PiBridge – die Kommunikationsschnittstelle der Revolution Pi Module

Die PiBridge Steckbrücke ist das zentrale Verbindungselement zwischen den Basismodulen der RevPi Core und RevPi Connect Serie und den RevPi Erweiterungsmodulen. Sie ermöglicht eine effiziente und schnelle Kommunikation zwischen den Modulen und sorgt für eine automatisierte Erkennung und Konfiguration während des Systemstarts.

Über die PiBridge Schnittstelle können bis zu 10 Erweiterungsmodule an ein RevPi Core oder RevPi Connect Basismodul angeschlossen werden. Neben einer RS485-Schnittstelle für I/O-Module verfügt die PiBridge über zwei Ethernet-Kanäle, die speziell für die Anbindung der RevPi Gateways genutzt werden. Dadurch lässt sich der Revolution Pi flexibel erweitern und nahtlos in industrielle Netzwerke integrieren.

Technische Eigenschaften der PiBridge

Buskopplung der RevPi Erweiterungsmodule durch einen 20-poligen Systemstecker
4 digitale Signalleitungen zur Steuerung der initialen Modul- und Positionserkennung
2 Signalleitungen für einen schnellen RS485-Datenkanal
8 Signalleitungen für jeweils einen eigenständigen bidirektionalen 100 MBit/s Ethernet-Datenkanal rechts und links des RevPi Basismoduls

Schaubild zur Pinbelegung der PiBridge — Pinbelegung der PiBridge.

Funktionsablauf

Startphase

Beim Starten des Systems (oder einem Neustart der PiBridge) befinden sich alle angeschlossenen Module in einem „Erkennungsstatus". Der Ablauf:

Nur das unmittelbar rechts neben dem RevPi Basismodul installierte RevPi Erweiterungsmodul wird für die RS485-Kommunikation freigeschaltet und tauscht mit dem piControl Treiber Statusdaten aus.
Der Treiber erkennt den Modul-Typ und vergleicht ihn mit dem in einer Konfigurationsdatei vorliegenden Modul-Typ. (Die Datei musst Du zuvor mit PiCtory, dem grafischen Konfigurationstool erstellen.)
Bei Übereinstimmung bekommt das Erweiterungsmodul seine spezifischen Konfigurationsdaten, darunter auch eine Moduladresse im System.
Ist ein Modul fertig erkannt und konfiguriert, schaltet es über die Steuerleitungen das nächstgelegene Nachbarmodul auf seiner Seite durch.
Sind alle Module der rechten Seite konfiguriert, fährt das RevPi Basismodul mit der Freischaltung, Erkennung und Konfiguration der linken Seite fort, bis alle Module erkannt und konfiguriert sind.
Danach wird der Busabschluss auf den jeweils letzten Modulen zugeschaltet und die zyklische RS485-Kommunikation mit hoher Übertragungsrate gestartet.
Parallel dazu wird die zyklische Kommunikation über die Ethernet-Kanäle gestartet.

Wichtig: Wenn die vorgefundene Konfiguration von der Konfigurationsdatei abweicht, läuft piControl in einen Fehlerstatus, was durch LED-Anzeigen signalisiert wird.

Zyklische Übertragung auf den Ethernet-Kanälen

Die Ethernet-Kanäle der PiBridge werden aktuell ausschließlich für die RevPi Gateways verwendet, um pro Zyklus bis zu 512 Byte Daten jeweils in Ein- und Ausgaberichtung zwischen RevPi Basismodul und RevPi Gateway zu übertragen. Unsere RevPi I/O-Module sind nicht an diesen Kommunikationskanal angeschlossen, sondern leiten den Kanal einfach zum nächsten Modul über den PiBridge Stecker weiter. Da das RevPi Basismodul auf beiden Seiten über unabhängige Ethernet-Kanäle verfügt, kann jeweils ein Gateway pro Seite angeschlossen werden. Ausnahmen sind der RevPi Connect 4, RevPi Connect SE und RevPi Core SE – hier ist der Anschluss von RevPi Gateways nicht möglich. Beim RevPi Connect S kann ein Gateway ausschließlich auf der linken Seite angeschlossen werden.

Zukünftige Erweiterungsmodule, die die Ethernet-Kanäle für große Datenmengen nutzen sollen, können über einen integrierten Ethernet Switch jeweils einen Kanal anzapfen und somit mehr als ein Modul mit Ethernet-Anbindung pro Seite ermöglichen. Da die RevPi Gateways keine integrierten Switchfunktionen besitzen und ihr Abschlusswiderstand auf dem RS485-Kanal immer zugeschaltet ist, müssen sie immer am äußeren Steckplatz des Revolution Pi Systems platziert werden.

Zyklische Übertragung auf den RS485-Kanälen

Auf dem RS485-Kanal werden während der Startphase des Systems Status- und Konfigurationsdaten übertragen. Da zu diesem Zeitpunkt noch nicht bekannt ist, welche Module jeweils am Ende der RS485-Leitung montiert sind, ist der Busabschluss offen und die Übertragungsrate reduziert.

Nach Abschluss der Startphase sind die jeweils letzten Geräte am Bus bekannt und bekommen das Kommando zur Einschaltung des Abschlusswiderstands (Ausnahme sind hier die RevPi Gateways, die diesen Busabschluss immer eingeschaltet haben). Danach schalten alle Busteilnehmer die Datenübertragungsrate auf den maximalen Wert von 115,2 kbit/s und tauschen zyklisch die Ein- und Ausgangsdaten aus. Dieser Datenaustausch verwendet ein für diesen Zweck definiertes eigenes (proprietäres) Protokoll, das für kleine Datenmengen von wenigen Bytes pro Telegramm optimiert wurde.

Für die Experten: Wir haben das Verhältnis von Payload zu Gesamtlänge durch minimalen Protokoll Overhead verbessert.

Dieser Blogbeitrag wurde erstmals im Jahr 2016 veröffentlicht. Technische Spezifikationen könnten sich evtl. seitdem geändert haben.