隨著汽車(chē)內(nèi)智能傳感器使用的增加，傳統(tǒng)的傳感器信號(hào)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(chē)傳感器的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)接口，可以更好地滿足動(dòng)力/安全/底盤(pán)/舒適域控制器的應(yīng)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(yīng)用于ESP、安全氣囊、主動(dòng)懸架、自動(dòng)駕駛等ECU與加速度、角速度、壓力、位置等傳感器的通訊當(dāng)中。

PSI5整體簡(jiǎn)介

PSI5協(xié)會(huì)成員由多家一級(jí)供應(yīng)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(chē)型中有著廣泛的應(yīng)用。從V2.0版本開(kāi)始，PSI5在Base規(guī)范之外，提供針對(duì)安全氣囊、車(chē)輛動(dòng)力學(xué)控制、動(dòng)力系統(tǒng)三個(gè)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(yīng)用層方面提供新的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，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(duì)雙絞線進(jìn)行連接，ECU對(duì)傳感器的供電和雙向數(shù)據(jù)傳輸均通過(guò)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?fù)渲饕ǎ寒惒竭B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(dāng)傳感器向ECU傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，低電流為傳感器靜態(tài)消耗電流，高電流由傳感器內(nèi)部調(diào)制產(chǎn)生，采用曼徹斯特編碼。每個(gè)傳感器在1個(gè)ECU同步周期內(nèi)，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(zhǎng)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(gè)數(shù)據(jù)幀由p個(gè)位組成，包含：

2個(gè)起始位，始終編碼為0；

1個(gè)奇偶校驗(yàn)位或3個(gè)CRC校驗(yàn)位；

k （10-28）個(gè)有效數(shù)據(jù)位；

》 數(shù)據(jù)域A（10-24個(gè)位，強(qiáng)制）；

》 數(shù)據(jù)域B（0-12個(gè)位，可選）；

》 傳感器狀態(tài)位（也稱(chēng)為錯(cuò)誤標(biāo)志位，0-2個(gè)位，可選）；

》 幀控制位（表明當(dāng)前幀/數(shù)據(jù)的類(lèi)型或傳感器ID，0-4個(gè)位，可選）；

》 串行報(bào)文通道（0或2個(gè)位，可選）。

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

當(dāng)串行報(bào)文（Serial Message）通道位設(shè)置為2個(gè)位長(zhǎng)度時(shí)，串行報(bào)文將通過(guò)18個(gè)連續(xù)的幀進(jìn)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(cè)到幀起始；

數(shù)據(jù)域；

Checksum校驗(yàn)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(yīng)的2類(lèi)幀格式：

第一種Tooth Gap方式是通過(guò)調(diào)整ECU周期發(fā)送的同步脈沖“有/無(wú)”來(lái)分別表示“1/0”信號(hào)。該發(fā)送起始條件包含至少5個(gè)連續(xù)的邏輯0或至少31個(gè)連續(xù)的邏輯1。數(shù)據(jù)長(zhǎng)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(guò)改變ECU周期發(fā)送的同步脈寬寬度“長(zhǎng)/短”來(lái)分別表示“1/0”。提供1種可選幀格式。

應(yīng)用層 – 數(shù)據(jù)范圍

對(duì)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(gè)部分：

-480至+480（0x1E0 – 0x220）為傳感器實(shí)際輸出信號(hào)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(cuò)誤報(bào)文。

對(duì)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(yīng)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(shí)信息。

初始化一般分為3個(gè)階段。

階段1：傳感器啟動(dòng)，無(wú)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(shí)傳感器進(jìn)行自檢；

階段3：發(fā)送傳感器自檢結(jié)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(shí)初始化數(shù)據(jù)一般包含傳感器的類(lèi)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(shí)間參數(shù)；供電及同步脈沖等電壓參數(shù)；傳感器電流驅(qū)動(dòng)能力以及所需承受的回路負(fù)載；初始化數(shù)據(jù)信息，包括重復(fù)次數(shù)（k）。具體可參考PSI5協(xié)會(huì)提供的一致性測(cè)試規(guī)范及Check List。

HiL臺(tái)架中PSI5解決方案：

CANoe Option Sensor

隨著智能傳感器PSI5信號(hào)在安全、底盤(pán)和動(dòng)力域中的應(yīng)用逐步增加，傳統(tǒng)的HiL臺(tái)架需要新購(gòu)或升級(jí)擴(kuò)展來(lái)滿足PSI5協(xié)議的仿真、分析和測(cè)試功能。

PSI5傳感器測(cè)試：6槽VT System，配置VT2710和CANoe Option Sensor；

PSI5控制器測(cè)試：通過(guò)CANoe、vTESTstudio、VT System、DYNA4提供開(kāi)環(huán)和閉環(huán)的安全域及底盤(pán)域HiL系統(tǒng)；

》 特殊信號(hào)或系統(tǒng)采用ASAM XIL API集成第三方設(shè)備；

》 通過(guò)CANoe Option AMD/XCP采集ECU內(nèi)部A2L變量，滿足基本功能測(cè)試。

硬件

PSI5的仿真、分析、測(cè)試由VT System中的VT2710板卡及配套的PSI5SENTpiggy完成。VT System是Vector針對(duì)ECU功能、總線一致性、診斷通信、環(huán)境耐久等測(cè)試場(chǎng)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(guò)配置實(shí)現(xiàn)傳感器仿真、ECU仿真、監(jiān)聽(tīng)通信工作模式，內(nèi)置電氣故障注入功能。

軟件

CANoe Option Sensor提供PSI5所需各項(xiàng)電氣、信號(hào)、初始化數(shù)據(jù)的直觀配置圖形界面，配置信息可單獨(dú)導(dǎo)出復(fù)用于其他項(xiàng)目工程。配置完成后將自動(dòng)生成PSI5的監(jiān)控及激勵(lì)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(wú)縫集成到已有的仿真、分析以及HiL測(cè)試環(huán)境當(dāng)中。

通過(guò)模擬ECU或傳感器，CANoe Option Sensor支持開(kāi)發(fā)工程師及測(cè)試工程師建立從簡(jiǎn)單到苛刻的測(cè)試環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)對(duì)協(xié)議相關(guān)數(shù)據(jù)的自由控制及修改。此外，CANoe Option Sensor的錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制有助于對(duì)傳感器及ECU組成的真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和調(diào)試。

實(shí)際使用

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

對(duì)于不同的串行總線，提供多種初始化配置模板供用戶(hù)選擇，方便快捷：

圖8 | PSI5初始化配置模板

對(duì)于ECU及Sensor，可隨時(shí)配置其為Real或Simulated模式。同時(shí)對(duì)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(shí)間參數(shù)、Slot時(shí)間、初始化協(xié)議版本、數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)等提供豐富的配置選項(xiàng)，對(duì)每個(gè)信號(hào)可單獨(dú)配置其時(shí)間參數(shù)、初始化參數(shù)及解析方式：

PSI5數(shù)據(jù)域信號(hào)配置界面

配置完成后，連接VT2710與ECU或傳感器對(duì)應(yīng)的線束，即可建立通訊：

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

根據(jù)配置情況，生成對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)變量接口，配合CAPL函數(shù)可完成協(xié)議各類(lèi)信息的修改，用于仿真及HiL測(cè)試；

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

對(duì)于通信過(guò)程中的錯(cuò)誤，各類(lèi)故障均會(huì)給出故障碼用于調(diào)試參考；

PSI5常應(yīng)用于主動(dòng)/被動(dòng)安全域相關(guān)ECU，以及自動(dòng)駕駛ECU等對(duì)功能安全要求較高的領(lǐng)域，同時(shí)PSI5有其獨(dú)立的硬件、軟件定義規(guī)范，因此對(duì)PSI5協(xié)議也應(yīng)與CAN、LIN、Ethernet等常見(jiàn)總線協(xié)議一樣，需考慮其一致性測(cè)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(huì)提供對(duì)ECU和傳感器使用的一致性測(cè)試規(guī)范以及Check List，可作為一致性測(cè)試的實(shí)施參考。

編輯：jq