RoboBus

Логотип шины RoboBus

RoboBus - открытый стандарт системной шины, предназначенной для взаимодействия электронных модулей в роботехнике.

Содержание

1 История
2 Основные особенности
3 Системный разъем
4 Правила совместного использования модулей на шине RoboBus
5 Требования по совместимости модулей с RoboBus

История

Прототипом шины RoboBus является шина из проекта МиниБот. Не считая небольших оговорок, RoboBus в точности повторяет шину этого проекта и отличается только четко прописанными правилами разработки модулей на этой шине, гарантирующими максимальную возможность одновременного использования любых модулей (в разумных пределах, разумеется). Дата появления первой детальной спецификации шины - 12.09.2008. Разработчики первой версии шины: EdGull, blindman, =DeaD=.

Основные особенности

Изначально шина проектируется для схемы с главным МК и множеством подчиненных модулей, хотя в принципе главные МК по каждому интерфейсу (SPI/I2C/UART) могут быть разными, а на шине I2C вообще есть режим Multimaster;
Использовано основное напряжение питания 3.3В, так как на нём работает большое количество периферии (радиомодули, карты памяти, экранчики от сотовых и т.п.) и многочисленные высокопроизводительные микроконтролеры (серия AVR xmega, AVR32, ARM);
На разъем выведены интерфейсы I2C(TWI), UART, SPI - все модули с этими интерфейсами могут быть прозрачно подключены к шине почти без доработок;
Возможно программирование любого модуля через системный разъем (не надо делать на плате 2 разъема - шины и программатора);
Возможно восстановить МК после неправильного выставления FUSE-битов и наличии соответствующего программатора (на разъем через джампер выведен вывод XTAL1 МК);
Наиболее вероятным контроллером, который будет использоваться в модулях и под который в некоторой степени оптимизирована шина, считается AVR;

Системный разъем

В качестве системного разъема используется IDC-14.

Обратите внимание! Для нумерации системного разъема используется "шахматный" порядок, т.е. фактически номера контактов разъема совпадают с номерами проводов в соединительном шлейфе.

Номер Pin	Назначение	Расшифровка
1	GND	Земля
2	3.3V	Очищенное питание для всей электроники +3.3V
3	RES	Сигнал RESET (Программатор)
4	MOSI	Сигнал MOSI (Программатор)
5	MISO	Сигнал MISO (Программатор)
6	SCK	Сигнал SCK (Программатор)
7	GP2\XTAL1	Вход\выход общего назначения №2 \ Тактирование МК
8	GP1	Вход\выход общего назначения №1
9	GP0	Вход\выход общего назначения №0
10	SDA	Шина I2C
11	SCL	Шина I2C
12	TxD	Асинхронный выход данных (от главного МК к модулю)
13	RxD	Асинхронный вход данных (от модуля к главному МК)
14	5V	Очищенное опциональное питание +5.0V

Правила совместного использования модулей на шине RoboBus

Использование линий питания

В системе допускается существование всего 1 источника очищенного питания по линии 3.3V, все остальные модули должны потреблять это питание;
Также не допускается существование нескольких источников очищенного питания по линии 5V.
Общий ток, потребляемый по линиям 3.3V и 5V, не должен превышать 1А в каждом случае (это ограничение обусловлено используемыми разъемами шины).
Рекомендуется источник питания для системы, использующей RoboBus, проектировать таким образом, чтобы он мог обеспечить ток по линиям 3.3V и 5V не менее 1А .
Контроль за не превышением допустимого тока потребления по линиям 3.3V и 5V возложен на пользователя модулей (как и в архитектуре персонального компьютера - за требуемой мощностью источника питания следит тот, кто собирает компьютер).

Использование интерфейсов SPI\I2C\UART модулями

При использовании SPI только один модуль может выступать мастером SPI.
При использовании UART только один модуль может передавать данные по линии TXD.
При использовании UART только один модуль может передавать данные по линии RXD.

Использование программаторов с RoboBus-модулями

Программатор, напрямую подключаемый к шине RoboBus, должен удовлетворять всем её спецификациям. Особенно внимательно стоит отнестись к уровням напряжений. При выдаче на шину сигнала выше 3.6В на любую линию, кроме 5V, может произойти необратимое разрушение низковольтных микросхем используемых модулей.
Для использования программаторов, которые не работают с 3.3В схемами или питаются не от схемы и выдают на сигнальные линии 5V, будет необходимо изготовить адаптер.

Требования по совместимости модулей с RoboBus

Модуль считается совместимым с шиной RoboBus, если он:

Совместим с системным разъемом;
Не разрушается при подаче напряжения из допустимых интервалов на соответствующие контакты разъема;
Сам не подает на контакты разъема напряжения выходящие за рабочие рамки;
Удовлетворяет требованиям по принципиальной схеме;
Удовлетворять правилам использования общих портов ввода\вывода;
Удовлетворяет правилам работы по протоколам обмена;

Термины, используемые в условиях совместимости

Должен: Соблюдение условия является безусловно обязательным
Настоятельно рекомендуется: Допускается невыполнение условия, однако его выполнение повышает надежность функционирования шины
Рекомендуется: Соблюдение условия не является обязательным, однако его выполнение расширяет возможности шины
Джампер: Устройство, позволяющее оперативно соединять между собой 2 электрические цепи. Конструктивно может быть выполнен в виде разъема или штырьков со съемной перемычкой, пары площадок на печатной плате и т. п.

Максимально допустимые уровни напряжения

На контактах питания 3.3V напряжение должно быть не менее -0.3V и не более 3.6V;
На контактах питания 5V напряжение должно быть не менее -0.3V и не более 5.5V;
На всех сигнальных разъемах (3-13 контакты) напряжение должно быть не менее -0.3V и не более 3.6V;

Рабочие уровни напряжения

На контакте питания 3.3V напряжение должно быть в диапазоне 3.0-3.6V;
На всех сигнальных разъемах (3-13 контакты) напряжение должно быть в диапазоне 0.0-3.6V;
На контакте питания 5V напряжение должно быть в диапазоне 4.5-5.5V;
Логические уровни на шине должны соответствовать следующим значениям (Vcc - напряжение на контакте питания 3.3V.):
1. Vih(входное напряжнение высокого уровня)= от 0.6*Vcc до (Vcc+0.5) вольт;
2. Vil(входное напряжнение низкого уровня)= от 0 до 0.3*Vcc вольт;
3. Voh(выходное напряжнение высокого уровня)= от (Vcc-0.8) до Vcc вольт;
4. Vol(выходное напряжнение низкого уровня)= от 0 до 0.5 вольт;

Требования к принципиальным схемам модулей

Если модуль основан на МК типа AVR:
1. Сигнал RESET от МК должен быть через джампер выведен на пин 3 системной шины;
2. Сигнал XTAL1 от МК рекомендуется через джампер вывести на пин 7 системной шины;
3. Если модуль может выступать мастером SPI, настоятельно рекомендуется предусмотреть возможность подключения сигнала RESET от МК к земле через джампер.
4. Сигналы MOSI, MISO, SCK от МК должны быть выведены соответственно на пины 4-5-6 системной шины;
Общая линия ввода/вывода, используемая как сигнал выбора устройства SPI, должна быть подтянута резистором 3.3 - 4.7 кОм к линии 3.3V. Таким образом, если ни одно устройство на шине не использует эту линию как выход, на ней присутствует уровень логической единицы;
В модулях, которые могут выступать в качестве мастера I2C, линии SDA и SCL должны быть подтянуты резисторами 1 - 3,3 кОм к линии 3.3V. Таким образом, если ни одно устройство на шине не использует эту линию как выход, на ней присутствует уровень логической единицы.
1. Для модулей, которые планируются для использования только в качестве I2C-Master, настоятельно рекомендуется предусмотреть возможность отключения этих резисторов;
2. Для модулей, которые планируются для частичного использования как I2C-Slave должна быть возможность отключения этих резисторов;
Настоятельно рекомендуется сигнальные контакты системного разъема подключать к остальной схеме модуля через резисторы сопротивлением порядка 100 Ом
Настоятельно рекомендуется питание модулей от линии 3.3V осуществлять через LC фильтр.

Требования по использованию общих портов ввода\вывода

Каждый модуль, использующий общие порты ввода/вывода (GP0-2), должен иметь возможность установить джамперами, какие порты системного разъема используются этим модулем;

Требования по соблюдению протоколов обмена

Модули должны поддерживать как минимум один из штатных протоколов обмена - TWI(I2C), UART или SPI. Если модуль не удовлетворяет заявленному протоколу обмена, то он считается несовместимым с RoboBus;
Модули, использующие протокол SPI, должны иметь возможность выбора линии CS из общих портов ввода\вывода. Если модуль начинает отвечать на запросы при неактивном состоянии выделенной ему линии CS, то он считается неудовлетворяющим стандарту RoboBus;
Активный уровень сигнала выбора устройства SPI - логический ноль;