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Sensorik

Mit digitaler Technik Kabelbäume abspecken

29. Mai 2013, 14:20 Uhr | Von Mark Jordan

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Fortsetzung des Artikels von Teil 3

Physikalische Schnittstellen: Das PSI5- und das PSI5-S-Modul

Für Antriebsstrang-Anwendungen haben die Halbleiterhersteller zwei Arten von physikalischen Schnittstellen für PSI5 entwickelt, die beide jeweils auf ein eigenes Modul auf dem Mikrocontroller zurückgreifen. Das PSI5-Modul unterstützt dabei eine einfache physikalische Schnittstelle, während das so genannte PSI5-S-Modul eine physikalische Schnittstelle inklusive einer vollständigen Implementierung des PSI5-Interfaces realisiert.

Das PSI5-Modul (Bild 5) besteht aus mehreren Kanäle. Jeder einzelne Kanal unterstützt einen PSI5-Bus. Dieser ist an einen so genannten „Pass-Through Physical Layer“ angeschlossen, der lediglich den vom Sensor bzw. den Sensoren aufgenommenen Manchester-codierten Strom auf dem Bus in ein Manchester-codiertes Signal mit normalem Logikpegel umwandelt. Jeder einzelne Kanal des Moduls enthält einen Manchester-Decoder sowie einen zugehörigen lokalen Speicher. Die Manchester-codierten Messages werden decodiert und auf Richtigkeit analysiert, bevor sie im lokalen Speicher des jeweiligen Kanals für die weitere Verarbeitung durch die Applikation abgelegt werden.

Da das PSI5-Modul mit individuellen Kanälen arbeitet, lassen sich damit besondere Sicherheitsstrukturen realisieren. So können Systementwickler beispielsweise redundante Sensoren über getrennte Kanäle jeweils mit einem kanalspezifischen lokalen RAM verbinden. Auf Applikationsebene ist so ein übergreifender Gegencheck von redundanten Sensorwerten möglich.

Beim PSI5-Modul belegt jeder Kanal jeweils zwei Mikrocontroller-Pins. Die physikalische Schnittstelle muss zudem in der Regel auch über Konfigurations- und Diagnosemöglichkeiten verfügen. Dazu wird typischerweise eine SPI-Schnittstelle verwendet, die weitere vier Mi-krocontroller-Pins belegt. Will man also etwa vier PSI5-Busse unterstützen, so benötigt man insgesamt zwölf Mikrocontroller-Pins.

Eine so große Zahl von Mikrocontroller-Pins für den Anschluss von Sensoren bereit zu stellen, kann jedoch in einigen Fällen zum Problem werden. Dies gilt vor allem für die neuesten Powertrain-Mikrocontroller, deren Anschlüsse in hohem Maße gemultiplext werden, so dass für jeden Pin mehrere Funktionen konfigurierbar sind.

Abhilfe kann hier das PSI5-S-Modul (Bild 6) schaffen. Es unterstützt eine einzelne „intelligente“ physikalische Schnittstelle, über die das vollständige PSI5-Interface realisiert wird. Die phy-sikalische Schnittstelle empfängt die PSI5-Messages und zerlegt diese in einen zwischen drei und sechs Byte langen UART-Stream – je nach Nutzinformation. Das UART-Front-End des PSI5-S-Moduls empfängt den UART-Stream, rekonstruiert die PSI5-Messages und speichert diese mittels DMA-Transfer im System-RAM zur weiteren Nutzung durch die Applikation. Das Besondere beim PSI5-S-Modul ist, dass die gesamte PSI5-Bus-Konnektivität über die intelligente physikalische Schnittstelle läuft. Auf diese Weise benötigt das Modul lediglich zwei Mikrocontroller-Pins – unabhängig davon, wie viele PSI5-Kanäle physikalisch implementiert werden.

Auch die Konfiguration und Diagnose der physikalischen Schnittstelle geschieht über diese beiden Pins. Da die Datenintegrität des UART-Interfaces über eine zyklische Redundanzprüfung (CRC) geschützt wird, ist es mit dieser Architektur jedoch nicht möglich, re-dundante Verbindungen von Sensoren zum System-RAM aufzubauen. Diese Möglichkeit bietet, wie bereits erwähnt, das PSI5-Modul.

Vor kurzem wurde eine ganze Reihe von neuen Produkten vorgestellt, welche die PSI5-Schnittstelle in Antriebsstrang-Applikationen unterstützen. Dazu gehört unter anderem auch der „MPC5746M Qorivva“-Multicore-Mikrocontroller von Freescale. Der MPC5746M unterstützt beide oben beschriebenen PSI5-Modul-Architekturen: Er verfügt sowohl über ein PSI5-Modul für drei separate PSI5-Kanäle als auch ein PSI5-S-Modul, das über eine intelligente physikalische Schnittstelle bis zu sieben PSI5-Kanäle bedient. So können die Anwender je nach Bedarf das passende Modul wählen.