Bussysteme Literatur: Rechnerverbindungsstrukturen, Bernd Schürmann Vieweg, 1997, ISBN 3-528-05562-6 Bussysteme in der Automatisierungstechnik, Gerhard Schnell Vieweg, 1999, ISBN 3-528-26569-8 Computerschnittstellen und Bussysteme, Klaus Dembowski Hüthig, 2001, ISBN 3-7785-2782-7 Controller-Area-Network, Konrad Etschberger Carl Hanser 2000, ISBN 3-446-19431-2 aus dem Netz: Eingebettete Systeme, Dr. Bernd Schürmann, Universität Kiel ECT 2002, Bussysteme im Automobil, Workshop Ausgburg
Feldbus - Bus für Automatisierungstechnik „Feldgeräte“ (SPS, PC, µC-Steuereinheiten) treten direkt mit zu steuernden oder zu überwachenden technischen Prozessen in Interaktion Für Feldbus i.d.R. nur Schicht 1, Schicht 2 und Schicht 7 des OSI-Modells relevant (z.B. kein Routing) Client-Server-Modell - Producer-Consumer-Modell Teilnehmerorientierte Protokolle (Ziel-, Quelladresse, verbindungsorientiert, Bestätigung,..konventionelle Datenübertragung) Nachrichtenorientierte Protokolle Nachricht erhält Kennung; Empfänger (Consumer) für Sender (Producer) nicht bekannt Bestätigung nicht sinnvoll Fehlersignalisierung; Nachrichtenkennung enthält im Allgemeinen auch Priorität;
• Deterministisch zentral- oder dezentral gesteuert
• Zufällig Nicht kollisionsfrei oder kollisionsfrei (CSMA; CSMA/CD; CSMA/CA) (einfach realisierbar, kurze Latenzzeiten, kein Overhead durch Busarbitrierung)
Datensicherungsverfahren und Fehlerkontrolle Prüfinformationen:
- Parität
- Blocksicherung (Längs- und Querparität)
- Cyclic Redundancy Check (CRC) (Rest aus Modulo-2-Dvision wird als Prüfinformation (Frame Check Sequence – FCS) übertragen)
Kontrolle:
• Passive Fehlerkontrolle Quittung von Empfänger (bei teilnehmerorientierten Protokollen) z.B. PROFIBUS, AS-I, INTERBUS-S Nachteil: Abwarten der maximalen Quittierzeit, Problem bei Broadcasting
• Fehlersignalisierung
Empfänger senden im Fehlerfall spezifische kurze Fehlernachricht Sehr kurze Fehlererholzeiten
+ jeder Teilnehmer hat eigene Verbindung + einfache Einbindung weiterer Teilnehmer + einfaches Protokoll, u.a. keine Zugriffsregelung erforderlich + optisch gut realisierbar - i.a. große Gesamtlänge aller Verbindungen - Zentraler Teilnehmer benötigt n Schnittstellen bei n Teilnehmern - Kommunikation nur über zentralen Teilnehmer möglich - bei Ausfall von zentralen Teilnehmer ist keine Kommunikation mehr möglich
Bus oder Linien-Topologie
+ vereinfachter Verkabelungsaufwand + einfache Teilnehmerankopplung + Ausfall/Abschalten eines Teilnehmers führt nicht zum Ausfall des Systems + beliebige logische Kommunikationsstrukturen möglich - begrenzte Buslänge und Anzahl von Teilnehmern - Buszugriffsregelung erforderlich - im Allgemeinen ist Busabschluss mit Wellenwiderstand erforderlich (wenn doppelte
maximale Signallaufzeit länger als etwa 10% der Bitzeit ist) - mit optischen Medien etwas aufwändig realisierbar („passive“ Buskoppler) - Teilnehmeridentifizierung erforderlich
+ Realisierbarkeit ausgedehnter Netzwerke, da jeder Teilnehmer als aktiver Netzknoten eine Signalgeneration bewirkt
+ wegen Punkt-zu-Punkt-Übertragung über Teilstrecken sehr gut geeignet für den Einsatz von LWL
+ einfache Teilnehmeridentifizierung über geografische Position der Teilnehmer - bei Ausfall eines Teilnehmers Ausfall des Gesamtsystems redundanter Ring - Eingliederung eines Teilnehmers erfordert Betriebsunterbrechung
Baum
+ beliebige Verzweigungen möglich + gute Anpassung an geographische Anforderungen + minimaler Verkabelungs- und Installationsaufwand
Bussysteme im A Ohne den Anspruch dieser Stelle zunächst einmal ein ben, die derzeit im Automobil verwende Bussysteme, die teilweise nicht mehr rwendet werden sowie solche Bussys obil zum Einsatz kommen warden (aus ) SubBus
auf Vollständigkeit erheben zu wollen, sei ane Liste von verschiedenen Bussystemen geget werden. Die Liste umfasst aber auch solcheoder nur von einigen Automobilherstellern veteme, die möglicherweise zukünftig im Autom ECT 2002, Bussysteme im Automobil, Workshop Ausgburg
Einteilung in Klassen Class A: bis 10 kBit/s LIN, TTP/A und J-1850 gehören dazu, mechatronische Anwendungen wie smart sensors und actuators. Diese Busse haben wesentlich dazu beigetragen, den Kabelbaum im Fahrzeug zu reduzieren. Preis eines Class A Knotens zur Zeit: ca. US$ 4,-. Class B: 10 kBit/s … 100 kBit/s Sicherheitsrelevante Applikationen mit Fehlertoleranz, z. B. in Chassis, Powertrain und x-by-wire – Anwendungen. Damit wird die Anzahl redundanter Sensoren reduziert. Beispiele: TTP/B, Byteflight, TT-CAN, etc. Auch J-1850 reicht bis in Class B hinein. Preis eines Class B Knotens zur Zeit: ca. US$ 5,- Class C: 100 kBit/s … 1 MBit/s Verteilte Echtzeit-Systeme, Multimedia, Echtzeit-Datenverarbeitung, Beispiele: MOST, D2B, auch Kombinationen mit drahtlosen Anwendungen wie Bluetooth. Preis eines Class C Knotens zur Zeit: ca. US$ 10,-.
CAN Ursprünglich entwickelt von Bosch Wesentliche Eigenschaften: • Priorisierung von Nachrichten • Garantierte Verzögerungszeiten • Flexible Konfiguration von Systemen • Multicast-Empfang durch mehrere Empfänger mit Zeitsynchronisation • System-weite Datenkonsistenz • Multimaster • Fehlerdetektion und Fehlersignalisierung • Automatische Neuübertragung, sobald der Bus wieder frei ist • Unterscheidung temporärer Fehler und dauerhafter Fehlerbedingungen einzelner Knoten mit autonomer Abschaltung defekter Knoten • Baudraten bis 1Mbaud – bei einer Auslastung von 50% und einem Protokolloverhead von 50% stehen in Multimastersystemen ca. 25Kbyte/s an Nutzdatenrate zur Verfügung
Arbitration mit Priorisierung von Nachrichten (CSMA/CA) dominates Bit (0) – rezessives Bit (1) Differenzsignale zur Störunterdrückung Bitstuffing CAN verwendet eine direkte Codierung der Bits (NRZ), d.h. stabiler Logikpegel während der gesamten Bitübertragung. Dabei wird zu Synchronisationszwecken nach je 5 gleichen Bits ein Pegelwechsel erzwungen, indem ein Bit der gegenüberliegenden Priorität eingeschoben wird. Spezielle Frames, wie der Error- Frame können jederzeit erkannt werden, indem sie gegen diese Konvention verstoßen.
Air conditioning Theft warning Light ModuleDoor Module
MOST
FIREWIREInfotainment
NavigationWWWMobile Communications
Firewall
Embedded Systems
LIN (Local Interconect Network) LIN ist ein serielles Single-Wire Kommunikationsprotokoll, basierend auf dem Standard SCI-Interface (UART)- Byteorientiert Master Slave Prinzip mit bis zu 16 Teilnehmern Synchronisation der Slaves über den Bus ( preisgünstige einfache Schwingkreise) 12V Single Wire Leitung, max. 20 kBit/s; ab V2.0 autom. Baudratenerkennung
