Befehle

Das Protokoll definiert elf fortlaufend numerierte Funktionen, die in den folgenden Abschnitten dokumentiert werden. Weitere Details zur Implementierung stehen im Quellcode der Firmware.

Verbindung herstellen

Bevor ein Steuerrechner mit der Kommunikation beginnt, sollte er die Verbindung mit dem Befehl CMDCONNECT herstellen. Er kann so entscheiden, ob die Peripherie initialisiert oder unverändert von dem Vorgänger übernommen werden soll, zwingend nötig ist das aber nicht.

Das Antwortpaket ist die Bestätigung, daß die Verbindung erfolgreich aufgebaut werden konnte. Es enthält die Nummer des seriellen Eingangs, auf dem der Befehl empfangen wurde.

Ab diesem Moment zeigt die Leistungselektronik die aktive Kanalnummer in ihrem Display an und ist für die anderen Kanäle gesperrt. Die Peripherie kann normal gesteuert werden.

Verbindung trennen

Braucht der Rechner die Verbindung nicht mehr, kann er sie mit CMDDISCONNECT trennen.

Die Antwort wird noch komplett gesendet, weitere Befehle aber nicht mehr angenommen.

Nach dem Senden der Antwort wechselt die Leistungselektronik wieder in den Suchmodus und ist offen für den nächsten Versuch, eine Verbindung aufzubauen.

Verbindung erhalten

Die Firmware trennt die Verbindung nach einer gewissen Zeit der Inaktivität, wenn keine Befehle empfangen wurden. Damit dies nicht eintritt, kann der Rechner den Befehl CMDKEEPALIVE senden. Er hat keine Wirkung auf die Peripherie, hält die Verbindung aber offen.

Weder Befehl noch Antwort enthalten irgendwelche Parameter, da sie nicht auf die Peripherie zugreifen und auch sonst keine Veränderungen auslösen.

Signale verändern und auslesen

Der Zustand eines Signals wird von der Firmware in einem vier Bit breiten Wert codiert, die Bits (3, 2, 1, 0) stehen für (reserviert, grün, gelb, rot), wobei ein gesetztes Bit die betreffende Leuchtdiode einschaltet. Das Protokoll stellt eine einzige Funktion zur Steuerung aller Signale zur Verfügung, mit der beliebige Manipulationen aller Signale auf einmal möglich sind. Dazu wird der codierte Status jedes Signals zuerst mit einer Bitmaske AND-verknüpft und dann mit einer weiteren XOR-verknüpft. Das Ergebnis bestimmt den neuen Zustand des Signals und wird von der Funktion auch als Ergebnis zurückgegeben. Auf diese Weise können alle LEDs unabhängig voneinander eingeschaltet, ausgeschaltet, negiert oder einfach nur abgefragt werden. Die Bitmasken müssen nur passend zur gewünschten Aktion gesetzt sein.

Mit den Parametern ist es zwar möglich, den Status einer LED zu negieren, dies ist aber unsicher. Empfängt der Steuerrechner keine Antwort auf so einen Befehl, weiß er nicht, ob dieser doch ausgeführt wurde und kennt somit auch den aktuellen Zustand nicht mehr. Es ist daher besser, den Status immer nur absolut zu verändern.

Weichen stellen und auslesen

Nach dem selben Prinzip wie bei den Signalen werden auch die Weichen und ähnliche Peripherie wie Lampen angesteuert. Der Status der vier Ausgänge ist in einer Bitmaske zusammengefaßt, ein gesetztes Bit an Position i schaltet die Weiche am Ausgang PNTi auf das Nebengleis um oder aktiviert einen dort angeschlossenen Verbraucher. Dieser Status wird mit zwei Bitmasken nacheinander AND-verknpüft und XOR-verknüpft. Das Ergebnis steuert den Weichentreiber und wird mit dem Antwortpaket an den Steuerrechner zurückgeliefert.

Das Antwortpaket enthält zusätzlich den aktuellen Zustand der Weichentreiber. Dies kann für eine Anwendung von Interesse sein, weil die Schaltbefehle von der Leistungselektronik unter Umständen mit einer geringen Verzögerung umgesetzt werden.

Mit den Parametern ist es möglich, den Status einer Weiche zu negieren, dies ist aber aus den selben Gründen wie bei der Signalsteuerung nicht zu empfehlen.

Kontaktstatus abfragen

Mit der Funktion CMDCONTACTS kann der Zustand der Kontakte ausgelesen werden. Sie liefert neben dem momentanen Status der einzelnen Reedkontakte auch Informationen über registrierte Ereignisse. Dabei wird von jedem Kontakt die Richtung der letzten Auslösung und ein Sequence Counter protokolliert. Die Counter werden bei jedem Ereignis inkrementiert und geben auf diese Weise an, ob und wie viele Ereignisse seit der letzten Abfrage stattgefunden haben. Bei diesem Protokoll gehen auch bei einer schlechten Verbindung keine Ereignisse verloren.

Der Aufrufer muß die Daten auswerten und daraus die für ihn interessanten Ereignisse ableiten.

Gleistreiber setzen und auslesen

Über den Befehl CMDTRACKS können die Einstellungen der beiden Gleistreiber gesetzt oder gelesen werden. Dazu gehört neben dem Modus (hochohmig, vorwärts, rückwärts oder bremsen) auch eine Einstellung der Geschwindigkeit. Der Aufrufer kann je nach Bedarf eine konstante PWM vorgeben oder einen Regelalgorithmus aktivieren, der eine bestimmte Zielgeschwindigkeit zu erreichen versucht und dazu die PWM eigenständig anpaßt. Zwei Bits im Befehlspaket geben an, ob die Einstellungen des jeweiligen Treibers geändert oder nur gelesen werden sollen. In jedem Fall werden die (resultierenden) Parameter als Antwort zurückgegeben.

Beim Bremsen kann die Intensität über die PWM-Rate eingestellt werden. Je größer der Wert, desto schneller kommt der Zug zum stehen. Es macht hierbei keinen Sinn, den Regelalgorithmus zu benutzen. Wird er trotzdem aktiviert, bremst die Firmware stattdessen mit voller Intensität.

Der Zug fährt um so schneller, je höher das Tastverhältnis oder die Geschwindigkeit gewählt werden. Die höchste mögliche Geschwindigkeit hängt vom Triebwagen ab und einer der Steuertabellen entnommen werden, typische Werte liegen knapp unter 45.

Sensoren der Gleistreiber auslesen

Die Gleistreiber sind mit einer Reihe von Sensoren ausgestattet, die Kurzschlüsse erkennen, auf den Gleisen stehende Triebwagen detektieren und ihre Geschwindigkeit messen können. Die beiden letzteren werden allerdings nur in Abständen von 0,2 Sekunden während der Fahrt oder 1,0 Sekunden im Stillstand aktualisiert. Daher gibt es für jeden Gleistreiber ein Bit, das beim Eintreffen neuer Daten negiert wird. Der Benutzer muß die Bits auf Veränderungen überwachen, wenn er an aktuellen Daten interessiert ist.

Die Kurzschlußerkennung überwacht beide Gleistreiber gemeinsam. Daher braucht sie unter Umständen einen kurzen Moment, bis sie die genaue Ursache erkannt und den dazugehörenden Treiber abgeschaltet hat. In dieser Zeit kann auch das unbeteiligte Gleis abgeschaltet werden, in der Regel dauert dies aber nur einige Sekundenbruchteile.

Die Geschwindigkeiten werden unabhängig von der Richtung des Zuges immer positiv angegeben. Der Wert entspricht ungefähr Zentimetern pro Sekunde, typische Werte für die Triebwagen der Anlage liegen bei maximal 45 (siehe Steuertabelle).

Globalen Status austauschen

Die bisher vorgestellten Funktionen zur Steuerung der Peripherie erlauben einen detaillierten Zugriff auf alle Parameter. Sie erweisen sich jedoch als unhandlich, wenn das Steuerprogramm mehrere Aktionen auf einmal durchführen will. Für deren Umsetzung muß eine ganze Reihe von Befehlen erzeugt werden, die Ausführung dauert entsprechend lang. Die hier beschriebene Funktion steuert die gesamte Peripherie auf einmal, ist dafür aber in ihren Möglichkeiten leicht eingeschränkt. Sie kann insbesondere Kontakte nur als Paar und nicht mehr einzeln auslesen.

Die genaue Bedeutungen der Parameter sind bei den jeweiligen Spezialfunktionen dokumentiert.

Diese Funktion ist für alle Szenarien gut geeignet, in denen das Steuerprogramm den Zustand der Leistungselektronik in seinem Speicher festhält und in regelmäßigen Abständen mit der Hardware abgleichen will.

Reset der Peripherie

Auf Wunsch kann die Firmware den Zustand der Peripherie wieder in den Einschaltzustand bringen. Alle Signallampen werden abgeschaltet, die Weichen auf Geradeausfahrt umgestellt, Züge angehalten und der Kontaktzustand zurückgesetzt. Hinterher sind sowohl deren Sequence Counter als auch die zuletzt registrierten Ereignisse auf Null zurückgesetzt.

Fehlerzähler lesen und zurücksetzen

Die Leistungselektronik verwaltet im EEPROM des Mikrocontrollers insgesamt 13 Fehlerzähler, die bei Problemen inkrementiert werden, bis sie bei 255 in die Sättigung gehen. Die Funktion CMDEEPROM kann alle Zähler einzeln auslesen und auf Null zurücksetzen.

Die Zähler bleiben über Neustarts hinweg erhalten und können zu einem beliebigen Zeitpunkt abgefragt und zurückgestellt werden. Sie sind ab Null numeriert.

Die Löschung eines Zählers wird von der Firmware nur vorgemerkt und zum nächstmöglichen Zeitpunkt ausgeführt, was einige Millisekunden dauern kann. Zugriffe auf das EEPROM sind nur möglich, wenn der Speicher gerade nicht anderweitig gebraucht wird. Entsprechend kann die Firmware diesen Befehl mit einem Fehler zurückweisen, das Steuerprogramm muß ihn dann zu einem späteren Zeitpunkt wiederholen.

Stephan Höhrmann
Letzte Änderung am 02.03.2006