I+K technológiák. Buszrendszerek Dr. Aradi Szilárd

Átírás

1 I+K technológiák Buszrendszerek Dr. Aradi Szilárd

2 TIA/EIA-485-A (RS-485) Az RS-485 szabványt 1983-ban jelentette meg az EIA, és a szabvány legutolsó felülvizsgálata 1998-ban történt Az automatizálástechnikában leggyakrabban alkalmazott busz Önmagában csak a fizikai réteget definiálja Az átvitelvezérléshez valamilyen felsőbb szintű protokoll szükséges (pl.: Profibus) Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 2

3 RS-485 fő tulajdonságai Differenciális adatátvitel Sodort érpár (2 vagy 4 vezetékes) Maximum 32 állomás (128 repeaterrel) Maximum 1200 m / 100 kbit/s Alacsony költségek Half-duplex (4 vezetékkel lehet full-duplex is) Legjelentősebb alkalmazásai: Profibus és Modbus szabványok Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 3

4 RS-485 busz Enable Enable Tx Tx GND 120 Ω 120 Ω GND 620 Ω 620 Ω Rx Rx +5V 620 Ω 620 Ω +5V Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 4

5 RS-485 jelszintek Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 5

6 PROFIBUS Gyártó-független, nyílt terepi busz szabvány: IEC PROFIBUS-DP Automatikus vezérlőrendszerek nagysebességű és olcsó összeköttetését teszi lehetővé Az OSI 1. és 2. réteget definiálja PROFIBUS-PA Nagy megbízhatóságot igénylő környezetben, folyamatszabályozási célokra alkalmazható Egyszerre alkalmas kommunikációra és tápfeszültség továbbításra is Az OSI 1. és 2. réteget definiálja PROFIBUS-FMS Az OSI 1., 2. és 7. réteget definiálja, ez utóbbi a Fieldbus Message Specification (FMS) Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 6

7 PROFIBUS: fizikai réteg DP és FMS esetén RS-485 PA esetén IEC Kétvezetékes, sodort érpár 31,25 kbit/s Redundáns buszszegmensek kialakíthatók Tápfeszültség-ellátás a buszon keresztül Vegyipari követelményeknek megfelelő, nagy megbízhatóságú átviteli technológia Száloptikás átvitel is lehetséges RS-485 helyett nagy elektromágneses interferenciájú környezetben Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 7

8 PROFIBUS: közeghozzáférés A PROFIBUS 2. rétege a Fieldbus Data Link (FDL), amely a közeghozzáférés-vezérlést végzi Egyszerre 1 állomás adhat, melyet token ring (vezérjeles gyűrű) vagy master-slave eljárással oldanak meg Három konfiguráció lehetséges: Master-slave: a master üzentet küldhet a slave-eknek, vagy üzenetet olvashat be a slave-ektől Multi-master: token-ring Kombinált: az éppen vezérjellel rendelkező mater kommunikál a slave-ekkel, majd továbbadja a vezérjelet Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 8

9 MODBUS Ipari folyamatirányítás területén alkalmazzák, elsősorban PLC-k hálózatba kötésére Az OSI 2. és 7. réteget definiálja Master-slave felépítés, eszközcímzéssel, max. 247 cím használható RTU vagy ASCII mód Előre definiált funkcó kódok Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 9

10 A CAN hálózat Az első szabványos autóipari kommunikációs hálózat Bosch fejlesztés, 1986 SAE (Society of Automotive Engineers) congress 1991 CAN 2.0 specification Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 10

11 A CAN hálózat A CAN hálózatot leíró szabványok a fizikai és az adatkapcsolati réteget írják le, erős hangsúlyt fektetve ez utóbbira, melyet további alrétegekre bontanak: MAC (Media Access Control: Közeg hozzáférés vezérlés) LLC (Logical Link Control: Logikai kapcsolatvezérlés) Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 11

12 Fizikai réteg Kétvezetékes differenciális busz A vezeték sodort érpár, mely lehet árnyékolt vagy árnyékolatlan is A CAN kontrollert egy adóvevő (transceiver) áramkör illeszti a buszra, mely a kontroller TTL szintű jeleit alakítja át a busz differenciális jeleire A buszon lévő állomások között huzalozott ÉS kapcsolat áll fent Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 12

13 Fizikai réteg A busz impedancia-illesztéséről lezárásokkal kell gondoskodni Ennek szabványos értéke R L =120Ω Ez a fizikai felépítés legfeljebb 1Mbit/s adatátviteli sebességet tesz lehetővé Az adott rendszer sebességét természetesen korlátozza a busz hossza és a transceiverek késleltetése ISO11898 specifikálja Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 13

14 Fizikai réteg Kábelhossz (m) Adatátviteli sebesség (kbit/s) , Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 14

15 Fizikai réteg (Logikai ÉS megvalósítás) A buszvonal recesszív szintje 1 Ez bármelyik állomás által átírható a domináns 0-ra Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 15

16 NRZ, Bit Stuffing Non-return to Zero kódolás, a jel teljes tartamában a megadott szinten van Nincs jelenkénti él, ami a szinkronizációt nehezíti Öt azonos jelszintenként egy ellentétes jel beszúrása (stuffing) A vevő ezt kiveszi (destuffing) Teljes üzenetre érvényes (kivéve EOF) Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 16

17 Üzenetformák és működés BUS Idle SOF Start of Frame Arbitration Field Control Field Data Field CRC Field ACK Field EOF End of Frame Interframe Space Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 17

18 SOF Start of Frame A busz alaphelyzetben magas (1) szinten van Amennyiben valamelyik résztvevő használni kívánja, a vonalat alacsony szintre húzza Erre a többiek elkezdik figyelni az adást, és szinkronizálják az órájukat a lefutó élre. (Az órajelet mindenki magának állítja elő, az üzenet olvasás közben folyamatos szinkronizálás folyik) Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 18

19 Arbitration Field Mivel a buszon ütközésfigyeléses, osztott közeghozzáférés vezérlés van előfordulhat, hogy egyszerre több szereplő próbál kommunikálni. Prioritása nem a résztvevőknek, hanem az üzeneteknek van. A hozzáférés eldöntésére szolgál az arbitrációs mező Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 19

20 Arbitration Field 11+1 bit (CAN 2.0A), vagy bit (CAN 2.0B) értéke dönti el a jogosultságot, minél kisebb ez a számérték, annál nagyobb a buszhasználati prioritás RTR - Remote Transmission Request IDE - Identifier Extension r0,r1 - Reserved (0,1) SRR Substitute Remote request Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 20

21 Az arbitráció folyamata Három egyidejűleg adni kívánó kontroller esetén A legkisebb azonosító nyer (korábban megjelenő domináns jelszint) Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 21

22 Control Field 6 bit [IDE, r0, 4*DLC], vagy [r0,r1,4*dlc] Az első bit alapján eldönthető, hogy extended, vagy standard mező. A DLC (Data Length Counter) megmondja, hogy milyen hosszú adatmező követi. Szerepe van a hibafelismerésben Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 22

23 Data Field, CRC, EOF, Interframe Adatok 0-8 byte CRC 15 (15 bit+1 bit lezáró) 6 Hamming távolság 5 bit hibát észlel Nem hibajavító EOF 7 recesszív bit (bitstuffing nélkül) Interframe Space (legalább 3 bit) Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 23

24 Keret Típusok Data Frame Remote Frame Error Frame Overload frame Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 24

25 Data Frame/Remote frame Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 25

26 Data Frame/Remote Frame Az üzenetek adat keretekben közlekednek, de előfordulhat, hogy az egyik fél adatokat kér egy másiktól, ekkor ún. Remote Frame-et küld, aminek azonosítója megegyezik a Data Frame-el. Az ütközést ilyenkor az RTR bit küszöböli ki: 0 domináns data frame-ben 1 recesszív remote frame-ben Ütközés esetén tehát a remote frame küldő csomópont érzékeli, hogy azonos dataframe jön Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 26

27 Error frame Hiba észlelése esetén az érzékelő csomópont 6 domináns bitet küld a hálózatra (bit stuffing nélkül) Ezt a vevők érzékelik, így tovább 0-6 bitnyi (domináns) error flag keletkezik a hálózaton Ezt 8 bitnyi recesszív hiba lezáró bit követi Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 27

28 Hibafajták BERR: Bit error a kiküldött bit nem egyezik a visszaolvasottal Kivétel: Arbitráció, error frame SERR: Stuff Error Több mint 5 azonos bit észlelése CERR: CRC Error (RX) FERR: Form error (CRC del., ACK del., EOF, Error del., overload del.) AERR: Acknowledgment error Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 28

29 Overload frame Megegyezik az error frame-el, de csak az Interframe space-ben küldhető Késlelteti a következő üzenetet Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 29

30 Vége Köszönöm a figyelmet! Dr. Aradi Szilárd: I+K technológiák, Beágyazott rendszerek, 4. előadás 30