PiBridge: die Kommunikationsschnittstelle der RevPi Module

Die PiBridge wurde bereits häufig erwähnt – doch welche Funktion übernimmt sie eigentlich? Was macht diesen Backplane-Bus so wichtig für die Kommunikation zwischen den RevPi Core bzw. RevPi Connect Basismodulen und den RevPi Erweiterungsmodulen?

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 Pin-Belegung der PiBridge — PiBridge Pin-Belegung.

Funktionsablauf

Startphase

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

Zuerst wird nur das unmittelbar rechts neben dem RevPi Basismodul installierte RevPi Erweiterungsmodul für die RS485-Kommunikation freigeschaltet. Dieses tauscht mit dem piControl Treiber Statusdaten aus.
Der Treiber erkennt den Modultyp und vergleicht ihn mit dem in der Konfigurationsdatei hinterlegten Typ. – Die Datei musst du zuvor mit PiCtory, unserem grafischen Konfigurationstool, erstellen.
Bei Übereinstimmung bekommt das Erweiterungsmodul seine spezifischen Konfigurationsdaten, darunter auch eine Moduladresse im System. – Module, die zwar angeschlossen, aber nicht in der Konfiguration enthalten sind, werden von piControl ignoriert. Mit “piTest -d” kannst du sehen, ob solche Module vorhanden sind.
Sobald ein Modul erkannt und konfiguriert wurde, schaltet es über die Steuerleitungen das nächstgelegene Nachbarmodul auf seiner Seite frei.
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.

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 nutzen diese Kommunikationskanäle nicht, sondern leiten sie lediglich 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.

Zyklische Übertragung auf den RS485-Kanälen

Auf dem RS485-Kanal werden während der Startphase des Systems Status- und Konfigurationsdaten übertragen. Die Übertragungsrate beträgt dabei durchgängig 115.200 Baud (115.200 Bit/s) – sowohl während der Modulerkennung als auch in der anschließenden zyklischen Kommunikation.

Sobald die jeweils letzten Geräte am Bus bekannt sind, erhalten sie das Kommando zur Einschaltung des Abschlusswiderstands (Ausnahme sind hier die RevPi Gateways, die diesen Busabschluss immer dauerhaft aktiviert haben). Danach tauschen alle Busteilnehmer zyklisch ihre Ein- und Ausgangsdaten aus. Dieser Datenaustausch verwendet ein speziell dafür entwickeltes proprietäres Protokoll, das für kleine Datenmengen von wenigen Bytes pro Telegramm optimiert wurde.

Für die Experten: Das Verhältnis von Nutzdaten zu Gesamtlänge wurde durch einen minimalen Protokoll-Overhead verbessert.

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