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Die Formel für die Daten­trans­fer­zeit

Bei einem Local Inter­con­nect Network (LIN-Bus) ist die Daten­trans­fer­zeit eine wich­tige Größe für die Kommu­ni­ka­tion zwischen Master und Slave.


Markus Wein­gart, Head of Depart­ment Elec­tro­nics, ebm-papst Landshut

Der LIN-Bus ist im Auto­mo­bil­be­reich längst eine etablierte Kommu­ni­ka­ti­ons­lö­sung zur Vernet­zung von Sensoren und Aktoren sowie deren Steue­rungs­ge­räten. In der Heiz­tech­nik­branche gewinnt das seri­elle Feld­bus­system ange­sichts des Erfolgs von Smart-Home-Anwen­dungen rasch an Bedeu­tung, bietet die LIN-Bus-Kommu­ni­ka­tion doch eine schlanke Lösung, um Kompo­nenten wie Pumpe oder Gasge­bläse mitein­ander zu vernetzen und damit intel­li­gente Brenn­wert­thermen möglich zu machen.

Der LIN-Bus ist ein Single-Master-Multi-Slave-System. Der Master – bei einer Brenn­wert­therme die elek­tro­ni­sche Steue­rung – bestimmt, wann der Slave – zum Beispiel das Gebläse – Daten liefern oder Befehle ausführen soll. Dies erfolgt in zykli­schen Zeit­ab­ständen nach einer im Master hinter­legten Zeit­ta­belle. Dieser klare Ablauf­plan defi­niert, wann welche Infor­ma­tionen fließen sollen. Bei unseren Gasge­bläsen empfehlen wir, die für die Rege­lungs­technik rele­vanten Daten, wie zum Beispiel die Dreh­zahl, alle fünfzig Milli­se­kunden abzu­rufen.

Infor­ma­tionen als Schlüssel

Für Daten, die sich nicht so häufig ändern, also Werte zur Tempe­ratur oder Leis­tungs­auf­nahme, reichen größere Zeit­in­ter­valle. Für die Defi­ni­tion der Zeit­ta­belle ist es daher wichtig, die Daten­trans­fer­zeit der verschie­denen Infor­ma­ti­ons­pa­kete zu kennen. Vergleichbar ist das mit der Planung in der Produk­tion: Auch hier müssen einzelne Arbeits­schritte unter Berück­sich­ti­gung der Zeit in eine bestimmte Reihen­folge gebracht werden.

Beispiel für eine LIN-Message eines Gasge­bläses.

Wie lange dauert also die Über­tra­gung eines Daten­pa­kets? Zur Beant­wor­tung dieser Frage hilft ein Blick auf den typi­schen Aufbau einer LIN-Message (siehe Beispiel). Bei einem LIN-Bus darf sie maximal 64 Bits umfassen. Diese Infor­ma­tion reicht jedoch nicht für die Berech­nung der Trans­fer­zeit aus. Hinzu kommt noch ein soge­nannter „Over­head“. Denn bevor die Daten­ab­frage über­haupt startet, sendet der Master Synchro­ni­sa­ti­ons­pulse, damit der Slave vorge­warnt wird und sich auf die Takt­rate des Masters einstellen kann.

Alles in Ordnung

Zudem wird bei jeder Über­tra­gung noch ein „Packet Iden­ti­fier“ (PID) zusammen mit einer Prüf­summe mitge­schickt, um den Inhalt des Daten­pa­kets anzu­kün­digen und zu prüfen, ob die Daten auch korrekt über­tragen wurden. Darauf wird dann ein Sicher­heits­puffer von 40 Prozent aufge­schlagen. Denn wie in der Produk­tion kann ein Arbeits­schritt auch mal länger dauern. Der Produk­ti­ons­plan darf aber deshalb nicht durch­ein­an­der­ge­raten.

Die maxi­male Daten­trans­fer­zeit berechnet sich nach der oben genannten Formel. Der Term t Frame_Nom bezeichnet die Zeit, die es benö­tigt, das Daten­paket mit den Nutz­in­for­ma­tionen inklu­sive Over­head zu über­tragen. Er berechnet sich aus der Anzahl der Bytes multi­pli­ziert mit dem Faktor zehn. Dieser Faktor setzt sich aus der Anzahl der Bits, die ein Byte enthält (acht), sowie jeweils einem Start- und Stopp-Bit pro Byte zusammen.

Mit 44 wird die Anzahl der Bits des Over­heads ange­geben. Der Para­meter t bit = Baud­rate-1 bezeichnet die Baud­rate, eine Einheit, die die Über­tra­gungs­ge­schwin­dig­keit ausdrückt. Bei einem LIN-Bus sind Bitraten von 19,2 kBit pro Sekunde üblich. Bei diesem Wert ergibt sich eine Bit-Trans­fer­zeit von t bit = (19,2 kBit/s)-1 = 52 µs. Eine LIN-Message mit 64 Bits hat demnach eine maxi­male Daten­trans­fer­zeit von etwa neun Milli­se­kunden.

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