SENT协议学习总结

  • 1.SENT协议简介
  • 2.基本概念
  • 3.消息定义
    • 3.1 帧结构
    • 3.2 基本规则
    • 3.3 通信格式
    • 3.4 慢通道（slow channel）介绍
  • 4.CRC计算
    • 4.1 快通道CRC Nibble
    • 4.2 慢通道（slow channel）CRC
  • 5.接收策略
    • 5.1运算与校准
    • 5.2接收检测
  • 6. 时钟偏差容忍度

1.SENT协议简介

  SENT 全称：Single Edge Nibble Transmission，中文名称为：单边半字节传输协议，是SAE推出的一种点对点的、单向传输的方案，被用于车载传感器和ECU（Engine Control Unit）之间的数据传输，其主要特点如下:

  • SENT 总线一种数字信号传输协议，相比CAN或Lin成本更低，且具有不错的传输精度和速度，数字数据传输速度可达30kb/s；

  • SENT 总线是单线传输数据，加上电源和地线，总共 3 线；
    在这里插入图片描述

  • SENT 总线单向传输， 数据只能从传感器到 ECU，传输是连续的，不需要请求命令；

  • SENT 总线由帧来传输数据， 或者数据包的形式，每一帧由不同宽度的脉冲即半字节组成；

  • SENT 总线数据的传输可以分为快速通道和慢速通道，重要的信号用快速通道以实现高频率的更新，比如压力等，对于非关键的信号，如诊断等可以放在慢速通道传输；

  • SENT 总线快速通道是每一帧传输一个完整的信号，慢速通道需要多帧来传输一个完整的信号， 即更新频率不同。

(引自： SENT (Single Edge Nibble Transmission)协议接口_sent协议-CSDN博客）

2.基本概念

协议版本（本文）：J2716 JAN2010
  • 脉冲周期：Pulse Period，指SENT协议波形两个连续下降沿之间的时间

图1. 脉冲周期定义

图1. 脉冲周期定义
  • Nibble：半字节，4bit位宽；
  • 时钟节拍：Ttick，也称UT (unit time)，是SENT通信的基本时间单位。

3.消息定义

3.1 帧结构

  每一帧信号都是由同步域，状态&通讯域，数据域，校验域，加一个可选的暂停域构成。

图2. SENT帧结构

图2. SENT帧结构

（1） Calibration/Synchronization
  同步域，协议规定持续56 ticks。接收端（ECU）的tick判定，根据同步域的波形进行运算与校正补偿，产生贴近发送端（Sensor）的实际tick，用以对帧剩下的Nibble进行译码。

（2） Status and Serial Communication
  状态&通讯域，1 Nibble，可译码为4bit数据。通过多个帧中的状态通讯域的拼接可以传递传感器代号，生产厂家和诊断信息，根据状态消息的规则由两种形式：简短型串行信息（Short Serial Message）和增强型串行报文格式（Enhanced Serial Message）。该Nibble的译码信息如下对应：

表1. Status and Serial Communication描述

在这里插入图片描述
注意：校验域的CRC运算不包含状态&通讯域Nibble，在多帧组成的慢通道应用中，有相应的另外的CRC运算操作。

（3）Data
  数据域，最多6个Nibbbles（4bit），即最多 3Byte/帧。数据域的字节定义由不同的应用决定，对于一个特定的应用，数据域的长度是固定的。

（4）CRC/Checksum
  校验域，CRC4。从图2可以看出，考虑CRC Nibble后，最短的帧时间为154ticks，最长为270ticks。具体见下表

表2. 最短帧时间154ticks情形
Case D1 D2 D3 D4 D5 D6 CRC
#1 0 0 0 1 1 0 0
#2 0 0 1 0 0 0 1
#3 1 0 0 0 0 1 0
表3. 最长帧时间270ticks情形
Case D1 D2 D3 D4 D5 D6 CRC
#1 E F F F F E F
#2 F F E F F F E
#3 F F F E E F F

（5） Pause pulse
  暂停域，可选。

(引自： 简单的SENT 协议解析-（1）_sent协议-CSDN博客, SAE J2716_201001协议）

3.2 基本规则

  • 脉冲顺序（即帧结构）是固定的，最小的Pulse Period为12 ticks ；
  • Pulse Period低电平至少维持4ticks，无论是同步域，状态&通讯域，数据域，还是校验域都是；
  • 每一个Nibbbl代表的数值范围仅为[0，15]，其他情况诊断为错误。例如，0（0x0）对应12ticks，15（0xf）对应27ticks；

图3. Nibble波形规则

图3. Nibble波形规则
  • 允许最大时钟节拍时间误差为±20%;
  • 时钟节拍可以设置成介于3-90us;
  • 当时钟节拍时间为3us时，最长允许的一帧数据时长不超过1ms;
  • 编码方案采用4位CRC校验位。

3.3 通信格式

  根据协议，通信格式可以划分为快通道（fast channel）信息，与慢通道（slow channel）信息。
  一般SENT信号由“校验/同步脉冲（同步域）+1个状态Nibble（状态&通讯域）+6个数据Nibble（数据域）+CRC Nibble（校验域）”组成。其中，6个数据Nibble传输的是传感器发出的快通道（fast channel）数据，传输的是主要信息。而状态Nibble中可以存储传感器的额外信息（例如传感器的型号、制造商、环境温度等），构成慢通道（slow channel）数据。
  慢通道分为简短型串行信息（Short Serial Message）和增强型串行信息（Enhanced Serial Message）。简短型串行信息由16帧连续的无错误SENT信号拼接而成，而增强型串行信息由18帧拼接而成。同时增强型根据传递的数据量不同，又可以分为12位数据+8位ID，和16位数据+4位ID两种。
  单个SENT帧可以称为快速帧（fast frames），慢通道也可以称为慢速帧（slow frame），因此两者的关系是：快速帧将传输的数据放在单个SENT帧中，而慢速帧则用于通过多个快速帧传输更长的数据流。
(引自： Single Edge Nibble Transmission (SENT), SENT协议学习)

3.4 慢通道（slow channel）介绍

（1）简短型串行信息格式
  对于本格式，完整的消息由16个连续的SENT帧组成，其中表1 Status and Serial Communication中的Bit3，Bit2情况如下：

  • Bit 3作用：第一个SENT帧中为1，表示一个消息的开始，其余15个帧均为0;
  • Bit 2作用：由每个SENT帧的数据域拼接成数据类型定义。这些类型包括Message ID、Data Byte和相应的CRC值等，此CRC和SENT帧内部的CRC算法一样。MessageID决定了Data Byte数值的意义。

在这里插入图片描述

图4. Short Serial Message帧结构

（2）增强型串行信息格式
  增强型消息可以表示更大的Message ID和Data Byte，该格式需要连续18个SENT帧来完成，由Bit3 和Bit2共同在18个帧中拼接完成。

在这里插入图片描述

图5. Enhanced Serial Message结构

  其中，第8帧中的Status and Serial Communication Bit3，记为configuration bit，可以区分为如下两种功能格式。当configuration bit = 0，慢通道信息组成为：12bit 数据 + 8bit 报文代号message ID；当configuration bit = 1，慢通道信息组成为：16bit 数据 + 4bit 报文代号message ID。

在这里插入图片描述

图6. configuration bit = 0的Enhanced Serial Message

在这里插入图片描述

图7. configuration bit = 1的Enhanced Serial Message

4.CRC计算

4.1 快通道CRC Nibble

多项式：x4 + x3 + x2 + 1 ，seed value：0101。

（1） 传统方法实现

  • 代码
CheckSum = 5; % initialize checksum 
for I=1:numNibbles 
    tempCS = data(I)+CheckSum*16; 
    CheckSum = CRC4Table(tempCS+1); 
End
  • 数组
    在这里插入图片描述
图8. 256个元素的数组

（2） 协议推荐方法实现
  使用与传统计算相同的种子值和多项式，但在CRC计算中还将消息数据增加了额外的4个零位。

（2.1）256个元素数组实现
  CRC校验和可以通过一系列左移4位（相当于乘以16）操作，接着进行一个256元素数组查找来实现。校验和的计算通过按顺序使用所有数据字节，然后将结果与额外的零值一起进行校验和计算。

  • 代码
CheckSum = 5; % initialize checksum 
for I=1:numNibbles 
    tempCS = data(I)+CheckSum*16; 
    CheckSum = CRC4Table(tempCS+1); 
end 
% checksum with an extra “0” value 
tempCS = CheckSum*16; 
CheckSum = CRC4Table(tempCS+1);
  • 数组（同图8数组）

（2.2）16个元素数组实现
  CRC校验和可以通过逐位异或操作与一个16元素的数组查找来实现。校验和的计算通过按顺序使用所有数据字节，然后将结果与额外的零值一起进行校验和计算。

  • 代码
%CRC table for poly = 0xd 
crc4_table = [0 13 7 10 14 3 9 4 1 12 6 11 15 2 8 5 ];  % array

CheckSum16 = 5; % initialize checksum 
for I=1:numNibbles 
  CheckSum16 = bitxor(uint8(data(I)), uint8(crc4_table(CheckSum16+1))); 
end 
% checksum with an extra “0” value 
CheckSum16 = bitxor(uint8(0), uint8(crc4_table(CheckSum16+1)));

4.2 慢通道（slow channel）CRC

（1） Short Serial Message 格式的CRC(4 bit)
  算法同快通道，通过吃入消息ID（4 bit）和2个Nibbles（8bit）求得。

（2）Enhanced Serial Message 格式的CRC(6 bit)
  该CRC值是根据第7到第18帧的串行数据消息位#2和#3的内容计算得出的，包括12位数据字段（第7-18帧的串行数据消息位#2）、8位消息ID（第9-12帧，第14-17帧的串行数据消息位#3）、第8帧的配置位（串行数据消息位#3），以及第7、13和18帧串行数据消息位#3的0。为了进行CRC计算，位应按以下顺序排列见图
在这里插入图片描述

图9. Enhanced Serial Message 格式的CRC

  多项式：x6+x4+x3+1，seed value：010101 (0x15)。末位补6个0便于CRC运算，mcrc = [m0 m1 m2 ……. m21 m22 m23 0 0 0 0 0 0]。CRC校验和可以通过按位异或操作，利用一个64元素数组来实现。

% Table-based CRC generation with Matlab 
% 24-bit message data 
% data = 4 x 6-bit  (Attention: Difference to 4-bit nibbles) 
% CRC table for poly = 0x59  (x^6+x^4+x^3+1) 
% Seed 0x15  (21 in decimal) 
  crc6_table = [ 
   0  25  50  43  61  36  15  22  35  58  17   8  30   7  44  53    
  31   6  45  52  34  59  16   9  60  37  14  23   1  24  51  42   
  62  39  12  21   3  26  49  40  29   4  47  54  32  57  18  11 
  33  56  19  10  28   5  46  55   2  27  48  41  63  38  13  20 ]; 

CheckSum64 = 21; % initialize checksum 
for I=1:4   
  CheckSum64 = bitxor(uint8(data(I)), uint8(crc6_table(CheckSum64+1))); 
end 

% checksum with an extra “0” value (message is augmented by six zeros) 
CheckSum64 = bitxor(uint8(0), uint8(crc6_table(CheckSum64+1)));

5.接收策略

5.1运算与校准

  ECU检查同步段的时间长度，如果算出来的时钟数和理论上的时钟数相差±20％以内，则认定为一个新数据的开始，并且此后的时钟数的计算将以此同步段换算出来的clock时间为基准，进行计算。
  例如，对于一个3us时钟的计算如下：
  同步段理论时间：3us*56＝168us
  时钟比例 K= 同步段测量的时间值/168 us（K∈[0.8，1.2]）
  数据Ｎ的值：Data Value N = Round[(数据Ｎ的测量时间/K – 36 us)/3us]

  此外，接收端还需要依据J2726编写相应的CRC计算方法，才能检验CRC是否正确。

(引自： 关于对SENT信号传输协议的理解）

5.2接收检测

  当出现如下任何一种情况时，接收端认为出现错误：

  • 同步段时间超出理论时间的±25%；
  • 两个同步段之间的下降沿数不等；
  • Checksum不匹配；
  • 计算出的Nibble值在0-15之外；
  • 连续两次的同步段时间比例大于±1/64；

  上述任何错误都将导致接收器重新开始搜索有效的校准脉冲，以同步接收与发射设备的消息开始。诊断将允许在±25%时间范围内接收消息。然而，只有最大±20%时间范围的系统才会被认证为符合SENT要求。

6. 时钟偏差容忍度

发送器/接收器都有自己的时钟偏差，根据协议，容忍度如下表：

表4. Clock tolerance

在这里插入图片描述

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