淺析HiL中智能傳感器PSI5整體簡介

隨著汽車內智能傳感器使用的增加，傳統(tǒng)的傳感器信號不能滿足傳輸豐富的編碼信息以及EMC要求。PSI5（外圍傳感器接口）作為汽車傳感器的開放標準接口，可以更好地滿足動力/安全/底盤/舒適域控制器的應用安全。PSI5誕生于已成熟使用的ECU外圍傳感器接口，如Bosch等廠商將PSI5應用于ESP、安全氣囊、主動懸架、自動駕駛等ECU與加速度、角速度、壓力、位置等傳感器的通訊當中。

PSI5整體簡介

PSI5協(xié)會成員由多家一級供應商及芯片廠商組成，包括Veoneer、Bosch和Continental等。PSI5 V1.3版本在目前量產(chǎn)車型中有著廣泛的應用。從V2.0版本開始，PSI5在Base規(guī)范之外，提供針對安全氣囊、車輛動力學控制、動力系統(tǒng)三個部分的子規(guī)范。最新的V2.3規(guī)范在物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應用層方面提供新的內容和結構，并且兼容V1.3版本定義的參數(shù)。

物理層

傳感器與ECU使用1對雙絞線進行連接，ECU對傳感器的供電和雙向數(shù)據(jù)傳輸均通過雙絞線完成，通訊速率有125kbps和189kbps兩種可選。傳感器和ECU連接拓撲主要包括：異步連接模式（PSI5-A）、同步并行總線模式（PSI5-P）、同步通用總線模式（PSI5-U）、同步菊花鏈總線模式（PSI5-D）。

當傳感器向ECU傳輸數(shù)據(jù)時，低電流為傳感器靜態(tài)消耗電流，高電流由傳感器內部調制產(chǎn)生，采用曼徹斯特編碼。每個傳感器在1個ECU同步周期內，傳輸數(shù)據(jù)的幀間隔需要至少保持TGap，其值需要大于位長度TBit。

數(shù)據(jù)鏈路層 - 傳感器至ECU的通信

傳感器周期性發(fā)送數(shù)據(jù)幀至ECU，每個數(shù)據(jù)幀由p個位組成，包含：

2個起始位，始終編碼為0；

1個奇偶校驗位或3個CRC校驗位；

k （10-28）個有效數(shù)據(jù)位；

》 數(shù)據(jù)域A（10-24個位，強制）；

》 數(shù)據(jù)域B（0-12個位，可選）；

》 傳感器狀態(tài)位（也稱為錯誤標志位，0-2個位，可選）；

》 幀控制位（表明當前幀/數(shù)據(jù)的類型或傳感器ID，0-4個位，可選）；

》 串行報文通道（0或2個位，可選）。

在同步模式中，ECU在向傳感器供電的基礎上，周期性發(fā)送一個高電平電壓信號作為同步脈沖。各傳感器在檢測到同步脈沖后，按照預先配置的時隙（Time Slot）發(fā)送各自的電流信號以傳輸數(shù)據(jù)。

當串行報文（Serial Message）通道位設置為2個位長度時，串行報文將通過18個連續(xù)的幀進行傳輸，一般用于更新周期要求不高的數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)鏈路層 - ECU至傳感器的通信

ECU至傳感器的通訊幀由以下部分組成：

特定的發(fā)送起始條件，保證即使失去同步也可以安全地檢測到幀起始；

數(shù)據(jù)域；

Checksum校驗段。

利用在同步模式下ECU周期性向傳感器發(fā)送同步脈沖的特性，根據(jù)幀的發(fā)送編碼方式不同，提供相應的2類幀格式：

第一種Tooth Gap方式是通過調整ECU周期發(fā)送的同步脈沖“有/無”來分別表示“1/0”信號。該發(fā)送起始條件包含至少5個連續(xù)的邏輯0或至少31個連續(xù)的邏輯1。數(shù)據(jù)長度由傳感器地址（SAdr）和功能代碼（FC）定義。提供3種可選幀格式。

第二種Pulse Width方式是通過改變ECU周期發(fā)送的同步脈寬寬度“長/短”來分別表示“1/0”。提供1種可選幀格式。

應用層 – 數(shù)據(jù)范圍

對于在數(shù)據(jù)域A中傳輸?shù)?0位數(shù)據(jù)，PSI5規(guī)范將其分為3個部分：

-480至+480（0x1E0 – 0x220）為傳感器實際輸出信號值；

-512至-481（0x200 – 0x20F）為塊（Block）ID及數(shù)據(jù)，用于傳輸初始化數(shù)據(jù)；

+481至+511（0x1E1 – 0x1FF）為狀態(tài)及錯誤報文。

對于數(shù)據(jù)域A中大于10位數(shù)據(jù)的低位部分以及數(shù)據(jù)域B，不受該數(shù)據(jù)范圍劃分影響。

應用層 – 傳感器初始化

在每次上電或重置后，需在發(fā)送任何有效的傳感器數(shù)據(jù)之前發(fā)送其初始化辨識信息。

初始化一般分為3個階段。

階段1：傳感器啟動，無數(shù)據(jù)發(fā)送；

階段2：發(fā)送ID + 初始化數(shù)據(jù)信息，同時傳感器進行自檢；

階段3：發(fā)送傳感器自檢結果。初始化完成后即可傳輸正常數(shù)據(jù)以及傳感器自檢的狀態(tài)信息。

階段2時初始化數(shù)據(jù)一般包含傳感器的類型、制造商代碼、生產(chǎn)日期等信息。為保證不同傳感器廠商的產(chǎn)品與ECU可以正常建立通訊，需要明確基本的互換性要求：傳感器配置、連接模式和時間參數(shù)；供電及同步脈沖等電壓參數(shù)；傳感器電流驅動能力以及所需承受的回路負載；初始化數(shù)據(jù)信息，包括重復次數(shù)（k）。具體可參考PSI5協(xié)會提供的一致性測試規(guī)范及Check List。

HiL臺架中PSI5解決方案：

CANoe Option Sensor

隨著智能傳感器PSI5信號在安全、底盤和動力域中的應用逐步增加，傳統(tǒng)的HiL臺架需要新購或升級擴展來滿足PSI5協(xié)議的仿真、分析和測試功能。

PSI5傳感器測試：6槽VT System，配置VT2710和CANoe Option Sensor；

PSI5控制器測試：通過CANoe、vTESTstudio、VT System、DYNA4提供開環(huán)和閉環(huán)的安全域及底盤域HiL系統(tǒng)；

》 特殊信號或系統(tǒng)采用ASAM XIL API集成第三方設備；

》 通過CANoe Option AMD/XCP采集ECU內部A2L變量，滿足基本功能測試。

硬件

PSI5的仿真、分析、測試由VT System中的VT2710板卡及配套的PSI5SENTpiggy完成。VT System是Vector針對ECU功能、總線一致性、診斷通信、環(huán)境耐久等測試場景提供的模塊化I/O及總線板卡。VT2710板卡提供4路PSI5通道，可通過配置實現(xiàn)傳感器仿真、ECU仿真、監(jiān)聽通信工作模式，內置電氣故障注入功能。

軟件

CANoe Option Sensor提供PSI5所需各項電氣、信號、初始化數(shù)據(jù)的直觀配置圖形界面，配置信息可單獨導出復用于其他項目工程。配置完成后將自動生成PSI5的監(jiān)控及激勵接口——系統(tǒng)變量。系統(tǒng)變量在CANoe及vTESTstudio中的靈活使用，使其可無縫集成到已有的仿真、分析以及HiL測試環(huán)境當中。

通過模擬ECU或傳感器，CANoe Option Sensor支持開發(fā)工程師及測試工程師建立從簡單到苛刻的測試環(huán)境，可實現(xiàn)對協(xié)議相關數(shù)據(jù)的自由控制及修改。此外，CANoe Option Sensor的錯誤檢測機制有助于對傳感器及ECU組成的真實系統(tǒng)進行監(jiān)測和調試。

實際使用

CANoe Option Sensor的配置窗口位于Hardware – Sensors – Protocol Configuration：

對于不同的串行總線，提供多種初始化配置模板供用戶選擇，方便快捷：

圖8 | PSI5初始化配置模板

對于ECU及Sensor，可隨時配置其為Real或Simulated模式。同時對于ECU和傳感器各自的通信速率、供電電平、同步脈沖電壓及時間參數(shù)、Slot時間、初始化協(xié)議版本、數(shù)據(jù)幀結構等提供豐富的配置選項，對每個信號可單獨配置其時間參數(shù)、初始化參數(shù)及解析方式：

PSI5數(shù)據(jù)域信號配置界面

配置完成后，連接VT2710與ECU或傳感器對應的線束，即可建立通訊：

運行及離線回放時，工程師熟悉的Trace、Graphic、Data等分析窗口依然適用，并且針對PSI5做特定解析；

根據(jù)配置情況，生成對應的系統(tǒng)變量接口，配合CAPL函數(shù)可完成協(xié)議各類信息的修改，用于仿真及HiL測試；

配合CANoe Option Scope及相關硬件，可完成PSI5的物理波形解析；

對于通信過程中的錯誤，各類故障均會給出故障碼用于調試參考；

PSI5常應用于主動/被動安全域相關ECU，以及自動駕駛ECU等對功能安全要求較高的領域，同時PSI5有其獨立的硬件、軟件定義規(guī)范，因此對PSI5協(xié)議也應與CAN、LIN、Ethernet等常見總線協(xié)議一樣，需考慮其一致性測試的重要性，以確保傳感器可以為ECU的正常工作提供良好的外部輸入信息。PSI5協(xié)會提供對ECU和傳感器使用的一致性測試規(guī)范以及Check List，可作為一致性測試的實施參考。

編輯：jq