Ingebedde systemen embedded systems
This presentation is the property of its rightful owner.
Sponsored Links
1 / 122

Ingebedde systemen ( embedded systems ) PowerPoint PPT Presentation


  • 80 Views
  • Uploaded on
  • Presentation posted in: General

Ingebedde systemen ( embedded systems ). Wat is een embedded systeem? Voordelen? Meestal voor één toepassing. Automotive : meestal microcontroller ! Waaraan moet het systeem voldoen? Betrouwbaarheid: fouttolerant ontwerp&test Performantie met “low cost ” hardware!.

Download Presentation

Ingebedde systemen ( embedded systems )

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -

Presentation Transcript


Ingebedde systemen embedded systems

Ingebedde systemen (embeddedsystems)

Wat is een embedded systeem?

Voordelen?

Meestal voor één toepassing.

Automotive: meestal microcontroller!

Waaraan moet het systeem voldoen?

Betrouwbaarheid: fouttolerant ontwerp&test

Performantie met “low cost” hardware!


Ingebedde systemen embedded systems

Embedded systemen: waar in een wagen?


Embedded systemen

Embedded systemen

Hoe krachtig zijn embeddedprocessoren?

Rekenkracht:4 , 8 , 16 , 32 , 64 bit,…..

Hoeveelheid geheugen (program & data)

Beschikbare I/O poorten

Clocksnelheid

Stroomverbruik

Selecteer i.f.v.toepassing…


Embedded systemen1

Embedded systemen

Embedded systemen zijn (meestal)REAL-TIME.

Verwerken van ‘events’ tegen een bepaalde deadline

bv. ABS systeem, cruise control….

De deadline voor ‘real time’ is functie van de toepassing!

Snelle of trage systemen kunnen real-time zijn!

De impact voor het missen van een deadline maakt een systeem:

Hard real-time of Soft real-time


Wat is een microcontroller

Wat is een microcontroller?

Een typisch discreet microprocessorsysteem.


Nadelen

Nadelen

MTBF

n: aantal verschillende componenten

qi: hoeveelheid van de idecomponent

ri: FIT rate (failure in time) per miljard werkingsuren (statistisch)

meestal f( temp, Vcc, Imax)


Nadelen1

Nadelen

PCB ontwerp

EMC problemen

Design fouten (steeds complexere componenten)

‘Time to market’ en Kostprijs!


Ingebedde systemen embedded systems

Een typisch microcontrollersysteem


Voordelen

voordelen

Single chip

Betrouwbaarheid : MTBF++

minder complexe PCB

betere EMC

Low(er) cost

veel standaardoplossingen bv. INTEL meer dan 30 jaar op de markt.


Ingebedde systemen embedded systems

Wat is er op de markt?


Ingebedde systemen embedded systems

  • Voor een gegeven toepassing moet men steeds de

  • meest geschikte controller kiezen in functie van:

    Beschikbaarheid

    Ervaring

    Tools

    Bibliotheken met beschikbare software

    Kostprijs...


4 bit controllers

4-bit controllers.

low end toepassingen

pagers, calculators, low cost speelgoed(tamagochi), uurwerk, fiets km teller.

low cost($1.5)

low voltage/power

1,2V-3,[email protected],8μA in actieve toestand!!!

low speed

32KHz….128KHz

ROM versies!!!!


8 bit controllers bv infineon c537

8 Bit controllers bv. Infineon C537

Medium-end toepassingen

Industriële toepassingen, regelaars, keyboards, PLC’s, subsystemen zoals display-units, sensoren, steppermotordrivers.

Low/medium cost (rond $8)

40mA @12MHz en 5V (geen low power)

Clock: 3,5 tot 16MHz (niet statisch!)

-40…85ºC Industrial

Features: Niet ISP! ,2UARTS ,Div/mul unit ,PWM ,12 ch. 10 bit ADC , Watchdog , Timer/counters , 40 programmable I/O lines


16 bit controllers bv infineon xc167

16 bit controllers bv. Infineon XC167

High end toepassingen.

Reken intensieve toepassingen (bv. servo-controllers, PID controllers, motorsnelheidsregelingen), PLC’s, Industriële en automotive communicatie (CAN-bus), motor management, ABS,…

Medium cost ($20)

Speed:2-20 MHz (100nS instr. Exec. Time)

Industrial -40…85°C


Ingebedde systemen embedded systems

Features: 128Kb Flash, On chip bootstrap loader, On Chip Debug Support

2 CAN controllers,USARTS,TIMER/COUNTERS,16 CH 10 bit ADC WDT, 103 programmable I/O lines….


32 bit controllers bv mb91f361 fujitsu 208 mqfp

32 bit controllers bv. MB91F361 Fujitsu (208 MQFP).

Zeer rekenintensieve taken: Laser printers,inktjet printers, communication products (routers, bridges…), High end gaming, muziek instrumenten, GPS systemen, next generation dashboards.

Medium cost:($25)

-40..85ºC Industrial

Speed: 16-64 MHz (programmable)


Ingebedde systemen embedded systems

Features: 512Kb Flash (OS), 16Kb RAM, external bus (32bit), CAN 3CH, stepper motor control, Timer/counters, ADC, DAC, I2C, UARTS 3CH, Sound generator, PPG, LED port, DMA controller, Watchdog timer.


De nayer support

De Nayer support:

4 bit: geen (ROM versies)

8 bit: 8051 reeks en Atmel AVR reeks

ADμC832, C517, XC888 ,AT89S8252, 89C51CC01,T89C5115

AT Mega 128, 90USB1287, AT 90S2313,AT 90S8535

16 bit: Infineon en Beck

C167

16 bit [email protected] SC12 (80186)

32 bit ARM7 TDMI

rood = ontwikkelbord beschikbaar


Basis 8051

Basis 8051


Algemene 8051 familie architectuur

Algemene 8051 familie architectuur.

Oorspronkelijke 8051(40 pin DIL):

8 bit CPU

4 Kb ROM (nu Flashtechnologie)

128 bytes interne RAM

twee 16 bit timer/ counter circuits

On chip oscillator

4 poorten (8bit)

Interrupt controller

CPU-core van Intel (ca. 1980) is identiek, de “extra’s” verschillen!

Single chip gebruik

Extern geheugen soms mogelijk!


Memory map 8051

Extern de CPU (kan ON en OFFCHIP)

Intern in de CPU (altijd ONCHIP)

Memory map 8051


De externe systeem architectuur externe geheugenchips zijn via een adres databus aanspreekbaar

De externe systeem architectuur.Externe geheugenchips zijn via een adres-databus aanspreekbaar)

ROM

Codegeheugen

XRAM

Datageheugen

FFFFh

FFFFh

ROMless controller bv. (C537 en C517)

Codegeheugen:

-Code fetch

-MOVC A,@A+DPTR

Datageheugen: bv.

-MOVX A,@DPTR

Externe code

Externe data

64Kb

geheugenruimte

geheugenruimte

1000h

0FFFh

Intern (onchip)

Datageheugen

(RAM)

Intern (onchip)

Codegeheugen

(ROM)

4Kb

0000h

0000h

/RD /WR

/PSEN


De externe bus architectuur

De externe bus architectuur.

8051 compatibele

Controller

Bv: C517 van Infineon

MSB adresbus (A8-A15)

P2

1

6-bit

adresbus

ALE

Adres

latch

LSB adres/

LSB

P0

databus

adresbus

AD0-AD7

A0-A7

databus

RD

WR

P3

PSEN


De externe systeem architectuur pin layout 8051 dil

De externe systeem architectuur. PIN layout 8051(DIL)

-4 poorten met alternatieve functie.

-extern geheugen via poorten 0 en 2 als businterface +

RD+WR+PSEN


De externe businterface

De externe businterface.

Infineon C517/ C537

-Alleen nuttig met genoeg poorten, anders single chip!

-RST bij 8051 actief hoog!

-ALE om adres/databus te demultiplexen.(addresslatchenable)

-EA om code op te halen uit extern geheugen.(external acces)

-PSEN om het externe code-geheugen aan te spreken. (program storageenable)


De externe timing

De externe timing.

Het ‘quartzcrystal’ als frequentie bepalend element van de clockoscillator.

freq


De externe timing1

De externe timing.

De clock en de relatie tot de systeemtiming

Clockfrequentie bepaald:

-instructietijd

-stroomverbruik

-EMI

veel gebruikt:11.059MHz

PCB layout:

-signaalbanen verbonden met Xtal zeer kort houden.

-Xtal kort bij controller!

-massavlak!


Ingebedde systemen embedded systems

Instructie-timing bij een 8051 compatibele controller.

De systeemclock bepaalt de:

-clockphases (P1,P2)

-States (S1-S6) , 1state= 2 clockperiodes

-machinecycli , 1 machinecyclus = 6 states

Na 6 states is een eenvoudige instructie klaar: bv ADD A,#data

(bv.1microseconde @12MHz)

De instructieset van de controller geeft aantal machinecycli voor elke instructie aan! TIMING!

machinecyclus


Software de interne 8051 familie architectuur

SOFTWAREDe interne 8051 familie architectuur.

Programmeermodel

- ACCUmulator(A)

- Processor Status Word (PSW)

- B register

- Datapointer DPTR (16 bit)

- Program Counter (16-bit)

- Interne registers (geheugenlocaties)

- Special Function Registers (SFR’s)


De interne registers

Deinterneregisters

Register = geheugenlocatie die deel uitmaakt van de CPU

SFR’s hebben een vaste resetwaarde!

Let op bij poorten!

RS0,RS1


De s pecial f unction r egister s sfr s

DeSpecialFunctionRegister’s.(SFR’s)

SFR’s zijn de CPU registers en de hardware besturings- en configuratieregisters.

SFR’s zitten intern in de controller en kunnen worden aangesproken als een CPU register!

De hoeveelheid SFR’s is sterk afhankelijk van het type controller, maar de 8051 basis is bij elke controller steeds aanwezig.


Interne registerstructuur van de 8052 8051 extra 128 interne registers ram

Interne registerstructuur van de 8052 (=8051+). extra 128 interne registers (RAM)


8051 basis instructies

8051 basis instructies.


Ingebedde systemen embedded systems

Logische bewerkingen

CPL A


Ingebedde systemen embedded systems

Datatransfer in interne dataRAM


Ingebedde systemen embedded systems

Datatransfer in externe dataRAM


Ingebedde systemen embedded systems

Lezen van extern codegeheugen.


Ingebedde systemen embedded systems

Booliaanse (bit) instructies. (Carry-bit= bit accu)


Ingebedde systemen embedded systems

Onconditionele spronginstructies.


Ingebedde systemen embedded systems

Conditionele spronginstructies.

cjne


De taal voor programma ontwikkeling

De taal voor programma-ontwikkeling.

Embedded systemen : assembler blijft nodig!

Opstartcode (C verwacht geïnitialiseerde omgeving!)

Stack, Chip select logic, DRAM controller…

na settings in de IDE genereren de meeste compilers een ‘voorstel’.

snelheid

Als code complexer en groter wordt, dan zal een HLL handiger zijn.

Meestal beperkingen wegens beperktheid v/d interne hardware

Ftp:// telescript.denayer.wenk.be /pub/


Interne periferie van een 8051 controller parallelle poorten geen initialisatie nodig

Interne periferie van een 8051 controllerParallelle poorten.(Geen initialisatie nodig)


Ingebedde systemen embedded systems

Parallelle poorten.

  • 4 bidirectionele basispoorten P0, P1, P2, P3 (SFR’s)

  • 3 delen: LATCH, OUTPUT DRIVER, INPUT BUFFER

  • P0 en P2 kunnen gebruikt worden als adres/databus

  • P3 en 2 bits van P1 hebben ook alternatieve functies (alternatieve functies kunnen gelijktijdig als poortpin gebruikt worden!!!)


I o configuraties

I/O configuraties

typische bit-latch en I/O buffer voor de poorten

Q moet ‘1’ zijn bij gebruik van de alternatieve output functie.

Bij reset: alle pinnen op ‘1’ !!!!

Q

inverterende

Externe Poortpin

Bv. naar een timercircuit...


Ingebedde systemen embedded systems

Poortpin als output.Een portdriver bestaat uit een aantal pFET’s en nFET’s die zorgen voor een open drain structuur.Een nFET zal niet geleiden met ‘0’ op zijn gate, een pFET zal dan juist wel geleiden.


Ingebedde systemen embedded systems

Poortpin als input(‘1’ niveau op pin na reset of na write met ‘1’)Extern device dat poortpin van ‘1’ op ‘0’ stuurt, doet P3 sperren!Een ‘0’ naar ‘1’ transitie op een pin verloopt traag tot P3 terug gaat geleiden!

Extern device


Ingebedde systemen embedded systems

Schakelgedrag van ‘0’ naar ‘1’ van een pin als input.Opgelet bij capacitieve belastingen bv. flat cable!Pull-up weerstand extern bijplaatsen!


Ingebedde systemen embedded systems

De Read-Modify-Write instructies en hun eigenschappen.Sommige instructies lezen de poortpin andere de poortlatch!RMW instructies lezen de poortlatch!!!!!!!!!(poort is bestemming!)

!


Rmw instructies lezen de port latch

RMW instructies lezen de Port Latch!

nFET

Bv. Infineon C537

VOH(output high voltage)=2,4V@-80µA

(source stroom)

VOL(output low voltage)=0,[email protected],2mA

(sinc stroom)


Voordelen van de open drain poortdrivers

Voordelen van de open drain poortdrivers

poortpinnen (die als output werken) kunnen worden doorverbonden met elkaar zonder dat er beschadiging zal optreden van de driver.

Dit kan niet bij push-pull uitgangsdrivers!

Nuttig bij interfacing van oa. keyboards of bij parallelle communicatie tussen systemen!


Ingebedde systemen embedded systems

Digitale poorten als input

Schakelaars verbinden met een ingangspoort.

8051

8051

8051

8051

R

A

B

C

D

Welke configuratie werkt?


Keyboard switch basics

Keyboard/switch basics.

5 …30ms

5 …30ms


Ingebedde systemen embedded systems

Hardware ontdendering van een ingang

Software ontdendering van een ingang?


Ingebedde systemen embedded systems

Switches

Oliedruk schakelaars

Thermostaat schakelaar


Keyboard switchmatrix optmaal gebruik van poortpinnen vanaf 6 schakelaars

Keyboard =switchmatrix.(Optmaal gebruik van poortpinnen! Vanaf 6 schakelaars)

Vertreksituatie: alle scanlijnen op ‘0’

Interne pull-up

Interne pull-up


Ingebedde systemen embedded systems

Optocouplers als input

Reflectieve en lichtsluissensoren


Ingebedde systemen embedded systems

Digitale poorten als output

Uitgangskarakteristieken standaard 8051 poort

VOH 2.4V@ IOH 80uA!

Opgelet: na reset staan alle poortpinnen op “1”!

alle devices actief laag aansturen!


Ingebedde systemen embedded systems

Poort kan niet genoeg stroom IOH leveren ([email protected],4V)

Kan wel via een externe pull-up weerstand … maar… IOL per 8bit poort?

Externe inverter nodig om actief laag te sturen!


Parallelle communicatie tussen twee controllers

Parallelle communicatie tussen twee controllers.

Bidirectionele datalijnen

Poort x

Poort x

AT89S8252

AT89S8252

P 3.2/ int0

P 3.2/ int0

Bidirectionele

handshakelijn

A

B

Vertreksituatie: beide poorten als ingang en beide handshakelijnen als interruptingang


Timers counters

Timers / counters

Tellen van ‘events’. (counter)

Meten van tijdsperiodes. (timer)

8 of 16 bit rimpeltellers.

Één of meerdere clockinputs.

Rollover kan interrupt veroorzaken.

Speciale mogelijkheden: Capture, Compare


Timer0 en timer1 van de 8051

Timer0 en Timer1 van de 8051

twee identieke timer/counters

de tijdbijhouden en/of tijdmetentussen events

het tellen van de events zelf

genereren van tijdsintervallen

het genereren van baudratesvoor de seriëlepoort.

Verschillende werkingsmodes.

Controle door SFR’s: TMOD en TCON

Timer zelf bestaat uit: THx en TLx (x=0,1)


Mode0

Mode0


Mode1

Mode1


Mode2

Mode2


De besturingsregisters tmod

De besturingsregisters: TMOD

Niet ‘bitadresseerbaar’

  • GATE: Gating controle. (‘0’ : enabled, ‘1’ :INT pin moet 1 zijn)

  • C/T: Counter of Timer selectiebit. (‘0’=timer, ‘1’= counter)

  • MODEBITS M1,M0. (bepalen de 4 werkingsmodes)


De besturingsregisters tcon

De besturingsregisters: TCON

TR0 en TR1 zetten de timer/counters aan/uit

TF0 en TF1 zijn de ‘overflow’ statusbits


Toepassingen met timer 0 en 1 tijdsmetingen van events eenmalige intervalmeting

Toepassingen met Timer 0 en 1.Tijdsmetingen van ‘events’ (eenmalige intervalmeting)


Toepassingen met timer 0 en 1 tijdsmetingen van events eenmalige intervalmeting1

Toepassingen met Timer 0 en 1.Tijdsmetingen van ‘events’ (eenmalige intervalmeting)


Genereren van periodische timeroverflows of timeticks

Genereren van periodische timeroverflows of ‘timeticks’.

16 bit TIMER (mode1)


Genereren van periodische timeroverflows of timeticks1

Genereren van periodische timeroverflows of ‘timeticks’.

16 bit TIMER (mode1) met software reload.


Ingebedde systemen embedded systems

Genereren van periodische timeroverflows of ‘timeticks’.

8 bit TIMER met autoreload.


Timer2 van de 8051 familie 8052

Timer2 van de 8051 familie (8052)

16 bits timer met speciale eigenschappen: externe reload

Grotere tijd tussen ‘timeticks’ zonder tussenkomst van de CPU

Toepassing bv. ‘missing’ of ‘late’ pulse detector

Te bewaken pulstrein

Sync. van de

‘reload’ met de

dalende flank


Ingebedde systemen embedded systems

Missing pulse detector


Absolute positiemeting a d h v lijnsensoren en hoekencoders

Absolute positiemeting a.d.h.v. lijnsensoren en hoekencoders.


Ingebedde systemen embedded systems

De 4 velden van de ‘scanning reticle’ zijn 1/4 van de onderverdelings-periode (360º/line count) in fase verschoven

Differentiëel meten


Ingebedde systemen embedded systems

Absolute positiemeting a.d.h.v. lijnsensoren of hoekencoders.


Ingebedde systemen embedded systems

Absolute positiemeting a.d.h.v. lijnsensoren of hoekencoders.

Via interrupts ook softwarematig uit te breiden naar grotere bereiken (extra byte) met dezelfde resolutie!

Telleringang

(signaal A)


Ingebedde systemen embedded systems

Absolute positiemeting a.d.h.v. lijnsensoren of hoekencoders.

(digitale servosystemen)

Tellerwaarde geeft steeds de positie weer!

Voor lijnsensor met 20pulsen/mm (50μm) geeft dit een bereik van 1638,4mm(1,6m!)

met een resolutie van 50μm.


Ingebedde systemen embedded systems

  • Capture mode.

  • sampling van timerdata bij een “event” (bv. op de dalende flank van een signaal)

Te meten signaal

Capture interrupt => lezen van de data uit de capture registers!


Ingebedde systemen embedded systems

Toepassing :

Periodemeting a.d.h.v. capture mode.


Ingebedde systemen embedded systems

Compare unit.

  • Basisfrequentie aanpassen door de reloadwaarde van de timer.

  • Pulsbreedte veranderen door compareregister aan te passen.


Dc inhoud van pwm signalen

DC inhoud vanPWM signalen.

DC inhoud


Spectrum van een pwm signaal

Spectrum van een PWM signaal

Spectrum van het PWM signaal

Fbw<<Fpwm

Externe low-pass

Filtereigenschappen

Bandbreedte waarmee men de duty-cycle van het signaal laat veranderen.


Pwm dac

PWM DAC

Low pass


Motorsturing h brug

Motorsturing (H-brug)


Ingebedde systemen embedded systems

Opwekken van meerdere complexe timingsignalen.

(A.d.h.v. een timer met compare unit)


Ingebedde systemen embedded systems

Opwekken van meerdere complexe timingsignalen.

- Geen timing skew tussen signalen

- Geen timingjitter

- Tot 8 kanalen (C537)


Watchdog timer

Watchdog timer

-Betrouwbaarheid => -onmogelijk om manueel te resetten -niet snel genoeg-intern of extern

Bv. 89S8252 van Atmel

Write ‘1’

POF bit uit PCON register


Watchdog timer1

Watchdog timer

Reset door power-on of door RST signaal van watchdog timer

- Kan eens hij is ingeschakeld, niet meer softwarematig uitgeschakeld worden.

- Voor sommige producten (fail save) eist TUV een externe WDT wegens mogelijke fouten bij init.

-NOOIT een watchdogtimer a.d.h.v. een andere timertijdbasis resetten op interruptbasis!!!!

Problemen bv:

-slecht geteste software.

-overvloed aan interrupts.

-deadlock bij multitasking

-EMI probleem

Watchdog= on


Seri le poorten

Seriële poorten

Asynchrone communicatie. (via een UART)Byte gesynchroniseerde communicatie door freq. verschil Tx en Rx

  • data-uitwisseling tussen embedded systemen en PC (user interface)

  • communicatie tussen embedded systemen

  • (CMOS niveau’s zijn onbruikbaar voor real world communicatie)

  • Parameters:

  • aantal databits

  • pariteit

  • aantal stopbits

  • bitsnelheid (Baudrate)


Asynchrone comm op 8051

Asynchrone comm.op 8051

Bv. MOV SBUF,A

SBUF is op hetzelfde adres tweemaal aanwezig:

-Eenmaal write only (TX)

-Eenmaal read only (RX)

RI en TI bit geven status aan.

- 8bit uart met variabele baud rate (start, 8 data, stop)

- 9 bit uart met vaste baud rate (start, 8 data, instelbare 9de bit, stop) BR=1/32 of 1/64 fosc.

- 9 bit uart met variabele baud rate (start, 8 data, instelbare 9de bit, stop)BR= instelbaar


Baud rates

Baud rates

Met SMOD=0 geeft 0fdh als reloadwaarde bij 11.059MHZ een bitrate van 9600BPS

-8052 compatibele controllers (extra timer2)

-C537 twee seriële poorten met dedicated BR generator

-Timer3 bij de ADuC832


C537 van infineon

C537 van Infineon.

Voordeel van de dedicated Baudrate generator: met 12MHz Xtal toch standaard Baudrates!


Multiprocessor communicatie

Multiprocessor communicatie

Master-Slave of multidrop mode

(of open collector)

  • 9 bits mode, 9de bit= data (0) of adres (1) ID

  • op slaves multiprocessor-mode aanzetten (SM2=1)

  • interrupt op adresbyte received

  • slave reset SM2 bit (interrupt on databyte received)


Configuraties bij seri le verbindingen

Configuraties bij seriële verbindingen

Open collector interface (on board comm.), met LIN driver: LIN-bus!

Alternatief: 4000 reeks logica

Voordeel:

-eenvoudige hardware, one wire

Nadeel:

-half duplex

-snelheid is f(Cpar,Rpull-up)

-protocol nodig(master/slave)


Ingebedde systemen embedded systems

Toepassing van de LIN-bus.


Ingebedde systemen embedded systems

  • Steering Wheel:(very many controls are going to be positioned on the steering wheel)

    • Cruise Control, Wiper,Turning Light, …

    • Optional: Climate Control, Radio, Telephone, etc.

  • Roof:(high amount of wiring)

    • Rain Sensor, Light Sensor, Light Control, Sun Roof …(Rain Sensor needs to be interrogated every 10-20ms)

  • Seat:

    • many Seat Position Motors,Occupancy Sensor,

    • Control Panel

  • Door/window/seat:

    • Mirror,Central ECU, Mirror, Switch, Window Lift,Seat Control Switch,Door Lock, etc.

  • Climate:

    • many Small Motors

    • Control Panel

LIN-toepassingen


Ingebedde systemen embedded systems

LIN Concept

  • Technical Solution

    • Low cost single-wire implementation (enhanced ISO 9141)

    • Speed up to 20Kbit/s (limited for EMI-reasons)

    • Single Master / Multiple Slave Concept

      • No arbitration necessary

  • Low cost silicon implementation based on common UART/SCI interface hardware

    • Almost any Microcontroller has necessary hardware on chip

  • Self synchronization without crystal or ceramics resonator in the slave nodes

    • Significant cost reduction of hardware platform

  • Guaranteed latency times for signal transmission(Predictability)


  • Ingebedde systemen embedded systems

    Master / Slave Protocol

    • Master

      • has control over the whole Bus and ProtocolThe master controls which message at what time is to be transferred over the bus. It also does the error handling. To accomplish this the master

        • sends Sync Break

        • sends Sync Byte

        • sends ID-Field

        • monitors Data Bytes and Check Byte, and evaluates them on consistance

        • receives WakeUp Break from slave nodes when the bus is inactive and they request some action.

        • serves as a reference with it’s clock base (stable clock necessary)


    Ingebedde systemen embedded systems

    Master/Slave Protocol

    • Slave

      • Is one of 2-16 Members on the Bus and receives or transmits Data when an appropriate ID is sent by the master.

        • Slave snoops for ID.

        • According to ID, slave determines what to do.

          • either receive data

          • or transmit data

          • or do nothing.

        • When transmitting the slave

          • sends 1, 2, 4, or 8 Data Bytes

          • sends Check-Byte

        • The node serving as a master can be slave, too!


    Ingebedde systemen embedded systems

    LIN protocol offers message timing predictability

    • Time Triggered Approach

    • Message Length is known

      • Number of transmitted data bytes is known ® minimum length can be calculated

      • Each Message has length budget of 140% of it’s minimum length® maximum allowed length is known® distance between beginning of two messages


    Ingebedde systemen embedded systems

    Data Transmission

    13 bit

    Break

    Next 13 bit break

    $55


    Ingebedde systemen embedded systems

    Identifier

    • The identifier field is sent by the master node to all LIN nodes

    • This identifier normally contains one of 64 different values and includes 2 parity bits in the 8 bit data

    • The identifier is normally associated with a collection of signals that are subsequently transmitted on the LIN bus

    • In a specific case this can initiate SLEEP mode in the LIN slave nodes – in this case no further data is transmitted on the LIN bus


    Lin message frame

    LIN Message Frame

    message header

    message response

    synch break

     13 bit

    synch field

    identifier

    0 to 8 data fields

    checksum

    byte field

    SCI / UART format

    0

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7

    stop

    start

    LSB


    Lin communication data from slave to master

    LIN Communication - Data from Slave to Master

    Slave Node

    Master Node

    identifier

    synch field

    synch break

    LIN Master Task

    Slave Task Rec

    quartz

    Slave Task Trans

    Slave Task Rec

    data byte

    data byte

    checksum

    Slave Task Trans

    • Single-master / multi-slave protocol

    • Time triggered, no arbitration

    • Identifier denotes message content, not physical address

    • Multicast messages

    • Baud rate synchronization through protocol

    • Power saving sleep mode


    Lin communication data from master to slave s

    LIN Communication - Data from Master to Slave(s)

    Slave Node A

    Master Node

    LIN Master Task

    Slave Task Rec

    quartz

    Slave Task Trans

    Slave Task Rec

    Slave Task Trans

    Slave Node B

    Slave Task Rec

    Slave Task Trans


    Lin message frame1

    LIN Message Frame


    Rs232 eia232 punt punt verbinding unbalanced

    RS232 (EIA232) punt-punt verbinding (unbalanced).

    Elektrische eigenschappen

    • signaalspanning , signaaltiming , signaalfunctie, protocol voor informatie-uitwisseling , mechanische connecties (subD connectoren)

    • verschillende fabrikanten gebruiken vereenvoudigde versies

    • er is geen vereenvoudigde standaard=> iedereen gebruikt de opgegeven spanningen en connectoren met eigen verbindingskabels en protocols!

    Ishort max. 500mA


    Unbalanced signaal t o v massa

    Unbalanced (signaal t.o.v. massa)

    Nadeel: - verschil in massapotentiaal is niet ondenkbaar bij grotere afstanden- moelijk af te schermen signaaldraden= overspraak (bij hoge frequenties) Gedeeltelijke oplossing: - CAT5 kabel (low cap) gebruiken- slew rate beperken van signalen (niet in standaard)

    Standaard : 15m en 20Kbps (kabel uit 1960)

    met laag capacitieve kabel :

    Praktisch: 25m en 115Kbps tot 200Kbps


    Signaalspanningen

    Signaalspanningen

    ‘0’ +8V tot +12V

    Slew rate wordt beperkt tot 30V/μsec

    ‘1’ -8V tot -12V


    Praktisch

    Praktisch

    Vereenvoudigde verbinding, zonder hardware handshaking, maar met software handshaking XON/XOFF.

    MAX232


    Rs422 rs485 balanced verbinding bv bij can

    RS422/RS485 balanced verbinding (bv. bij CAN)

    Common mode spanning (Vcm) wordt onderdrukt door de differentiële ingang van de receiver, dit binnen bepaalde grenzen!

    Differentiële

    uitgang

    Input A

    Input B

    Twisted pair cable

    • Data is de verschilspanning tussen A-line en B-line:

    • ‘0’ VA-VB=< -0,2V en ‘1’ VA-VB>= +0,2V

    • ruis is op beide geleiders even groot en wordt dus als CM spanning onderdrukt

    • Twisted pair kabel wordt meestal gebruikt bij dit soort interface

    • hoge snelheden zijn mogelijk (10Mbps) bij grote kabellengte (1km) +afsluitimpedantie!


    Rs422 rs485

    RS422<=>RS485

    1 afsluitweerstand

    2 afsluitweerstanden (beide uiteinden)


    Rs485 driver sn75176

    RS485 driver (SN75176)

    Er is nog altijd een massaverbinding nodig, ook bij balanced verbindingen!


    Grounding bij balanced verbindingen

    Grounding bij balanced verbindingen

    Stroombeperking bij kortsluiting van een signaal met het chassis

    Er moet een referentiegeleider worden doorverbonden, doch best via enkele weerstanden.


    Bus termination fail save

    Bus termination & fail save.

    • Termination aan beide zijden van de verbinding:

    • Bij lage snelheden minder van belang (transiënt is uitgestorven wanneer een bit wordt gesampled)

    • Dit kan bij punt-punt verbindingen

    • Moeilijk bij sterverbindingen (stubs kort houden!)

    • Fail save nodig bij:

    • draadbreuk

    • bus ‘turn around’


    Galvanische isolatie

    Galvanische isolatie

    • Waarom?

    • Bij meer dan 32 nodes: repeaters of galvanische scheiding.

    • Groter netwerk = > meer ruis op datalijnen. Men kan het netwerk opsplitsen in kleinere delen door ze galvanisch te scheiden.

    • Netspanning op netwerkkabel!

    • Grotere common mode spanningen mogelijk zonder beschadiging bv. bij indirecte blikseminslag.


    Einde

    EINDE


  • Login