Editing Archiv:SI2C

{{Resource
|name=Vereinfachtes I²C
|description=Einwege-Kommunikation
|location=Hauptraum
|resource category=Infrastruktur
|image=SI2C-Timing.png
|ownership=club
|contactnick=derf
|use=careful
|has label=Yes
}}

I²C-ähnliche Twowire-Verbindung, allerdings writeonly und ohne ACKs um die Verwendung von Repeatern zu vereinfachen.

== Hardware ==

Ein SI2C-Bus hat vier Leitungen: GND, VCC, SDA und SCL. SDA und SCL müssen sowohl 3.3V als auch 5V als High-Pegel akzeptieren und high impedance sein, sinnvollerweise werden dazu Optokoppler verwendet (spart auch direkt jegliche Probleme mit ungleichen GND-Pegeln).

Für einen Client gibt es zwei Varianten, am Bus zu hängen:

* Ohne eigenes Netzteil: VCC und GND kommen aus dem Bus. Es sollte damit gerechnet werden, dass VCC auf ~11V runtergehen kann, und am besten werden keine signifkanten Lasten betrieben. 7-Segment-Anzeigen und Relais sind aber kein Problem
* Mit eigenem Netzteil: GND aus dem Bus geht nur zum Eingang der Optokoppler, die restliche Schaltung bekommt VCC und GND aus ihrem Netzteil. Der Bus-VCC wird nicht verwendet

Beispiel für die Variante mit eigenem Netzteil: [https://github.com/chaosdorf/dorfmap/blob/master/client/avrshift/avrshift.png avrshift Schaltplan]. Bei Aufbau ohne Netzteil kommt VCC (SUPPLY-1) aus dem Bus
und es ist GND == GPIOGND.

=== Ratings ===

{| class="wikitable"
|-
! Parameter !! Min !! Max
|-
| VCC || — || 12 V
|-
| SDA/SCL low || -0.1 V || 0.1 V
|-
| SDA/SCL high || 3 V || 5 V
|-
| VCC current || — || 250 mA
|-
| SDA/SCL current @ 3.3V || — || 1 mA
|-
| SDA/SCL current @5V || — || 5 mA
|}

== Protokoll ==

Bitbasiert. Im Ruhezustand sind SDA und SCL low, die erste steigende SCL-Flanke ist auch das erste most significant bit der Übertragung (es gibt keine start condition). Bei jeder weiteren steigenden SCL-Flanke werden weitere Bits eingelesen, beendet wird das ganze durch die stop condition: Fallende SCL-Flanke mit SDA high. D.h.: Falls weitere bits folgen, muss SDA vor der fallenden SCL-Flanke auf low gesetzt werden.

Auf höherer Ebene gilt: Es können beliebig viele Bits / Bytes übertragen werden, solange die least significant (d.h. die letzten) 16 Bit die Geräteadresse sind. Nach einer steigenden SCL-Flanke ist das SDA-Signal für 100µs gültig, d.h. es muss in dieser Zeit eingelesen und verarbeitet werden. Die Low- bzw. High-Phase von SCL dauert je 200µs, nach der stop condition darf beliebig lange nicht auf den Bus reagiert werden. For the record: Die Übertragungsrate ist damit ca. 2kbit/s.

=== TLDR ===

{| class="wikitable"
! SCL !! SDA !! Aktion
|-
| ↑ || <tt>X</tt> || Bit <tt>X</tt> von rechts (als Least Significant Bit) ins Register schieben
|-
| ↓ || 1 || stop condition: Eingabedaten übernehmen
|-
| ↓ || 0 || ''Keine''
|}

[[Image:SI2C-Timing.png]]

AVR-C-Beispiel: [https://github.com/derf/dorfmap/blob/master/avrshift/main.c#L68 avrshift/main.c Z.68ff]

== Kabel ==

[[File:SI2C-Doku.png|thumb|right|400x200px|Kabelwege]]

{| class="wikitable"
! Bus !! Kabel
|-
| feedback1 || [[Schleuse]] an {{H|feedback}} --(( violettes RJ45 ))-- Kabelkanal oberhalb [[Printer/HP2100]] --(( Flachbandkabel entlang Kabelkanal ))-- [[Treppe]]
|-
| feedback1 || Repeater [[Nomspace]] --(( Flachbandkabel ))-- [[Maschinenraum]]
|-
| donationprint1 || [[Schleuse]] an {{H|donationprint}} --(( Flachbandkabel ))-- [[Laptop Lounge]]
|-
| donationprint2 || [[Schleuse]] {{H|donationprint}} --(( 2x rot/weiß Doppellitze ))-- [[Laptop Lounge]] an [[Blinkencontrol]]
|-
|}

=== Pinbelegung 4pol-Flachbandkabel ===

* 1: SDA
* 2: VCC (12V)
* 3: GND
* 4: SCL

=== Pinbelegung 8pol-Flachbandkabel ===

Geplant, für Kombikabel mit CAN und SI2C.

* 1: CANH
* 2: 12V
* 3: CANL
* 4: GND
* 5: SDA
* 6: GND
* 7: SCL
* 8: 5V

== Devices ==

Soft- und Firmware liegen aktuell im [https://github.com/derf/dorfmap dorfmap]-Repo.

{| class="wikitable"
! Bus !! ID !! Firmware !! rev !! Ort !! Funktion
|-
| feedback1 || <tt>0002</tt> || avrshift || 0.04-42-g1a373d3 || Hackcenter Kabelkanal || 12V sink
|-
| feedback1 || <tt>0004</tt> || charwrite-legacy || 0.04-106-g544d694 || <s>Hackcenter</s> || <s>4x7segment (links)</s>
|-
| feedback1 || <tt>0005</tt> || charwrite-legacy || 0.04-106-g544d694 || <s>Hackcenter</s> || <s>4x7segment (rechts)</s>
|-
| feedback1 || <tt>0006</tt> || avrmf || 0.05-28-g5f8445e || <s>Schaufenster</s> || <s>5V source (5 digital, 3 pwm) + Repeater</s>
|-
| feedback1 || <tt>0007</tt> || avrshift || 0.05-38-g7b9a4e3 || Lounge Kabelkanal || 12V sink
|-
| feedback1 || <tt>0008</tt> || blinkencontrol || 0.05-47-g7ce9480 SDASCL_MIXUP || Hackcenter Regal || RGB-LED-Streifen
|-
| feedback1 || <tt>0009</tt> || avrshift || 0.05-69-gcc36007 || Hackcenter Regal || 5V source -> 12V sink -> LED-Streifen im Regal
|-
| feedback1 || <tt>000a</tt> || avrmf || 0.06-44-g7757c9b || Nomspace || 12V out (6 digital, 3 pwm) + Repeater
|-
| feedback1 || <tt>000c</tt> || avrpwm || 0.07-2-g3fff051  || Treppe || 12V out (9 digital, 4 pwm)
|-
| feedback1 || <tt>000d</tt> || avrpwm || 0.08-2-g3a8deec || Maschinenraum || 12V out (9 digital, 4 pwm)
|-
| feedback1 || <tt>000e</tt> || avrpwm || 1.0.2-4-ga5c3047 || Hackcenter || 12V out (9 digital, 4 pwm)
|-
| feedback1 || <tt>000f</tt> || avrmf || 1.0.2-12-gc323689 || Schaufenster || 12V out (7 digital, 4 pwm) + Repeater
|-
| feedback1 || <tt>0010</tt> || charwrite || 1.0.2-17-g188905a || Maschinenraum || 6x7segment
|-
| feedback1 || <tt>0011</tt> || charwrite || 1.0.2-17-g188905a || Küche || 6x7segment
|-
| feedback1 || <tt>0012</tt> || avrpwm || 1.0.2-37-gef59205 || Hackcenter Regal || 12V out (9 digital, 4 pwm)
|-
| feedback1 || <tt>0013</tt> || charwrite || 1.0.2-38-gabb5185 || Hackcenter || 6x7segment
|-
| donationprint1 || <tt>0000</tt> || avrshift || 0.04-42-g1a373d3 || Lounge || 12V out
|-
| donationprint2 || <tt>0001</tt> || blinkencontrol || 0.04-110-gfa20b4e || Lounge || RGB-LED-Streifen
|-
| donationprint2 || <tt>0003</tt> || charwrite-legacy || 0.04-50-gf6641aa || Lounge || 4x7segment
|-
|}

Aktuell gibt es die folgenden Arten von Geräten

=== Master ===

==== Raspberry Pi ====

Ein RasPi kann direkt über zwei GPIO-Pins (+ Ground) als Bus Master angeschlossen werden. Der Bus kann dann mittels [https://github.com/chaosdorf/dorfmap/tree/master/si2c-bitwrite si2c-bitwrite], [https://github.com/chaosdorf/dorfmap/tree/master/si2c-bytewrite si2c-bytewrite] oder [https://github.com/chaosdorf/dorfmap/tree/master/si2c-charwrite si2c-charwrite] (abhängig von der Art des Zielgeräts) bespielt werden.

Die Programme erwarten jeweils die Pin-Nummer des SDA-Pins als erstes und die des SCL-Pins als zweites, also z.B. "si2c-bitwrite 8 11" für gpio8 und gpio11. Die Nummern beziehen sich auf das sysfs (<tt>/sys/class/gpio</tt>), die Pins müssen dort schon als Outputs exportiert sein. si2c-charwrite nimmt zusätzlich die Zieladresse (hi und lo) als drittes und viertes Argument.

Die eigentlichen Daten (inklusive Adresse für bitwrite/bytewrite) werden auf STDIN entgegengenommen. Ein Bit/Byte/String (alles in ASCII) pro Zeile, bei "push" oder EOF wird übertragen. Eine Payload von FE ED CA FE an einen Byte-orientierten Client mit Adresse 000a an GPIO-Pins 8 und 11 wäre dann z.B. <tt>echo "254\n237\n202\n254\n0\n10\n" | si2c-bytewrite 8 11</tt>

=== Client ===

==== avrshift ATTiny2313A ====

Addressierbares Schieberegister. Nimmt Bits entgegen und ordnet sie den digitalen Ausgängen (i.A. 5V oder 12V) zu.

==== avrpwm ATTiny2313A ====

Addressierbares Schieberegister++. Ordnet einen Teil der Eingabe binär (bitweise) den digitalen Ausgängen zu und hat dann noch drei bis vier Bytes für Analog-Ausgänge (8bit-PWM.)

==== avrmf ATTiny2313A ====

avrshift/avrpwm mit Repeater. Hat allerdings zwei Ausgänge weniger, die stattdessen SDA und SCL galvanisch getrennt weiterreichen.

==== blinkencontrol ATTiny2313A ====

Wird direkt mit Animationssequenzen gefüttert, Details siehe [[Blinkencontrol]].

==== 7segment ATTiny2313A ====

Steuert vier 7-Segment-Displays. Empfängt 32 Byte an Daten und legt diese direkt auf die Segmente, Zeichen müssen also schon vorher auf Bytes umgerechnet werden. Es werden immer nacheinander Bytes 1-4, 5-8, 9-12, … angezeigt (d.h. die Position auf dem Display ist byteposition % 4).

==== avr-rs232 ATTiny2313A ====

Bus-Test / Debugger. Gibt empfangene Pakete (Bytefolge inkl. Stop Condition) hexadezimal auf der seriellen Schnittstelle aus, kann mit nem USB-TTL-Adapter ausgelesen werden.

==== avr-rs232 Arduino ====

Bus-Test / Debugger. Gibt empfangene Pakete (Bytefolge inkl. Stop Condition) hexadezimal auf der seriellen Schnittstelle aus, kann mit nem USB-TTL-Adapter ausgelesen werden.

Hat keine galvanische Trennung zum Bus, sollte also nur von einem Laptop ohne angeschlossenes Netzteil benutzt werden.

== Platinen ==

Der Großteil der im Dorf verbauten Platinen ist handgeklöppelt auf Lochraster, inzwischen gibt es aber auch fertige PCBs zum Bestücken.

=== avrmf ===

[[File:avrmf-smd-top.jpg|thumb|right|400x200px|avrmf (obere Seite)]]
[[File:avrmf-smd-bot.jpg|thumb|right|400x200px|avrmf (untere Seite)]]

Kann für avrshift/avrpwm/avrmf genutzt werden, bei Verwendung als Repeater werden die beiden ULN2803-Beinchen oben Links (bei den als avrmf SDA/SCL gelabelten Kontakten) abgeknipst und durch SI2C-Kabel ersetzt.

Serviervorschlag:

* 100nF 0805 auf C2
* 10k 0805 auf R3
* 1k 0805 auf R1, R2, R4, R5
* 0805 LEDs auf ACT/PWR (Pluspol zeigt zum Label, Minuspol zum ULN2803)
* ICs und Wannenstecker wie angegeben
** Die beiden KB817 können auch durch einen KB827, TLV827 o.ä. ersetzt werden
* 330nF oder 1µF auf C1