BE-IIS-HPP-T1S

Überblick

Der BE-IIS-HPP-T1S ergänzt einen Raspberry Pi um 10BASE-T1S-Ethernet. Er basiert auf dem Microchip-LAN8651-Ethernet-MAC-PHY und ist für Multidrop-Single-Pair-Ethernet-Netze ausgelegt.

10BASE-T1S ermöglicht 10-Mbit/s-Kommunikation über ein verdrilltes Adernpaar. Es eignet sich zur Bewertung eines gemeinsam genutzten Busses mit mehreren Knoten – im Unterschied zur Punkt-zu-Punkt-Topologie von 10BASE-T1L.

Linux-Integration

Der LAN865x-Treiber kommuniziert per SPI mit dem Controller und verwendet die OA-TC6-Transportschicht. Der BE-IIS Installer lädt die benötigten Treibermodule, installiert das gewählte Overlay und stellt dauerhafte Schnittstellennamen bereit.

Ein HAT im Instanzmodus I heißt normalerweise beiis-t1s0; weitere Instanzmodi erhalten entsprechende dauerhafte Namen.

PLCA und Netzwerkkonfiguration

10BASE-T1S nutzt Physical Layer Collision Avoidance (PLCA) für vorhersehbaren Zugriff auf das Multidrop-Medium. Alle Knoten eines Segments müssen kompatible Physical-Layer-Einstellungen verwenden.

PLCA mit ethtool konfigurieren

PLCA gibt dem gemeinsam genutzten 10BASE-T1S-Medium eine vorhersagbare Sendereihenfolge. Alle Knoten eines Segments verwenden dieselbe Knotenanzahl und eindeutige Node IDs. In diesem Beispiel ist Node ID 1 der PLCA-Koordinator; weitere Knoten nutzen 0, 2, 3 usw.

Aktive Konfiguration auslesen:

ethtool --get-plca-cfg beiis-t1s0

Den Koordinator (Node ID 1) für ein Segment mit acht Knoten konfigurieren:

sudo ethtool --set-plca-cfg beiis-t1s0 \\
  enable on coord on node-id 1 node-cnt 8 to-tmr 32 burst-cnt 0

Ein normaler Knoten verwendet dieselbe Knotenanzahl, aber eine eigene ID ohne Koordinator-Modus:

sudo ethtool --set-plca-cfg beiis-t1s0 \\
  enable on coord off node-id 2 node-cnt 8 to-tmr 32 burst-cnt 0
ethtool --get-plca-cfg beiis-t1s0

Mit enable off wird zu CSMA/CD zurückgekehrt. Der PLCA Bandwidth Calculator hilft bei Knotenanzahl und Timing. Der Linux Command Builder kann auch ethtool-PLCA-Befehle erzeugen und erklären.

PLCA-Beispiel mit zwei Knoten

Die Produktbeispiele konfigurieren zuerst eindeutige PLCA-Node-IDs und setzen danach IP-Adressen. Ist Node ID 1 der Koordinator, kann der andere Endpunkt Node ID 0 verwenden:

sudo ethtool --set-plca-cfg beiis-t1s0 enable on node-id 0 node-cnt 8
sudo ip addr add 10.10.10.1/24 dev beiis-t1s0
sudo ip link set beiis-t1s0 up

Der zweite Endpunkt verwendet dieselben Befehle mit Node ID 1 und Adresse 10.10.10.2/24. Die Testskripte automatisieren das vollständige Zwei-Knoten-Setup:

cd ~/be-iis-installer/products/BE-IIS-HPP-T1S-REVB/test
./test_target1.sh     # Node ID 0
./test_target2.sh     # Node ID 1

CAN über eine 10BASE-T1S-Verbindung

Die CAN-over-TCP-Bridge im Installer transportiert Classical-CAN- und CAN-FD-Frames zwischen zwei SocketCAN-Schnittstellen. Die T1S-Verbindung stellt den IP-Pfad zwischen den Raspberry Pis bereit; die Bridge nutzt standardmäßig TCP-Port 29536.

cd ~/be-iis-installer/examples/can-gateway/can-tcp-bridge
./can_tcp_bridge.py 10.10.10.2 beiis-can0    # erstes Gateway
./can_tcp_bridge.py 10.10.10.1 beiis-can0    # zweites Gateway

Das Gateway mit der niedrigeren IP-Adresse lauscht automatisch, das andere verbindet sich. Die Bridge arbeitet bidirektional und verhindert TCP-zu-CAN-zu-TCP-Rückkopplungsschleifen.

Quelle: CAN TCP Bridge example.

UDP-Durchsatz und SPI-Takt

Die T1S-Produktdokumentation enthält eine gemessene UDP-Durchsatzmessung über die angeforderte SPI-Taktfrequenz. Die Ethernet-Physical-Layer arbeitet mit 10 Mbit/s, aber auch die SPI-Verbindung zwischen Raspberry Pi und MAC-PHY muss passend konfiguriert sein.

cd ~/be-iis-installer/products/BE-IIS-HPP-T1S-REVB/test/pi-speed-sweep
./t1s_spi_sweep.sh

MAC-PHY und SPI-Durchsatz

Bei kleinen UDP-Paketen kann der SPI-Transfer-Overhead begrenzen, bevor die 10-Mbit/s-Ethernet-Verbindung ausgelastet ist. Bei Bedarf die SPI-Taktfrequenz erhöhen, um die benötigte Datenrate zu erreichen. Das Ergebnis immer mit realer Paketgröße und dem Verkehrsmuster der Anwendung prüfen.

T1L-/T1S-Medienkonverter

Ein BE-IIS-T1L-, T1S- oder 2T1L-HAT kann zusammen mit dem BE-IIS-LAN-HAT als transparenter Layer-2-Medienkonverter zwischen klassischem Ethernet und Single Pair Ethernet arbeiten. Die Weboberfläche konfiguriert die Bridge und zeigt Link, PLCA sowie Verkehrsdaten und Diagnose an. Das ist Ethernet-Bridging, keine CAN- oder Modbus-Protokollumsetzung.

Die T1L/T1S-Interface-Converter-Anwendung beschreibt den vollständigen Aufbau. Implementierung und Weboberfläche stehen im BE-IIS-Network-Web-Repository bereit.