PSI5协议学习笔记[通俗易懂]

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背景

 特征

参考文献

背景

        PSI5 （Peripheral Sensor Interface）通信协议是由奥托利夫（Autoliv）、博世（Bosch）、大陆集团（Continental）协同协会两大成员飞思卡尔半导体和TRW 等共同制订。PSI5 是一种开放标准，基于用于外设气囊传感器的现有传感器接口，目前已在数百万个气囊系统中得到验证。传感器数据可通过双线接口同时进行同步和异步传输。PSI5 通信协议的技术特性和低实施成本，使它同样适合许多其他汽车传感器应用。

        PSI5 V1.3版本在目前量产车型中有着广泛的应用。从V2.0版本开始，PSI5在Base规范之外，提供针对安全气囊、车辆动力学控制、动力系统三个部分的子规范。最新的V2.3规范在物理层、数据链路层和应用层方面提供新的内容和结构，并且兼容V1.3版本定义的参数。[1]

        PSI5 在中速范围内的优势在于成本比 CAN 或 FlexRay 更低，但具有与传感器数据兼容的数据速率。SENT 数据总线也用于传感器数据传输，但其限制在于仅能将数据从传感器发送到电子控制单元 (ECU)。PSI5 为双向，允许传感器寻址和配置。

        PSI5旨在以尽可能低的实施成本满足通用和高度可靠的汽车传感器接口的要求。

同步通讯：发送端在发送串行数据的同时，提供一个时钟信号，并按照一定的约定（例如：在时钟信号的上升沿的时候，将数据发送出去）发送数据。接收端按照相同约定解析数据。

异步通讯：接收方并不知道数据什么时候会到达，收发双方可以有各自自己的时钟。发送方发送的时间间隔可以不均，接收方是在数据的起始位和停止位的帮助下实现信息同步的。

 区别：1）同步通讯不需要辅助位，约定好上升下降沿发送数据即可。异步通讯需要很多辅助位，帮助识别开始和停止等。2）同步通讯不需要约定时钟，自带时钟。异步通讯需要约定好时钟信号（波特率）。

优缺点：1）同步通讯效率高，异步通讯因为辅助位多，效率低。2）同步通讯对时钟要求高，而异步通讯能够容忍一定程度的时钟误差。

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 特征

• 双线电流接口
• 曼彻斯特编码数字数据传输
• 125kbps 和 189kbps 的高数据传输速度
• 广泛的传感器电源电流
• 可变数据字长（10 位至 28 位，一位粒度）
• 异步和同步操作以及不同的总线模式
• 双向通信

电流接口（电流调制信号）：在较长的传输线路上，电压分压给传输电路，使得电压信号有可能出现衰减，导致信号失真。电流信号则无视分压，不影响信号。

曼彻斯特编码：将高低电平表示1/0转换为高低电平的跳变表示1/0，这个过程叫做曼彻斯特编码。优点是增加了纠错和抗干扰能力（因为跳变这一动作不容易被干扰，而保持高低电平容易被干扰）。

具体来说，在时钟下降沿的时候，如果信号是从高变低，就表示0。从低变高，就表示1（IEEE 802.3）。

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系统结构

PSI5是通过点对点的方式，或者级联菊花链的总线形式连接传感器。

数据传输层/物理层

        PSI5采用两线供电的传感器和数据传输。安全气囊控制模块给传感器提供电压，从传感器到ACU的数据通过对电源线的电流调制进行传输。

        PSI5 接收端的接口提供一个稳定的电压输出作为传感器的电源，并且通过对电源线上的电流情况的检测实现数据的接收。当电源线上的电流值与传感器的静态电流相近时，代表信号为逻辑“低”；当电源线上的电流比静态电流高约 20mA 时，代表信号为逻辑“高”。

编码/数据链路层

        PSI5 接口使用曼切斯特方式进行数据的编码，在发送的每一位的中部有一个电流的上升沿代表逻辑‘1’；有一个下降沿代表逻辑‘0’。

        曼切斯特编码的优点是在数据输过程中电流平均值是恒定的，这有利于系统的容错。PSI5的数据帧使用 2 个起始位， 10~28 个数据位和 1 位的奇偶校验位或 3 位的 CRC 校验。

工作模式

        PSI5 提供同步和异步两种工作模式，而且在最新的通信协议里面推荐了菊花链的工作模式。 

        PSI5提供时分的多通道操作方式实现在一个接口上挂接多个传感器。在异步模式下，控制单元与每个传感器使用两根单独的电线进行连接，数据是被定期进行传输的。数据传输的速度和时间由传感器决定。

        同步模式允许控制单元控制数据传输的时间，控制单元通过发送一个较高电压的脉 冲信号来实现数据的同步。每一个数据的传输都以这个同步信号为基准，总线上的传感 器根据自己的时间间隙进行数据的发送。

时分多路复用（TDM）：按照传输信号的时间进行分割，使得信号在不同时间分别传输。传输时间被分为多个时隙（TS，slot time）

(56条消息) 时分多路复用（TDM）_skyhawk0的博客-CSDN博客

协议解析

        通信过程主要包括初始化阶段和数据传输阶段。

a）初始化阶段

        初始化阶段分为三步：1）没有数据传输；2）传输生产厂家、生产串号、生产日期等数据；3）传输传感器状态信息。

        初始化阶段1，控制器通过2根硬线向传感器发送周期电压脉冲信号, 在此期间传感器不向控制器回应任何信息；

        初始化阶段2，控制器向传感器发送周期电压脉冲信号, 传感器向控制器回应13位曼彻斯特编码的电流信号（生产厂家、生产日期和生产串号等信息）。本次解析对象总共有128位初始化数据, 通过32个数据字分2页进行传输。图5为ID5的数据波形和曼彻斯特编码解析。

        初始化阶段3，传感器开始传输传感器的状态信息。如果初始化阶段的自检通过了则发送传感器匹配成功消息。

b）数据传输阶段

        在收到传感器初始化成功的消息后传感器开始传输加速度数据。

        数据传输阶段主要是以二进制的补码形式传输数据, 包括加速度信息以及在传输数据过程中传感器的状态信息。

c）异常信号解析

如果传感器发生了错误, 将发送14次“传感器错误”消息 (1F4) , 后面紧跟一个传感器错误类型消息。发生错误消息后, 控制器会根据错误类型做出相应的处理, 来避免气囊的误爆和相应故障的提示处理。

参考文献

(60条消息) PSI5整体简介_tianyue100的博客-CSDN博客

PSI5 汽车外设传感器接口 | DigiKey

汽车通信总线（六）——PSI5通信协议介绍 – 汽车电子技术 – AutoEE.cn

安全气囊系统PS15通信协议解析及仿真测试

(54条消息) PSI5异步通信传感器的硬件在环仿真_PSI5资源-CSDN文库

汽车安全气囊控制单元的设计与实现 – 中国知网 (nankai.edu.cn)(61条消息) 英飞凌基础学习笔记PSI5-S（Peripheral Sensor Interface with Serial PHY）_psi5协议_作难必得的博客-CSDN博客

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