nätverkstopologier nätverksprotokoll asynkron/synkron ... · maskinorienterad programmering...

Maskinorienterad programmering

Seriekommunikation 1

Seriekommunikation

Ur innehållet:NätverkstopologierNätverksprotokollAsynkron/synkron seriell överföringProgrammering av USART-krets

Läsanvisningar:Arbetsbok kapitel 7



Parallell överföring

+ god bandbredd- många ledare ger dyrare överföringsmediamycket snabbt vid korta avstånd



Seriell överföring

+ få ledare ger enklare (billigare) överföringsmedia- sämre bandbreddöverföringshastighet efter prestandakrav



Nätverkstopologi

Strukturer för hur datorer kopplas i hop, ofta ser man kombinationer av de olika varianterna.

Olika ”protokoll” har utvecklats för olika strukturer, exvis:RS232 (punkt till punkt)Ethernet (mask, stjärna)Token ring (ring)USB (träd)CAN, LIN (buss)



Kommunikationsmedia

NätverksprotokollEtt "kommunikationsprotokoll" är en uppsättning regler som tillsammans entydigt specificerar hur datautbytet (datakommunikationen) ska gå till. Protokollen baseras oftast på någon speciell nätverkstopologi och förutsätter någon speciell accessmetod.

Med acessmetod (åtkomstmetod) menar man den policy somanvänds när en nod behöver skicka data och därför måsteanvända kommunikationsmediat. De vanligaste är:• Master/Slave• CDMA, Collission Detect, Multiple Access• CRMA, Collission Resolution, Multiple Access• TDMA , Time Division, Multiple Access• "token”, ring-protokoll



Asynkron överföring, Startbitsdetektering

Protokollet anger en ”ledig”-nivå på kommunikationsledningen. Då nivån växlar tolkas detta som en ”startbit” (t0).Mottagaren läser därefter av ledningen (”samplar”) efter ett halvt bitintervall (t1) och därefter ytterligare hela bitintervall (t2,t3,t4 osv).



Klocksynkronisering

Genom att specificera maximalt antal bitar som skickas vid ett tillfälle, en ”ram”, kan man också bestämma en största tillåten differens och därmed också acceptera skillnader hos sändares respektive mottagare klockor.

Vid olika hastighet kommer en förskjutning av mottagarens sampling så småningom resultera i att fel bitintervall samplas...



RS232, 9-bitars ramExempel på hur en ram kan se ut

Bitarnas betydelse definieras mera exakt av protokollet

Exempelvis, ”RS232”: ASCII-tecknet ’z’ (= 01111010=0x7A, LSB först) överförs då på följande sätt



Synkron överföringGemensam klocksignal och data

EXEMPEL: Manchester kodning, bitlängden bestäms av positiva flanker, nivån i mitten av biten anger 0 eller 1.Metoden kallas RZ (Return to Zero)

Kräver bara en ledning men minskar bandbredden.



Synkron överföringKlocksignal och data på skilda ledningar

Kräver två ledningar men ökar bandbredden.

Används för enklare tillämpningar, industristandarder: SPI (Serial Peripheral Interface)I2C använder denna teknik.



USART

RS232 (PtoP, duplex)

LIN (asynkron buss)

IR(trådlöst)

USART – Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter

Smartcard (synkron buss)

Fysiskt gränssnitt (transceiver)



USART –programmerarens bild, som en struct...

Registeruppsättning

typedef struct tag_usart{volatile unsigned short sr;volatile unsigned short Unused0;volatile unsigned short dr;volatile unsigned short Unused1;volatile unsigned short brr;volatile unsigned short Unused2;volatile unsigned short cr1;volatile unsigned short Unused3;volatile unsigned short cr2;volatile unsigned short Unused4;volatile unsigned short cr3;volatile unsigned short Unused5;volatile unsigned short gtpr;

} USART;#define USART1 ((USART *) 0x40011000)



USART –RS232

"Terminal"- konsollfönster

Det finns 8 olika seriekretsar...

Ofta kommuniceras UTF8 (ASCII-) tecknen

USART RS232

Programmerarens bild

Fysiskt gränssnitt (transceiver)

Terminal



EXEMPEL: Enkla in- och utmatningsrutiner med USART Skapa funktioner:_outchar(char c) som matar ut 'c' till en terminal.char _tstchar(void) som kontrollerar om något tecken anlänt från terminalen, i så fall returnerar detta, annars returneras 0.char _inchar(void) som väntar tills något tecken anlänt från terminalen, och returnerar detta.

Vi löser på tavlan...



UART Status och dataregister

Bit 7: TXE: Transmit dataregister emptyDenna bit sätts av hårdvara när innehållet av TDR registret har överförts till skiftregistret. Ett avbrott genereras om TXEIE bit = 1 i registret USART_CR1. Det återställs vid skrivning till USART_DRregistret.0: Dataregistrets sändardel är upptaget med en överföring.1: Dataregistrets sändardel är klar att användas.

OUTCHAR(c):// Vänta tills TXE är 1// Skriv 'c' till dataregistret

Bit 5 RXNE: Receive data register not empty Denna bit sätts då innehållet i skiftregister RDR har överförts till USART_DR, dvs. ett nytt tecken har kommit. Ett avbrott genereras om RXNEIE = 1 i USART_CR1. Biten nollställs igen vid en läsning från USART_DR. Biten kan också återställas genom att skriva en nolla till den. 0: Inget nytt innehåll i USART_DR sedan senaste läsningen1: Nytt innehåll finns i USART_DR.

TSTCHAR: réturnera c// Är RXNE=1 ?// Nej, c = 0// Ja, läs c från dataregistret// Returnera c



UART feldetektering

Bit 3 ORE: Overrun ErrorDenna bit sätts av hårdvaran om ett nytt tecken anländer samtidigt som det finns ett oläst tecken i dataregistret ("overrun error"). Ett avbrott genereras om RXNEIE = 1 i USART_CR1. Det återställs av en läsning från USART_SRföljt av en läsning från USART_DR.0: Inget förlorat tecken1: Mottaget tecken är överskrivet (förlorat)

Bit 2 NF: Noise detection FlagDenna bit sätts av hårdvara när störningar i form av brus upptäcks i en mottagen ram. Biten återställs av en läsning från USART_SR följt av en läsning från USART_DR.0: Ingen störning detekterad1: Störning detekterad

Bit 1 FE: Framing Error Denna bit sätts av hårdvara när ett ramfel, oftast orsakat av förlorad synkronisering, upptäckts. Biten återställs av en läsning från USART_SR följt av en läsning från USART_DR.0: Inget ramfel upptäcks1: Ramfel eller BREAK-ram detekterad

Bit 0 PE: Parity ErrorDenna bit sätts av hårdvara när ett paritetsfel uppträder hos mottagaren. Biten återställs av en läsning från USART_SRföljt av en läsning från USART_DR. Programmet måste vänta på att RXNE-biten ettställts innan PE-biten återställs. Ett avbrott genereras om PEIE = 1 i USART_CR1.0: Inget paritetsfel1: Paritetsfel



Protokoll i fordonstillämpningar

Power Train

Infotainment systems

Window lift

Interior lights

Lock

Mirror

Lock

Seat

Seat

Instruments

Central body control

Universal motor

Universal panel

Roof

Steering wheelpanel

SeatHeating

Low end performanceMedium performanceHigh performanceVery high performance

Climate

Heating

Heating

Heating

Mirror

LockLock

Lock Lock

Mirror

TrunkRoof

Seat

SeatSeat



LIN, 1998

LIN Local Interconnection network ursprungligen: VOLCANO Lite

Partners:Freescale, VOLVO CAR, BMW, AUDI, Volkswagen, Daimler-ChryslerMentor Graphics (tidigare: Volcano Communication Technology)

Syfte:Låg kostnad, mindre prestanda och säkerhetskrav, flexibel

systemarkitektur



Door/window/seat: Mirror,Central ECU,

Mirror, Switch, Window Lift,

Seat Control Switch,Door Lock, 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

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.

Climate: many Small Motors

Control Panel

LIN, typiska tillämpningar



LIN, kommunikation (master/slave)

timeMaster Task

timeSlave Task

next synch fieldinter-frame spacing synch

2 byte 1 byte

Response spacing

Identifier field

block paritydata

master control unit

slave task

master task

slave control unit

slave task

slave control unit

slave task

polling



CAN, Controller Area Network– Bus topology– CSMA/CR (Carrier sense, Multiple

Access/ Collision Resolution)– Error detection capabilities– Supports “atomic broadcast”– 0-64 bytes of data per frame– Twisted pair – Maximum 1 Mbit/s

CTRL DATA CRC ACKSOF EOFARB

ARB Arbitration(identifier)

CTRL Control informationDATA 0-8 bytesCRC ChecksumACK Acknowledge EOF End of frame

MESSAGE FRAME



CAN, detektering av ”busskrock”

Bus transceivers”Open collector”

Bus level:Recessive (bit) ”1”Dominant (bit) ”0”

+5V

NodeA

Bus level

Node B

1 1

R

Idle bus (recessive level)



CAN, detektering av ”busskrock”Two nodes transmitting same level (1)

+5V

Node A

Bus level

Node B

1 1

1

IR = 0

IA = 0

1

IB = 0

11

transmit 1receive 1

transmit 1receive 1



CAN, detektering av ”busskrock”

+5V

Node A

Bus level: 0V

Node B

1 10 1IB=0

IR=IA

1 0IA

0 0

R

Node B aborts transmission since the received bit differs from the transmitted bit

transmit 0receive 0

transmit 1receive 0



CAN, arbitrering

EXAMPLE: Three nodes start simultaneouslyNode A transmits: $257 (0010 0101 0111)

Node B transmits: $360 (0011 0110 0000)

Node C transmits: $25F (0010 0101 1111)

Bit number SOF 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Bus level D D D R D D R D R D R R R R

Node A 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1

Node B 0 0 0 1 1 Aborts

Node C 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 Aborts

Arbitration field (identifier with priority)Nodes ”own” specific message identifiers.

nätverkstopologier nätverksprotokoll asynkron/synkron ... · maskinorienterad programmering...

Documents