Bilbus. P4 projekt, AAU, Elektronik og elektroteknik

Transkript

1 Bilbus P4 projekt, AAU, Elektronik og elektroteknik Gruppe 415 Mads Yde Jensen Jes Toft Kristensen Jan Sundvall Christian Thomsen Rasmus Nielsen Hans-Henning Terp-Hansen

2

3 Elektronik og Elektroteknik Fredrik Bajers Vej 7B Telefon Fax Synopsis: Titel: Tema: Bilbus Mikrodatamatsystemer Projektperiode: P4, forårssemesteret 2005 Projektgruppe: 415 Deltagere: Mads Yde Jensen Jes Toft Kristensen Jan Sundvall Christian Thomsen Rasmus Nielsen Hans-Henning Terp-Hansen Vejleder: Stefan Sörensen Oplagstal: 9 Sidetal: 125 Appendiksantal: 19 Afsluttet den Denne P4 rapport fra foråret 2005 omhandler udviklingen af et serielt bussystem til en personbil. I prototypen af dette bussystem indgår en masterenhed samt tre slaveenheder. Udviklingen af prototypen tager udgangspunkt i SPU-modellen, der benyttes til kravspecifikation, accepttest og i softwaredesignet. Rapporten er opdelt i fem dele, hvor del I indeholder baggrund efterfulgt af kravspecifikation og accepttestspecifikation. Herefter konstrueres hardware til masterenheden i systemet gennem del II. Systemets tre slaveenheder konstrueres hardwaremæssigt i del III. Igennem del IV designes software til såvel master- som slaveenheder og der programmeres her i både C og assembler. Sidste del i rapporten indeholder en afrunding, hvor systemets accepttest og konklusion forefindes. Masterenheden i systemet opbygges omkring en Motorola processor, hvor tilhørende hardware i form af RAM, ROM, display, UARTs og interrupthandler behandles. De tre konstruerede slaveenheder opbygges med færdige mikrocontrollere af typen AT90S2313 og AT90S8535 fra Atmel. De tre udviklede slaveenheders funktionalitet er olietryksmåling, lygteenhed samt en lygtekontrolenhed, der indeholder kontakter til aktivering af lygteenheden. Den færdige prototype af systemet fungerer tilfredsstillende og lever op til projektstillers forventninger. Accepttesten af systemet viser, at den udviklede prototype overholder kravsspecifikationens funktionelle krav i 15 ud af 15 tilfælde. Der er i forbindelse med accepttesten udført en brugerundersøgelse af begrænset omfang - og denne viser stor tilfredshed blandt brugerne på områderne informationsomfang, informationstilgængelighed og informationsvisning.

4 Forord Denne P4-rapport er udarbejdet på den teknisk-naturvidenskabelige overbygning ved Aalborg Universitet. Den er skrevet af gruppe 415 under elektronik og elektroteknik faggruppen i perioden fra d. 2. februar til d. 26. maj Projektitlen Bilbus er valgt på baggrund af et projektforslag stillet af Hans-Henning Terp-Hansen. Dette projektforslag falder ind under det overordnede semestertema Mikrodatamatsystemer. Rapporten henvender sig til folk med et grundlæggende kendskab til elektronik, samt folk med interesse for design og konstruktion af mikrodatamatsystemer. Læsevejledning Kildehenvisninger er i teksten angivet i firkantede paranteser efter Harvard-metoden, som eksempelvis [Biering-Sørensen, 2000]. Hvis et større afsnit er baseret på en enkelt kilde, vil kildeangivelsen stå i slutningen af det pågældende afsnit. Litteraturlisten er at finde på side 121. Appendiks organiseres i alfabetisk rækkefølge og findes sidst i rapporten. Figurer nummereres fortløbende efter kapitlet, som de placeres i. Eksempelvis optræder figur 4.1 som første figur i kapitel 4. Ligninger er nummereret på samme måde som figurer, dog er de sat i parantes. Eksempelvis optræder første ligning i kapitel 5 som (5.1). Hver blok har tildelt et nummer, som alle komponentværdier i denne blok navngives efter. Dette betyder, at første tal i benævnelsen af komponenter ligger fast for de enkelte blokke. Eksempelvis hedder første modstand i lygteenheden R 61, den anden R 62 osv. Internetkilder er sammen med bilag vedlagt på CD-ROM. Der findes separate udfoldelige kredsløbsdiagrammer for de enkelte blokke sidst i rapporten. Aktiv-lave signaler angives i rapporten med symbolet *, eksempelvis DTACK. Inverterede signaler angives med overstregning, eksempelvis DTACK. Hexadecimale tal skrives med undersænket h efter tallet, eksempelvis 0FE3 h. Binære tal skrives med undersænket b efter tallet, eksempelvis b. Binære angivelser har MSB til venstre.

5 Forkortelser og termer Der gøres i rapporten brug af følgende forkortelser og termer: ACIA Motorola betegnelse for en UART. Når der i systemet henvises til ACIA232, menes der ACIA en til kommunikation via RS232 til PC en. Når der henvises til ACIA485, menes der ACIA en til kommunikation via RS485 til de perifere enheder over den serielle bus. Buscycle Når en buscycle nævnes i dette system menes tiden, der går mellem to master-forspørgsler kan foretages. Der indgår altså både en busforespørgsel, et bussvar samt en eventuel buspause i denne tid. EEPROM Engelsk forkortelse for Electrical Erasable Programmable Read Only Memory. Frame Når en frame nævnes i dette system, menes en byte med et tilhørende antal start-, stop- og paritetsbit. Minimumsystemet Betegnelse for masterenheden i systemet indeholdende RAM, ROM, UART, og mikroprocessor samt diverse andre perifere kredsløb til drift af denne mikroprocessor. MSB / LSB Engelsk forkortelse for henholdsvis most- og least significant bit. På dansk henholdsvis mest- og mindst betydende bit. Norm Teknisk bestemmelse, der skal overholdes ved projektering og konstruktion af projekter. Den har til formål at sikre kvalitet og sikkerhed [Gyldendal, 2005]. Pakke Når en pakke nævnes i dette system, menes et antal frames, der tilsammen udgør en forespørgsel eller et svar for en given protokol. Parallel bus Når den parallelle bus nævnes i dette system, menes der den interne bus mellem processor, RAM, ROM og display i minimumsystemet. Perifere enheder Betegnelse for slaveenhederne på den serielle bus i systemet. Polling Engelsk for forespørgsel. Med polling menes der, at der spørges igen og igen om en tilstand, typisk indtil den ændrer sig. Står i modsætning til interrupt, der bryder ind i afviklingen af et program, når en tilstand ændrer sig. Protokol Et sæt standardiserede regler og procedurer for overførsel af data mellem en afsender og en modtager i et datanet eller over en bus [Gyldendal, 2005]. RISC Engelsk forkortelse for Reduced Instruction Set Computer. En mikrocomputer, der benytter et reduceret instruktionssæt. Antonymet til RISC er CISC, Complex Instruction Set Computer. Seriel bus Når den serielle bus nævnes i dette system, menes der bussen mellem minimumsystemet og de perifere enheder.

6 SMT Engelsk forkortelse for Surface Mounted Technology. Fælles betegnelse for overflade monterede komponenter af forskellig art. UART Engelsk forkortelse for Universal Asynchronous Receiver-Transmitter. Denne enhed kan sende og modtage seriel data, og konvertere dem til/fra parallel data. UML Engelsk forkortelse for Unified Modelling Language. UML er et sprog til specifikation, visualisering, konstruktion og dokumentation af edb-systemer såvel som forretningsmodeller og andre ikke-edb-relaterede systemer. Rapporten er udarbejdet af: Rasmus Nielsen Hans-Henning Terp-Hansen Mads Yde Jensen Jes Toft Kristensen Christian Thomsen Jan Sundvall

7 INDHOLDSFORTEGNELSE Indholdsfortegnelse Del I: Indledning 1 1 Indledning Historisk perspektiv Elektronisk kommunikation Kravspecifikation Indledning Generel beskrivelse Specifikke funktionskrav Eksterne grænsefladekrav Krav til systemets ydelse Kvalitetsfaktorer Grænseflader Problemformulering Problemafgrænsning Accepttestspecifikation Indledning Testemner Testdesign Testimplementation Bilag Del II: Minimumsystem 21 5 Motorola processor Intern opbygning Benforbindelser Clock-kredsløb Reset-kredsløb Delkonklusion Memory RAM- og ROM-kredse Timing for valgte kredse Delkonklusion i

8 INDHOLDSFORTEGNELSE 7 Interrupt handler Krav Konstruktion Delkonklusion ACIA RS RS Delkonklusion Display Funktionalitet Timing Delkonklusion Memory mapping Krav Adressedekoder DTACK -generator Delkonklusion Belastning af M68k Belastningsberegning for adressebus Belastningsberegning for databus Belastningsberegning for kontrolbus Delkonklusion Del III: Perifere enheder Hardware til perifere enheder Kravspecifikation Fælles hardware Individuel hardware Test Resultater Delkonklusion Del IV: Software Protokol Indledning Opbygning Fejlhåndtering Introduktion til softwareudvikling og metodevalg Introduktion til software Metode Software til minimumsystem Programdesign Procesdesign Moduldesign Delkonklusion ii

9 INDHOLDSFORTEGNELSE 16 Software til perifere enheder Programdesign Procesdesign Moduldesign Delkonklusion Del V: Afrunding Accepttest Resultater Evaluering Konklusion Perspektivering 119 Litteraturliste 121 Del VI: Appendiks 127 A Oversigt over elektriske funktioner i moderne biler 129 B UseCases 133 B.1 Identifikation af UseCases B.2 UseCase: Styr display B.3 UseCase: Styr lys B.4 UseCase: Udlæs data B.5 UseCase: Omprogrammér master C M68k read og write timing 137 C.1 Read cycle C.2 Write cycle D Beskrivelse af ACIA 141 D.1 Registre D.2 Kommunikation D.3 Benforbindelser E Kildekode til PEEL-programmer 145 E.1 Kildekode til PEEL E.2 Kildekode til PEEL F Kildekode til initialiseringsproces 147 F.1 Assembler-kode til initialisering af hardware modul G Kildekode til løkkeproces 149 G.1 Header-fil til lygtekontrolmodul G.2 C-kode til lygtekontrolmodul G.3 Header-fil til oliekontrolmodul G.4 C-kode til oliekontrolmodul G.5 Header-fil til løkkestyringsmodul G.6 C-kode til løkkestyringsmodul iii

10 INDHOLDSFORTEGNELSE H Kildekode til displayproces 153 H.1 Header-fil til displaymodul H.2 C-kode til displaymodul H.3 Assembler-kode til displaymodul H.4 Beregning af tidsforbrug ved afvikling af interrupt I Kildekode til bus- og tabelmodulerne 159 I.1 Header-fil til tabelmodulerne I.2 C-kode til tabelmodulerne I.3 Assembler-kode til busmodul J Kildekode til perifere enheder 163 J.1 Header-fil til lygtekontrolenhed J.2 C-kode til lygtekontrolenhed J.3 C-kode til lygteenhed J.4 C-kode til olieenhed K Kildekode til testsoftware 169 K.1 C-kode til test af software i minimumsystemet K.2 C-kode til test af A/D converter i olieenhed K.3 C-kode til test af RS485 i de perifere enheder L Målejournal for clock-generatorer 173 M Målejournal for reset-kredsløb 177 N Målejournal for DTACK -generator 179 O Målejournal for responstid på perifere enheder 181 P Målejournal for ACIA Q Målerapport for accepttest 187 Q.1 Formål Q.2 Test af Kommunikationstid Q.3 Test af brugerinterface Q.4 Spørgeskema til interface test R Folduddiagrammer over perifere enheder 193 S Folduddiagram over minimumsystemet 195 iv

11 FIGURER Figurer 1.1 Parallelt ledningsnet fra Ford Sierra En frame indeholdende start-, data-, stop- og paritetsbit En pakke med 4 frames Systemblokdiagram over minimumsystemet med display tilkoblet Systemblokdiagram over hele systemet Grænseflader for det totale bilbussystem Bitoversigt over statusregistret i M68k Funktionsopdeling af M68k ens ind- og udgange Kredsløbsdiagram over clock-kredsløb til M68k Timingsdiagram for reset-kredsløb til M68k Kredsløbsdiagram over reset-kredsløb til M68k Timingsdiagram for read cycle af RAM Timingsdiagram for write cycle af RAM Timingsdiagram for read cycle af ROM Opkobling af tasterne til interrupt 1 og Kredsløbsdiagram for interrupt handler Logiske niveauer for RS232 og RS Kredsløbsdiagram for opkobling af RS Kredsløbsdiagram for opkobling af RS Princip for terminering af transmissionsledninger på RS485 forbindelse Skitse af displaylayout og eksempel på karakter Timingsdiagram for write cycle af display Timingsdiagram for read cycle af display Kredsløbsdiagram for adressedekoder og DTACK -generator Blokdiagram over AVR mikrocontrollere Kernen i AVR mikrocontrollere Flowdiagram for A/D-konvertering efter successiv approximationsprincippet Oversigt over de enheder, der benytter den udviklede protokol Opbygningen af en buscycle for den udviklede protokol Betydning af flowdiagrammer i softwareudviklingen v

12 FIGURER 14.2 V-modellen for softwareudvikling Proces- og moduloversigt for minimumsystemet Grænseflader for program i minimumsystem Procesforløb i minimumsystem Moduloversigt for initialiseringsprocessen Moduloversigt for løkkeprocessen Flowdiagram for funktionen til initialisering af hardware Flowdiagram for entry-funktionen bus i busmodulet Flowdiagram for subrutinen bus w i busmodulet Flowdiagram for subrutinen bus r i busmodulet Flowdiagram for funktionen til oprettelse af tabel Flowdiagram for funktionen til opdatering af tabel for specifik adresse Flowdiagram for funktionen til opdatering af hele tabellen Flowdiagram for funktionen til behandling af lygteenhed Flowdiagram for funktionen til behandling af olieenhed Principdiagram for displaystyring Flowdiagram for funktionen dispup() Flowdiagram for funktionen dispdown() Flowdiagram for software til lygtekontrolenhed Proces- og moduloversigt for software til perifere enheder Flowdiagram for funktionen send data() Flowdiagram for software til perifere enheder B.1 Aktør kontekstdiagram til UseCase analyse af systemet C.1 Flowdiagram for M68k read cycle C.2 Timingsdiagram for M68k read cycle C.3 Flowdiagram for M68k write cycle C.4 Timingsdiagram for M68k write cycle D.1 Blokdiagram for ACIA MC D.2 Blokdiagram for synkron kommunikation mellem M68k og ACIA L.1 Måleopstilling for måling på clock-generatorer M.1 Måleopstilling for måling på reset-kredsløb N.1 Måleopstilling for måling på DTACK -generator N.2 Målinger på DTACK -generator O.1 Måleopstilling for måling på responstider for perifere enheder O.2 Responstid for olienhed P.1 Måleopstilling for målejournal af ACIA P.2 Grafer for RTS og TxD på ACIA485 ved afsendelse af bogstavet A Q.1 Måleopstilling til måling af kommunikationstid Q.2 Måleopstilling til brugerinterface undersøgelse vi

13 TABELLER Tabeller 1.1 Eksempel på protokol Eksempel på kommandoliste tilknyttet en protokol Funktionskrav fra kravspecifikationen Oversigt over registre og adresseben for benyttede enheder i minimumsystemet Timingstider for read cycle af RAM Timingstider for write cycle af RAM Timingstider for write cycle af RAM Timingstider for read cycle af ROM Uddrag af sandhedstabel for 8-3 konverter i interrupt handler Oversigt og beskrivelse af udvalgte displayfunktioner Timingstider for write cycle af display Timingstider for read cycle af display Krav til adressering ved benyttelse af TS2-MON Adresseoversigt for enheder på databus Adresseoversigt på bitniveau Komplet adresseoversigt Sandhedstabel for DTACK -generator Maksimal belastning for M68k Enheder på adressebus og disses strøm- og kapacitetsbelastninger Enheder på databus og disses strøm og kapacitetsbelastninger Belastninger på kontrolbussen Testresultater for de perifere enheder Den udviklede protokols kommandoer Den udviklede protokols fejlkoder Instruktionerne til optælling af timeout på perifere enheder Registre, der udgør grænseflader for moduler Variabler, der udgør grænseflader for moduler Grænseflader for modul g Grænseflader for modul j Grænseflader for modul m vii

14 TABELLER 17.1 Resultater fra accepttesten Resultater for brugerinterfacetest C.1 Timingstider for M68k read cycle C.2 Timingstider for M68k write cycle D.1 Adgang til registre i ACIA D.2 Bitoversigt over kontrolregisteret i ACIA D.3 Bitoversigt over statusregisteret i ACIA H.1 Beregning af tidsforbrug for dispup-interrupt L.1 Apparaturliste for målinger på clock-generatorer L.2 Måleresultater for clock-generator til ACIA L.3 Måleresultater for clock-generator til ACIA L.4 Måleresultater for clock-generator til M68k M.1 Apparaturliste for målinger på reset-kredsløb M.2 Måleresultater for reset-kredsløb til M68k N.1 Apparaturliste for målejournal for DTACK -generator O.1 Apparaturliste for måling på perifere enheder O.2 Måleresultater for responstid for perifere enheder P.1 Apparaturliste for målejournal af ACIA Q.1 Apparaturliste for måling af kommunikationstid Q.2 Måleresultater for måling af kommunikationstid Q.3 Måleresultater for brugerinterface måling R.1 Komponentliste til kredsløbsdiagram for lygtekontrolenhed R.2 Komponentliste til kredsløbsdiagram for lygteenhed R.3 Komponentliste til kredsløbsdiagram for olieenhed S.1 Komponentliste til kredsløbsdiagram for minimumsystem viii

15 Del I: Indledning Denne del indeholder en indledning, hvor forskellen på serielle og parallelle systemer beskrives. Indledningen beskriver desuden virkemåden af bussystemer, og i et afsluttende afsnit beskrives projektforslagets problematik. Efter indledningen følger en kravspecifikation skrevet efter SPU-modellen [Biering-Sørensen, 2000], hvor UseCase analyse desuden inddrages til bestemmelse af de funktionelle krav til prototypen. Denne del afsluttes med en problemformulering, hvor nogle af kravene opstillet i kravspecifikationen efterfølgende afgrænses. Del I: Indledning 1 1 Indledning Historisk perspektiv Elektronisk kommunikation Kravspecifikation Indledning Generel beskrivelse Specifikke funktionskrav Eksterne grænsefladekrav Krav til systemets ydelse Kvalitetsfaktorer Grænseflader Problemformulering Problemafgrænsning Accepttestspecifikation Indledning Testemner Testdesign Testimplementation Bilag

16

17 KAPITEL 1. INDLEDNING Kapitel 1 Indledning 1.1 Historisk perspektiv Automobilets historie er ca. 150 år gammel. I sine unge dage var dets vigtigste funktion at transportere personer og gods fra ét sted til et andet. Automobil er i dag forkortet til bil, og bilens vigtigste egenskab er stadig at fragte personer og gods. Imidlertid har forbrugerne vænnet sig til en stadig stigende mængde sikkerhed, komfort og underholdning i bilen. Sammen med denne tilsyneladende evigt stigende mængde elektronik stiger mængden af ledninger i bilen. En ufuldstændig men omfattende liste over funktioner kan ses i appendiks A på side 129. Som det ses af listen og på fotoet herunder, antager ledningsnettet en betydelig mængde og har en høj kompleksitet. Figur 1.1: Parallelt ledningsnet fra Ford Sierra Vægten er ca. 15 kg. Som det er vist, fylder det ca. 4 m 2. 3

18 1.2. ELEKTRONISK KOMMUNIKATION 1.2 Elektronisk kommunikation Parallelle systemer Et parallelt digitalt system er et system, hvor forbindelser, der føres imellem to eller flere enheder, kun kan bære én information, i form af et logisk niveau: logisk 1 eller logisk 0. Således kan en enkelt leder ikke overføre information til f.eks. både nærlys og blinklys samtidigt, og således er det største heltal i titalssystemet, der kan overføres på en leder lig med én. Er der flere parallelle ledere, kan disse sammensættes med udgangspunkt i det binære talsystem, og deraf kan dannes heltal (d maks ), hvis størrelse er bestemt af antallet af ledere (n): d maks = 2 n [ ] (1.1) Mængden af data, der kan overføres pr. tidsenhed er i princippet uendelig, men er i praksis begrænset - dels af de komponenter, der kommunikerer og dels af de forbindelser, der er imellem dem. Et parallelt system, som det der er vist i afsnit 1.1 på foregående side forekommer, i biler, at være omstændigt og klodset Serielle systemer Et serielt system består principielt af én forbindelse, hvor igennem der sendes et pulstog af logiske niveauer. Således kan f.eks. tallet 179 omsættes til et binært tal b, og disse digitallogiske niveauer sendes afsted efter hinanden som en datapakke kaldet en byte. For at modtageren kan skelne flere bytes fra hinanden, sendes der et startbit inden hver byte. Der sendes også evt. paritetsbit samt et eller flere stopbit efter hver byte. En byte med tilhørende start-, paritets- og stopbit kaldes en frame. Startbit Data 8 bit Paritets bit Stopbit Figur 1.2: En frame indeholdende start-, data-, stop- og paritetsbit. Ligesom for parallelle systemer, er datamængden, der kan overføres pr. tidsenhed begrænset af komponenter og forbindelsen imellem dem. Overførselshastigheden måles i bit pr. sekund [ bps]. Serielle data kan sendes synkront eller asynkront. Synkron seriel transmission kræver, udover mindst én forbindelse til data, en forbindelse til overførsel af et taktsignal, der bruges til at synkronisere modtager med sender. Typisk anvendes asynkron seriel transmission Dataformat Formatet hvormed data sendes, kan principielt bestemmes frit, men der findes standarder indenfor området. Benyttes en standard vil andet udstyr, der benytter samme standard, kunne kommunikere på det serielle system. RS232 standarden beskriver det fysiske lag, der inkluderer de fysiske stik, benbenævnelser, spændingsnivauer, tidsbetingelser for signalerne, formatet der anvendes, at LSB sendes først, samt at det er asynkron kommunikation [Davis, 2005]. Formatet angiver følgende egenskaber: Hastighed, f.eks bps Antal databit: 7, 8 eller 9 Paritet: ingen, lige (Even) eller ulige (Odd) Antal stopbit: 1 eller 2 4

19 KAPITEL 1. INDLEDNING En angivelse af formatet kan f.eks. være 57600, 8, E, 1. Med udgangspunkt i dette eksempel kan paritetsbit udregnes på basis af databit. Antallet af bit, der er logisk høj tælles, og er dette antal ulige, sættes paritetsbit til 1. Hvis antallet i forvejen er lige, sættes paritetsbit til 0. Dermed er det samlede antal bit, der er logisk høj lige. Bemærk, at start og stopbit ikke regnes med. Framen sendes afsted, og ved modtageren kontrolleres, om antallet af bit stadig er lige. Hvis en fejl har indfundet sig undervejs, ignoreres pakken, og det kan på modtageren indikeres, at en fejl har fundet sted. Det er vigtigt at bemærke, at selvom et antal apparater overholder RS232 standarden, og dermed kan sende og modtage data i henhold til denne standard, så er det ikke sikkert, at deres indbyrdes kommunikation resulterer i noget brugbart. Det skyldes, at de ikke nødvendigvis overholder den samme protokol, og at RS232 kun definerer den fysiske forbindelse Bussystemer Et RS232 serielt system tillader kun, at der tilsluttes to enheder, der kan kommunikere med hinanden ad gangen. Imidlertid kan det være praktisk at tilslutte flere enheder til det samme system. Dette kaldes for en bus. Et bussystem har typisk et antal slaveenheder samt en eller flere masterenheder. Kendetegnet for slaveenheder er, at de som udgangspunkt ikke sender data på bussen, medmindre de bliver bedt om det fra en master. Mastere udsender typisk data til slaver, i nogle tilfælde for at opnå et svar fra slaverne. Flere enheder, der er tilsluttet den samme bus, kan dermed få tildelt opgaver samtidigt og kommunikere med hinanden. Som med serielle systemer findes der forskellige standarder, der kan anvendes til bussystemer. Nogle enkelte er anført her: P-NET CAN-BUS Profi-bus I 2 C VME BUS Flere af ovennævnte protokoller bygger på serielle standarder. F.eks. bygger P-NET og Profi-bus på RS485 standarden. RS485 tillader, modsat f.eks. RS232, flere master- og slaveenheder tilsluttet det samme ledningsnet, og kaldes derfor for en busstandard. RS485 busstandarden indeholder ingen protokol specifikationer [Strangio, 2005]. Når flere enheder deles om en bus, er det nødvendigt at sikre, at kun én enhed sender ad gangen. Et bussystem kan indeholde flere mastere, men der kræves så et system, der sikrer, at de skiftes til at varetage kontrollen over bussen Protokoller En protokol, og herunder såkaldt softwarehandshaking, er en aftale imellem kommunikerende parter. Når to parter kommunikerer, uanset om det er mennesker eller maskiner, er de nødt til at tale samme sprog. Ellers er der ingen sikkerhed for at information når frem, og/eller bliver forstået af parterne. Et eksempel på en sådan handshaking ser ud som følger: Protokoleksempel 1. Masterenhed spørger efter slaveenhed #n. 2. Slaveenhed #n svarer, at den er til stede. 3. Masterenhed afsender kommando til slaveenheden. 4. Slaveenheden modtager kommando, udfører den og svarer tilbage om, hvorvidt denne lykkedes. 5

20 1.2. ELEKTRONISK KOMMUNIKATION Byte nr. Indhold Beskrivelse 1 Adresse Enhedsnummer på enheden, der tales til 2 Kommando Tal, der angiver en given kommando i henhold til en kommandoliste 3 Værdi #1 Databyte 4 Værdi #2 Databyte Tabel 1.1: Eksempel på protokol. Når masterenheden konstaterer, at den efterspurgte slaveenhed er tilstede og svarer, afsender masterenheden datapakken. Denne datapakke består af en række bytes i en given rækkefølge i henhold til den anvendte protokol. Et eksempel ser ud som i tabel 1.1. De 4 bytes sendes afsted hver med deres respektive start-, stop- og paritetsbit. Det resulterer i 4 frames - tilsammen kaldet en pakke som vist i figur 1.3. Frame 1 Frame 2 Start bit Data byte nr. 1 Adresse 8 bit Paritets bit Stop bit Start bit Data byte nr. 2 Kommando 8 bit Paritets bit Stop bit Start bit Data byte nr. 3 Værdi #1 8 bit Paritets bit Stop bit Start bit Data byte nr. 4 Værdi #2 8 bit Paritets bit Stop bit Frame 3 Frame 4 Figur 1.3: En pakke med 4 frames, hvori de 4 databytes findes. Byte nr. 2, indeholdende kommandoen, refererer til en kommandoliste, som kan se ud som i tabel 1.2. Kommandolisten kan i dette tilfælde antage maksimalt 256 forskellige kommandoer, men kan udvides ved at tilføje flere bytes til adressen. Både master- og slaveenhed skal kende protokollen for at der kan komme brugbare resultater ud af kommunikationen. Kommando nr. Beskrivelse 0 Læs værdi og send data retur 1 Indstil udgang nr. Værdi #1 til indholdet af Værdi #2 2 Åbn ventil etc. Tabel 1.2: Eksempel på kommandoliste tilknyttet en protokol Bilers elektriske system Det omfattende ledningsnet til en bil, vist i afsnit 1.1 på side 3, er et parallelt system. Tages der udgangspunkt i en forlygte, skal der fra forskellige lygtekontakter i kabinen forbindes fem ledninger til lygtehuset. Ledningerne bærer information om nær, fjern, tåge, positions og blinklys. Anvendes et serielt system, kan de fem ledningers signaler konverteres, sendes via en enkelt ledning, og ved lygtehuset konverteres tilbage til parallelle ledninger, der så kan tilsluttes de fem pærer anført ovenfor. Hvis der anvendes et bussystem, kan denne enkelte ledning deles af flere enheder. Dermed kan en enkelt ledning bære informationer til mange enheder. Disse enheder kaldes i denne rapport for perifere enheder. Ved hjælp af et serielt bussystem antages det, at det er muligt at reducere bilens elektriske ledningsnet betragteligt. Det medfører umiddelbart følgende fordele: 6