midrule
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Peso operativo & 23.360 kg \\
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Carreggiata / Passo & 2.040 mm / 4450mm \\
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Pattini & 700 mm \\
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Profondità di scavo massima & 6.620 mm \\
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\midrule
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\multicolumn{2}{@{}l}{\textbf{\ac{can} bus}} \\
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\midrule
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Architettura & Singolo bus SAE J1939 con ID proprietari \\
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ID bit / baudrate & 11-bit e 29-bit / 250 kbps \\
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\bottomrule
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\end{tabular}
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\end{table}
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\begin{figure}[htbp]
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\centering
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\begin{subfigure}{1\textwidth}
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\centering
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\includegraphics[width=\textwidth]{assets/images/pc210nlc-8/IMG_0002.jpeg}
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\caption{Frontalmente}
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\label{fig:komatsu_front}
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\end{subfigure}
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\hfill
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\begin{subfigure}{1\textwidth}
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\centering
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\includegraphics[width=\textwidth]{assets/images/pc210nlc-8/IMG_0001.jpeg}
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\caption{Dal retro}
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\label{fig:komatsu_rear}
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\end{subfigure}
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\caption{Komatsu PC210 NLC-8, oggetto di questo elaborato di tesi}
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\label{fig:komatsu_overview}
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\end{figure}
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\FloatBarrier
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\subsection{STM32F405RGT6}
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\label{subsec:stm32f405rgt6}
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\subsection{FreeRTOS}
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\label{subsec:freertos}
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\subsection{TJA1050}
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\label{subsec:tja1050}
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