浅析HiL中智能传感器PSI5整体简介
随着汽车内智能传感器使用的增加，传统的传感器信号不能满足传输丰富的编码信息以及emc要求。psi5（外围传感器接口）作为汽车传感器的开放标准接口，可以更好地满足动力/安全/底盘/舒适域控制器的应用安全。psi5诞生于已成熟使用的ecu外围传感器接口，如bosch等厂商将psi5应用于esp、安全气囊、主动悬架、自动驾驶等ecu与加速度、角速度、压力、位置等传感器的通讯当中。
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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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。
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》 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
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