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Specification :PSI5

浅析HiL中智能传感器PSI5整体简介-电子发烧友网

PSI5 汽车外设传感器接口 | DigiKey

RDAIRBAGPSI5UG, RDAIRBAGPSI5 Airbag Reference Platform - User’s Guide

RDAIRBAGPSI5-001 NXP USA Inc. | 开发板，套件，编程器 | DigiKey

AS5172 High-Resolution On-Axis Magnetic Angular Position Sensor with PSI5 Output

AS5172E High Resolution POS Sensor, PSI5 Interface | ams

Specifications - PSI5

2.2 Symbols / Parameters

3 Data Link Layer

4 Physical Layer

4.3.1 Single Sensor, Point to Point Asynchronous Topologies (PSI5-A)

4.4.1 Synchronous Parallel Bus Mode (PSI5-P)

4.4.2 Synchronous Universal Bus Mode (PSI5-U)

4.4.3 Synchronous Daisy Chain Bus Mode (PSI5-D)

4.6 ECU to Sensor Communication

4.7 General Parameters

PSI5整体简介

PSI5协会成员由多家一级供应商及芯片厂商组成，包括Veoneer、Bosch和Continental等。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。

物理层

传感器与ECU使用1对双绞线进行连接，ECU对传感器的供电和双向数据传输均通过双绞线完成，通讯速率有125kbps和189kbps两种可选。传感器和ECU连接拓扑主要包括：异步连接模式（PSI5-A）、同步并行总线模式（PSI5-P）、同步通用总线模式（PSI5-U）、同步菊花链总线模式（PSI5-D）。

当传感器向ECU传输数据时，低电流为传感器静态消耗电流，高电流由传感器内部调制产生，采用曼彻斯特编码。每个传感器在1个ECU同步周期内，传输数据的帧间隔需要至少保持TGap，其值需要大于位长度TBit。

数据链路层 - 传感器至ECU的通信

传感器周期性发送数据帧至ECU，每个数据帧由p个位组成，包含：

2个起始位，始终编码为0；

1个奇偶校验位或3个CRC校验位；

k （10-28）个有效数据位；

》数据域A（10-24个位，强制）；

》数据域B（0-12个位，可选）；

》传感器状态位（也称为错误标志位，0-2个位，可选）；

》帧控制位（表明当前帧/数据的类型或传感器ID，0-4个位，可选）；

》串行报文通道（0或2个位，可选）。

在同步模式中，ECU在向传感器供电的基础上，周期性发送一个高电平电压信号作为同步脉冲。各传感器在检测到同步脉冲后，按照预先配置的时隙（Time Slot）发送各自的电流信号以传输数据。

当串行报文（Serial Message）通道位设置为2个位长度时，串行报文将通过18个连续的帧进行传输，一般用于更新周期要求不高的数据。

数据链路层 - ECU至传感器的通信

ECU至传感器的通讯帧由以下部分组成：

特定的发送起始条件，保证即使失去同步也可以安全地检测到帧起始；

数据域；

Checksum校验段。

利用在同步模式下ECU周期性向传感器发送同步脉冲的特性，根据帧的发送编码方式不同，提供相应的2类帧格式：

第一种Tooth Gap方式是通过调整ECU周期发送的同步脉冲“有/无”来分别表示“1/0”信号。该发送起始条件包含至少5个连续的逻辑0或至少31个连续的逻辑1。数据长度由传感器地址（SAdr）和功能代码（FC）定义。提供3种可选帧格式。

第二种Pulse Width方式是通过改变ECU周期发送的同步脉宽宽度“长/短”来分别表示“1/0”。提供1种可选帧格式。

应用层 – 数据范围

对于在数据域A中传输的10位数据，PSI5规范将其分为3个部分：

-480至+480（0x1E0 – 0x220）为传感器实际输出信号值；

-512至-481（0x200 – 0x20F）为块（Block）ID及数据，用于传输初始化数据；

+481至+511（0x1E1 – 0x1FF）为状态及错误报文。

对于数据域A中大于10位数据的低位部分以及数据域B，不受该数据范围划分影响。

应用层 – 传感器初始化

在每次上电或重置后，需在发送任何有效的传感器数据之前发送其初始化辨识信息。

初始化一般分为3个阶段。

阶段1：传感器启动，无数据发送；

阶段2：发送ID + 初始化数据信息，同时传感器进行自检；

阶段3：发送传感器自检结果。初始化完成后即可传输正常数据以及传感器自检的状态信息。

阶段2时初始化数据一般包含传感器的类型、制造商代码、生产日期等信息。为保证不同传感器厂商的产品与ECU可以正常建立通讯，需要明确基本的互换性要求：传感器配置、连接模式和时间参数；供电及同步脉冲等电压参数；传感器电流驱动能力以及所需承受的回路负载；初始化数据信息，包括重复次数（k）。具体可参考PSI5协会提供的一致性测试规范及Check List。

HiL台架中PSI5解决方案：

CANoe Option Sensor

随着智能传感器PSI5信号在安全、底盘和动力域中的应用逐步增加，传统的HiL台架需要新购或升级扩展来满足PSI5协议的仿真、分析和测试功能。

PSI5传感器测试：6槽VT System，配置VT2710和CANoe Option Sensor；

PSI5控制器测试：通过CANoe、vTESTstudio、VT System、DYNA4提供开环和闭环的安全域及底盘域HiL系统；

》特殊信号或系统采用ASAM XIL API集成第三方设备；

》通过CANoe Option AMD/XCP采集ECU内部A2L变量，满足基本功能测试。

硬件

PSI5的仿真、分析、测试由VT System中的VT2710板卡及配套的PSI5SENTpiggy完成。VT System是Vector针对ECU功能、总线一致性、诊断通信、环境耐久等测试场景提供的模块化I/O及总线板卡。VT2710板卡提供4路PSI5通道，可通过配置实现传感器仿真、ECU仿真、监听通信工作模式，内置电气故障注入功能。

软件

CANoe Option Sensor提供PSI5所需各项电气、信号、初始化数据的直观配置图形界面，配置信息可单独导出复用于其他项目工程。配置完成后将自动生成PSI5的监控及激励接口——系统变量。系统变量在CANoe及vTESTstudio中的灵活使用，使其可无缝集成到已有的仿真、分析以及HiL测试环境当中。

通过模拟ECU或传感器，CANoe Option Sensor支持开发工程师及测试工程师建立从简单到苛刻的测试环境，可实现对协议相关数据的自由控制及修改。此外，CANoe Option Sensor的错误检测机制有助于对传感器及ECU组成的真实系统进行监测和调试。

实际使用

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

对于不同的串行总线，提供多种初始化配置模板供用户选择，方便快捷：

图8 | PSI5初始化配置模板

对于ECU及Sensor，可随时配置其为Real或Simulated模式。同时对于ECU和传感器各自的通信速率、供电电平、同步脉冲电压及时间参数、Slot时间、初始化协议版本、数据帧结构等提供丰富的配置选项，对每个信号可单独配置其时间参数、初始化参数及解析方式：

PSI5数据域信号配置界面

配置完成后，连接VT2710与ECU或传感器对应的线束，即可建立通讯：

运行及离线回放时，工程师熟悉的Trace、Graphic、Data等分析窗口依然适用，并且针对PSI5做特定解析；

根据配置情况，生成对应的系统变量接口，配合CAPL函数可完成协议各类信息的修改，用于仿真及HiL测试；

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

对于通信过程中的错误，各类故障均会给出故障码用于调试参考；

PSI5常应用于主动/被动安全域相关ECU，以及自动驾驶ECU等对功能安全要求较高的领域，同时PSI5有其独立的硬件、软件定义规范，因此对PSI5协议也应与CAN、LIN、Ethernet等常见总线协议一样，需考虑其一致性测试的重要性，以确保传感器可以为ECU的正常工作提供良好的外部输入信息。PSI5协会提供对ECU和传感器使用的一致性测试规范以及Check List，可作为一致性测试的实施参考。

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汽车通信总线（六）——PSI5通信协议介绍

PSI5 通信协议是由 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 的组织成员

PSI5 的主要特点是：

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

PSI5 主站为从传感器提供预调节电压，并向正方向调制电源电压以提供同步传感器数据。从传感器到主机的数据传输是通过调制电源线上的电流来实现的。

PSI5 的调制信号

如何应用 PSI5 实现可靠的传感器密集型汽车安全性

外设传感器接口 (PSI5)

PSI5 接口用于将多个传感器连接到电子控制单元 (ECU)，已广泛用作安全气囊和相关约束系统的主要传感器通信总线。它是 PSI5 组织网站 PSI5.org 上提供的一个开放标准。最新的规范是 PSI5 版本 2.3，已作为所有子标准（包含用于安全气囊、底盘和安全控制以及传动系统的子标准）的一项通用基本标准发布。

PSI5 标准以两线（双绞线）总线实施，数据传输采用电流调制和曼彻斯特编码，数据速率为 125 kbps（可选 189 kbps）。与其他常见汽车数据总线相比，它属于中速接口（表 1）。

接口总线	物理连接	最大比特率	最大比特率下的最大长度
LIN	3 线	19.2 kbps	40 m
PSI5	2 线	189 kbps	12 M
SENT	3 线	333 kbps	5 M
CAN	4 线	1 Mbps	40 M
FlexRay	2 线或 4 线	10 Mbps	22 M

表 1：常见汽车数据总线的比较。PSI5 属于中速接口。（数据来源：Digi-Key Electronics）

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 在汽车 ECU 中的典型实施包括馈送多个接口的微控制器（图 1）。

图 1：汽车微控制器 ECU 的框图，包括用于常见汽车数据总线（含 PSI5）的 I/O 端口。（图片来源：Digi-Key Electronics）。

图 1 中微控制器右侧方框显示了支持的 I/O 端口。其中包括以太网、控制器区域网络 (CAN)、本地互连网络 (LIN)、FlexRay 汽车通信总线，以及单边缘渐进传输 (SENT) 和 PSI5 传感器接口。这些汽车 ECU 高度集成并可包括三角积分模数转换器 (ADC)，实现快速准确的传感器测量。

PSI5 物理层

ECU 使用两根电线连接到传感器。与使用三根或更多根电线的其他总线相比，使用两线双绞线降低了实施成本。相同的两根电线用于电力和数据传输。ECU 可使用集成或单独的 PSI5 收发器向传感器提供稳压，并读取其传输的数据。传感器数据通过使用曼彻斯特编码的电流调制传输到 ECU（图 2）。

图 2：PSI5 接口的曼彻斯特编码在位时间间隔中间使用电流转换。Teledyne LeCroy 型号为 HDO4104A 的数字示波器提供可选的曼彻斯特解码器。（图片来源：Digi-Key Electronics）

通过使电流从基准电平（传感器标称静态电流）变为最高电平，实现从传感器传输数据。此示例中的电流具有 10 毫安 (mA) 的基准电平和 40 mA 的最高电平，增量为 30mA。

曼彻斯特编码在位时间间隔的中间利用电流转换。在 PSI5 收发器内检测电流调制，其中正斜率表示为逻辑“0”，负斜率表示为逻辑“1”。在图中，位时间间隔由垂直光标标记。带有可选曼彻斯特解码器的 Teledyne LeCroy 型号 HDO4101A 示波器将 PSI5 数据包分成十三个位时间，由垂直蓝线表示。位时间间隔中间的电流转换表示数据值，由示波器在转换时打印。

ECU 使用电压调制与 PSI5 传感器通信。该方法用于同步来自传感器的数据传输。

当单个传感器连接到 ECU 时，该传感器控制数据传输的时序和重复率。如果连接了多个传感器，则 ECU 控制同步和数据传输。多个传感器可以并联或通过总线配置连接，也可以通过一系列传感器进行“菊花链连接”。本文稍后会更详细地讨论这些配置。

数据链路层

PSI5 数据帧提供了极大的灵活性（图 3）。除了具有三个主要组件的基本结构外，还存在一个扩展功能结构。

图 3：PSI5 数据帧的结构显示数据有效载荷区域中的基本区段和扩展区段。（图片来源：Digi-Key Electronics）

基本结构包含以下必需元素：

一个起始位字段，包含总是编码为“00”的两个位。
一个具有效载荷的数据字段，包含指定为 D0 到 D27 的从 10 位到 28 位的任何值。
一个纠错段，支持一个奇偶校验位 P 和三位循环冗余检查 (CDC)，C0 到 C2。

扩展数据结构包括控制、消息传送和状态数据，总结见表 2。

区段	任务	位数	说明	强制或可选
S1，S2	起始位	2	值 ='0'	强制
M0，M1	消息传送	0，2	串行消息传送通道	可选
F0 - F(q-1)	字段控制	0，1，2，3，4	指定帧数据类型，数据内容或传感器标识	可选
E0 - E(r-1)	状态	0，1，2	错误标志	可选
B0 - B（l-1）	区域 B 数据	0-12	区域 B 数据有效载荷	可选
A0 - A(n-1)	区域 A 数据	10-24	区域 A 数据有效载荷	强制
P 或 C0-C2	奇偶校验或 CRC	1，3	纠错码	强制

表 2：具有子字段的附加 PSI5 数据包可选字段提供更多灵活性。（数据来源：Digi-Key Electronics）

PSI5 系统

NXP Semiconductors RDAIRBAGPSI5-001 是汽车安全气囊控制系统的一种参考设计，显示了基于 PSI5 的传感器设计中的元素（图 4）。

https://www.nxp.com/files-static/analog/doc/user_guide/RDAIRBAGPSI5UG.pdfhttps://www.nxp.com/files-static/analog/doc/user_guide/RDAIRBAGPSI5UG.pdf

https://www.nxp.com/files-static/automotive/doc/fact_sheet/AEPFS.pdfhttps://www.nxp.com/files-static/automotive/doc/fact_sheet/AEPFS.pdf图 4：NXP Semiconductors 安全气囊参考平台设计的框图显示了基于 PSI5 的传感器接口的元素。（图片来源：NXP Semiconductors）

该参考设计使用 NXP PSI5 收发器 ASSP 作为传感器和微控制器之间的接口。ASSP 是一种混合模式（模拟/数字）设备，可处理多种约束系统相关功能。在传感器方面，它最多支持四个传感器通道，提供电源和控制。

PSI5 传感器

加速、温度和压力传感器在车辆中应用很普遍。与安全气囊系统相关的传感器主要是加速计。ECU 附近通常有一个本地加速计。在车辆四周还有多个加速计，称为卫星传感器。安全气囊 ECU 使用来自多个传感器的数据确保故障保护性能。如果卫星传感器检测到减速，ECU 还会轮询本地加速计以验证是否存在“碰撞”事件，而并非加速计故障。

典型的安全气囊加速计是单轴传感器，适用于汽车应用，可配置的传感器范围为 ±30 g 至 ±480 g，量程因素为 2。它支持 PSI5 直接连接，以及同步并行和菊花链双向通信。这些加速计可用于前端或侧面碰撞感应、冲击和振动检测或行人碰撞感应。