Kommunikation zwischen Mikrocontrollern

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1 Kommunikation zwischen Mikrocontrollern Serielle Kommunikation Bitweises Übertragen der Daten nacheinander auf einer Leitung serielle Schnittstelle im PC und im Mikrocontroller = Standard große Anwendungsbreite COM (RS232, auch über USB = virtual COM-Port) = Verbindung von 2 Teilnehmern S U A E asymmetrische Signalübertragung alternativ: symmetrisch Zweidrahtleitung (RS485) DEE TxD RxD TxD RxD DEE Rechner 1 Rechner 2 Minimal 3 Leitungen - zusätzliche Leitungen dienen dem Komfort und der Betriebssicherheit Asynchrones serielles Übertragungsprotokoll (RS 232, UART) Zeitdauer eines Bits ist durch die Baudrate bestimmt D0D1 Start bit Datenbits (5... 8) Stoppbit (s) (1, 1.5, 2) Paritätsbit (fakultativ): Anzahl der Bits 1 pro Zeichen geradzahlig oder ungeradzahlig Fehlererkennung asynchrones Protokoll: - Datenstrom kann jederzeit einsetzen und abbrechen - zur Synchronisierung wird die 1-0-Flanke des Startbits genutzt - Baudrate Sender = Baudrate Empfänger

2 synchrones Übertragungsverfahren: - Übertragung eines ganzen Blockes in einem vereinbarten Zeitraster - es wird nicht jedes einzelne Zeichen synchronisiert - zusätzlich kann Taktsignal des Senders mit übertragen werden zum Eintakten der Datenbits (mit Zusatzelektronik busfähig: SPI bzw. I²C Schnittstellen) Übertragungsgeschwindigkeit (Baudrate) RS 232 (Bit/s) Zeichen (10Bit) / s Zeichenzeit (ms) , ,09 Handshakeverfahren (Flow Control) Verfahren Vor- und Nachteile Software Handshaking z.b. XON/XOFF - wenig Leitungen - längere Übertragungsblöcke Hardware Handshaking z.b. RTS/CTS - zusätzliche Steuerleitungen - kaum Erhöhung der Übertragungszeiten Anwendungsbeispiele: Terminalprogramme, Funkkommunikation, Kommunikation zwischen 2 Teilnehmern CAN-Bus Aufbau von Bussystemen Austausch von Informationen zwischen allen Steuerungskomponenten Bordcomputer Powermanagement Antriebssteuerung Abschlusswiderstand Differenzsignalübertragung CAN-High CAN-Low Zweidrahtleitung geringer Verkabelungsaufwand

3 Physikalische Ankopplung Aktuelle Mikrocontroller: Mikrocontroller und CAN- Controller integriert Übertragungsrate (Leitungslängen) Prinzip: nur so gut wie nötig (Für jedes Steuergerät ist ein Mikrocontroller nötig für den Buszugriff Kosten) verschiedene Geschwindigkeiten, verschiedene Fehlererkennungs- und Behebungsmechanismen Low-Speed: <= 10 kbit/s. 125 kbit/s bei 50 kbit/s ist max. Leitungslänge 1000m im Auto z.b. Bedienelemente, Komfortelektronik High-Speed: 125 kbit/s 1 MBit/s bei 1MBit/s ist max. Leitungslänge 40m im Auto z.b. für Motor- und Sicherheitselektronik

4 Aufbau einer CAN-Nachricht ( eines Frames) Objektidentifier: - kennzeichnet den Inhalt der Nachricht, nicht das Gerät, z.b. kann in einem Messsystem den Parametern Geschwindigkeit und Kraft jeweils ein eigener Identifier zugewiesen sein. - Die Empfänger entscheiden anhand des Identifiers, ob die Nachricht für sie relevant ist oder nicht. - dient auch der Priorisierung der Nachrichten (0 = höchste Priorität). 11-Bit-Identifier (Base frame format) 2048 verschiedene Inhalte/Prioritäten Datensicherung: 15 Bit CRC Buszugriffsverfahren bitweise Arbitrierung -Multi-Master-System CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance) alle Teilnehmer können ohne Aufforderung senden, wenn der Bus frei ist (Carrier Sense Multiple Access) wenn mehrere gleichzeitig beginnen, gewinnt der Teilnehmer mit der höchsten Priorität (mit dem kleinsten Identifier, da Bit mit 0 durchgreift siehe bitweise Busarbitrierung

5 Beispiel für bitweise Busarbitrierung Standardisierte Anwendungsschicht Ziel: Anwendungen standardisierte Dienste zur Verfügung zu stellen, so dass sich diese nicht mehr um die unteren Schichten wie z.b. die Identifiervergabe oder die Nachrichtenkodierung kümmern müssen CANopen (Europa) Verwendung in der Automatisierungstechnik

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