Der SPI Bus im Automobilbereich

Was ist SPI?

Beim Serial Peripheral Interface (SPI) handelt es sich um einen seriellen Bus, der für den Master-Slave-Betrieb zwischen Mikroprozessoren und Komponenten von Motorola entwickelt wurde. Der synchron arbeitende SPI-Bus ist vergleichbar dem I2C-Bus von Philips und Microwire von National Semiconductor, er ist allerdings schneller als der I2C-Bus, und eignet sich besonders für Anwendungen mit unregelmäßigem Zugriff, so beispielsweise für die Kommunikation zwischen Mikroprozessoren und Chips für die Signalverarbeitung.

Wo wird SPI verwendet?

SPI wird hauptsächlich geräteintern für die Kommunikation zwischen verschiedenen Schaltungsteilen benutzt, z. B. zwischen einem Controller und Peripherie-ICs. Ein Beispiel hierfür ist ein Temperatursensor, Microcontroller und EEPROM. Der Microcontroller liest den Sensor aus und speichert die Daten auf dem EEPROM. Der komplette Datenaustausch erfolgt über SPI. Der Vorteil von SPI ist in Hinblick auf die Alternative I2C die vielmals höhere Datengeschwindigkeit.

Wo liegt die Problematik von SPI im Automotive Bereich?

Aufgrund des Vorhandenseins von nur zwei Drähten ist die Handhabung des Adressierungs- und Bestätigungsaufwands sehr komplex. Für meterlange Übertragungen ist der SPI Bus ungeeignet insbesondere im Automobilbereich, bei dem es zusätzlich viele Störeinflüsse der Signalübertragung gibt, wie die Zündung oder die Lichtmaschine. Für Fahrzeug interne Netzwerke werden hier besser geeignetere Kommunikationsprotokolle wie CAN oder RS-485 bevorzugt.

SPI Bausteine für den Automobilbereich

Da die SPI Bausteine wie EEPROMs schwierigeren Umwelteinflüssen unterliege und hohen Anforderungen erfüllen müssen, bieten verschiedene IC Hersteller speziell für diesen Zweck gefertigte Bausteine, die eine höhere Temperaturtoleranz besitzen und weniger störanfällig sind.

Ein Beispiel für ein speziell für den Automotive Bereich gefertigte SPI IC sind die AT25080B, AT25160B, AT25320B, and AT25640B von Microchip (ATMEL), deren Temperaturbetriebsbereich (Klasse 1) erweitert wurde und besonders energieeffizent sind. Temperaturbereich Klasse 1 : -40 ° C bis 125 ° C.

SPI Entwicklungswerkzeuge

Um SPI Bausteine zu testen wird ein entsprechender Master benötigt der die Slave-ICs abfrägt und gegenenfalls steuert. Der Aardvark I2C/SPI Host Adapter und Cheetah SPI Host Adapter ist eine Schnittstelle die es Entwicklern erlaubt über Ihren PC direkt auf den SPI Bus zuzugreifen. Der Aardvark I2C/SPI Host Adapter wird über USB angeschlossen und kann die seriellen Datenströme unter Verwendung der I2C und SPI Protokolle übertragen. Mit dem Aardvark können SPI Systenkonfigurationen simuliert, entwickelt und gestet werden. Darüber hinaus besitzt dieser eine umfassende Programmier IC Bilbliothek, mit der mit einem Klick vom PC des Entwicklers der entsprechende IC programmiert werden kann.

Um Bus- oder Übertragungsfehler bei langen Übertragungen zu identifizieren sowie deren Ursprung zu entdecken reicht aufgrund der zu kleinen Speichertiefe ein Oszilloskop nicht aus. Für das Debuggen von SPI empfiehlt sich hierbei ein Protocol Analyzer. Der Beagle I2C/SPI Analysator ist eine hoch leistungsfähige Monitoring-Lösung in einem kompakten, tragbaren Gerät.