Physikalische Ebene - Terminals

Das SCX System ist genau wie die anderen digitalen Rennbahnsysteme ein zwei Leiter System. Die Schienen verfügen zwar über drei Leiter, aber der dritte Leiter führt "nur" versorgungsspannung und ist für das reine Digitalsystem nicht notwendig. Er erlaubt es allerdings weitere Geräte an die "Schienen" an zu schliessen ohne das die Treiber überfordert werden.

Bei einem analog System verändert sich die Spannung zwischen den beiden Leitern und regelt so die Geschwindigkeit des Slotcars. Bei einem digitalen System liegt eine konstante Spannung an, die allen Fahrzeugen als Versorgungsspannung dient. Bei SCX Digital sind dies etwa 18V.

Da die Höhe der Spannung als Informationsträger für die Slotcargeschwindigkeit wegfällt, muss den Fahrzeugen ihre Sollgeschwindigkeit anders mitgeteilt werden.

Dies geschieht über Datenpakete, die an die Fahrzeuge geschickt werden.

Um die Datenpakete zu übertragen, wird die 18V Leitung in einem bestimmten Rhytmus an und ausgeschalet, vergleichbar einem Morsecode. Das Ganze sieht etwa so aus:

Man erkennt 9 Signalgruppen. Jede Signalgruppe bildet ein Datenwort.

Ein Datenpaket besteht also aus 9 Datenworten. Der Abstand zwischen den Datenworten ist unterschiedlich, die Übertragung aller Datenworte benötigt etwa 1.57ms .

Bei den Datenworten handelt es sich um serielle Datenwörter die im NRZ (Non return to zero) Verfahren, das auch bei der seriellen Schnittstelle des PCs verwendung findet, übertragen werden. Die Baudrate beträgt nominal 115200 Baud. D.h. die Bits wechseln alle 8,68µs.

Bei der seriellen Schnittstelle des PCs ist die Datenleitung in der Ruhephase auf 1. Damit der Empfänger weiss, dass ein Datenwort beginnt, wird bei der asynchronen Datenübertragung am Anfang eines jeden Datenwortes ein Startbits gesendet. dies eine 0-Phase von der Dauer eines Bits. Bei SCX Digital sind es allerdings eineinhalb 0-Phasen gefolgt von einer halben 1 Phase. Also sind es eigentlich 2 Starbits.

Diese Art von Doppelstartbit hat den Vorteil, dass man die Baudrate aus jedem beliebigen Datenbyte bestimmen kann und dass man das Startbit eindeutig identifizieren kann, denn es gibt sonst kein 0 Phasen von eineinhalb Bit Länge.

Bei Eigenentwicklungen sollte man ebachten, dass gerade beim B(ogengassen)-Terminal das Startbit aus dem 115200 Baud Raster fallen kann, so dass es notwendig sein kann das Startbit nicht mit einem starren Zeitraster zu analysieren. Ich habe auch Messungen bei denen das Startbit aus eineinhalb 0 Phasen und fast einer ganzen 1 Phase besteht.

Den Startbits folgen 8 Datenbits. Diese sollten alle gleich lang sein. Da aber die Treiber im Terminal nicht hundertprozentig symetrisch arbeiten, sind in der Praxis die 0-Phasen etwas länger als die 1-Phasen. Diese kleine Abweichung stellt allerdings kein Problem dar.

Im Rahmen dieses Textes verwende ich Hexadezimalzeichen. Diese haben den Vorteil, dass sich ein Byte mit zwei Zeichen darstellen lässt und die Umwandlung von und zu einem Bitmuster sehr einfach ist. Die, die nicht mit Hexzahlen vertraut sind, verweise ich and Wikipedia oder einfach nach Hexadezimal googeln. Ich kennzeichne Hexzahlen mit einem vorgestellten $.

Das erste Datenbit ist das LSB (least significant bit). Man muss die Bits also in umgekehrter Reihenfolge anordnen. Im obigen Beispiel ergibt sich binär 10101010 oder hexadezimal $AA oder dezimal 170 oder im folgenden Beispiel:

1110000 oder in Hex(adezimal) $F0

Nach den 8 Datenbit folgt ein Stopbit. Es dient dazu, sicher zu gehen, dass die Leitung eine 1 anzeigt bevor das nächste Startbit kommt. Wäre die Leitung nämlich 0, so würde man das nächste Startbit nicht erkennen. Ausserdem gibt es dem Empfänger die Möglichkeit das gerade gelesene Byte zu speichern oder zu verarbeiten bevor die nächsten Daten kommen.

Physikalische Ebene - Autos

Bei einer Zieldurchfahrt oder bei der Einfahrt in die Boxengasse teilt das Auto dem Terminal seine Nummer mit.

Das Auto überträgt ein Datenpaket aus 4 Bytes.

Es handelt sich wieder um eine NRZ Übertragung, diesmal mit 57600 Baud. das Startbit besteht aus eineinhalb 0-Phasen und einer 1-Phase.

Semantische Ebene: Datenpakete - Terminal

Wie wir festgestellt haben, werden vom Terminal nur Datenpakete übertragen, die aus 9 Datenworten zu je 8 Bit bestehen.

Jedes Datenpaket besteht also aus 9 Byte. Von den 9 Byte haben 3 Byte eine feste Funktion, während die anderen 6 Byte unterschiedliche Bedeutungen haben.

Das erste Byte ist immer $55 und kennzeichnet den Beginn eines Datenpaketes.

Das zweite Byte gibt immer die Art der Information, die übertragen wird, an.

Die nachfolgenden sechs Bytes enthalten die eigentliche Information.

Das letzte Byte gibt eine Prüfsumme an, an Hand derer man feststellen kann, ob die vorangegangen Bytes fehlerfrei übertragen wurden. Bei der Prüfsumme handelt es sich um eine Variante des Standard 8-Bit CRC allerdings mit anderen Startwerten.

Für Controlleranwendungen bietet sich die Tabellen Version des Konvertierungsalgorithmuses an. Die Tabelle wird wie üblich erstellt und basiert auf dem Wert $31. Die Prüfsumme wird über alle Bytes eines Datenpakets gebildet (mit Ausnahme der Prüfsumme). Am Ende muss die Prüfsumme noch mit $BB geexored werden.

Es gibt verschiedene Datenpakete, das wohl wichtigste ist das

Reglerpaket: $55 $FF R0 R1 R2 R3 R4 R5 PS
etwa alle 102ms und immer wenn eine Änderung eines Reglers (Spurwechsel oder Geschwindigkeitsänderung) festgestellt wird. (Siehe auch Regler Internas)

Das Datenpaket teilt den Autos mit mit welcher Geschwindigkeit sie fahren sollen und ob der Spurwechseltaster am Regler gedrückt ist oder nicht. Das Paket überträgt immer Informationen für 6 Autos unabhängig davon wieviele Regler angeschlossen sind.

Zuweisungspaket: $55 $CC RG $FE $FF $FF $FF $FF PS
sobald beim Zuordnen eines Autos zu einem Regler (Program-Taste am Terminal) die Taste des Reglers gedrückt wird, wird dieses Paket zweimal gesendet.

Dieses Datenpaket teilt dem Auto mit welche Fahrzeugnummer es erhalten soll.

Busfreigabepaket: $55 $AA ZÄ NN $F0 $F0 $F0 $F0 PS
sobald mindestens ein Auto einen Reedkontakt des Anschlusstückes auslöst, wird diese Paket zweimal im Abstand von 1,7 ms gesendet. Dabei ändert sich der ZÄ Wert.
Nach 100ms werden die beiden Pakete noch einmal gesandt, unabhängig davon ob ein Auto seine Kennung schickte oder nicht.

Diese Pakete zeigen den Autos an, dass das Terminal in Kürze aufhören wird die Leiter zu versorgen und dass das Auto, das das Ziel durchfahren hat, nun seine Kennung schicken kann.

Wie der genaue Ablauf einer Zieldurchfahrt ist, wird an anderer Stelle beschrieben.

Zieldurchfahrtpaket: $55 $EE R0 R1 R2 R3 R4 R5 PS
sobald mindestens ein Auto seine Kennung nach einem Busfreigabe Paket gesendet hat, wird dieses Paket zweimal gesendet.

Diese Pakete identifizieren die Fahrzeuge, die gerade das Ziel durchfahren haben.

Platzierungspaket: $55 $D3 P0 P1 P2 P3 P4 P5 PS
nach einer Zieldurchfahrt und dann alle 300ms.

Diese Pakete enthalten die Fahrzeugnummern in der Reihenfolge ihrer gegenwärtigen Platzierung.

Rundenzeitpaket: $55 $D4 FN RU1 RU0 VS Z1 Z0 PS
nach einer Zieldurchfahrt und dann alle 300ms.

Dieses Paket enthält die aktuelle Anzahl Zieldurchfahrten und Rundenzeit des angegebenen Fahrzeugs. Es werden immer nur die Daten des/der Fahrzeug/e übertragen, die als letzte das Ziel durchfahren haben.

Rundenzählerpaket: $55 $D5 RI RU2 RU1 RU0 $FF $FF PS
sobald die Starttaste lange genug gedrückt wurde wird dieses Paket zweimal gesendet.

Dieses Datenpaket teilt den Geräten die Startrundenzahl und die Zählrichtung mit.

Qualifyingpaket: $55 $DB RU2 RU1 RU0 FZ $FF $FF PS
ird an die Fahrzeuge nach dem Einstellen des Qualifying Modus gesendet.

Resetpaket: $55 $D0 §FF ZÄ NN $AA $AA $AA PS
sobald die Starttaste lange genug gedrückt wurde wird dieses Paket zweimal gesendet.

Dieses Datenpaket teilt mit, dass die Starttaste gedrückt wurde und die Rundenzahl, Rundenzeiten und Platzierungen zurückgesetzt wurden.

Startpaket: $55 $DD $00 $AA $AA $AA $AA $AA PS
sobald die Starttaste lange genug gedrückt wurde wird dieses Paket zweimal gesendet nachdem das Resetpaket zweimal gesendet wurde.

Das Paket kennzeichnet den Rennbeginn.

Endpaket: $55 $DC $FF $FF $FF $FF $FF $FF PS
sobald das letzte Fahrzeug die Ziellinie überquert oder das Rennen abgebrochen wird, wird dieses Paket zweimal gesendet.

Benzinstandpaket: $55 $D6 S0S1 S2S3 S4S5 $14 $50 $AA PS
Etwa alle 500ms (sehr unregelmässig) wird der aktuelle Benzinstand gesendet.

AnzeigeWechselPaket: $55 $DE WE $FF $FF $FF $FF $FF PS
wird an das Chronometer gesendet um ihm mitzuteilen, dass ein Wechsel der angezeigten Werte zu erfolgen hat. Es gibt keine Funktionszuordnung. Es sagt nur Wechseln nicht wohin oder wovon.

Die Boxengasse erzeugt diese Pakete wenn man den rES wählt.

Beim ersten Drücken der Select Taste wird kein Paket gesendet.
Beim zweiten Drücken der Select Taste wird ein Paket mir WE gleich 0 gesendet.
Beim nächsten Drücken der Select Taste wird ein Paket mir WE gleich 0 und eins mit WE gleich 1 gesendet.
Beim nächsten Drücken der Select Taste wird ein Paket mir WE gleich 1 und eins mit WE gleich 0 gesendet.

Danach wiederholen sich die letzten beiden Pakete.

Verlässt man den rES Modus beginnt die Sqeuenz beim nächsten Aufruf von vorne.

Bremsenpaket: $55 $D7 RG BR $83 $93 $DB $FF PS
wird an das Fahrzeug in der Boxengasse gesendet um die Bremswirkung ein zu stellen.

Das Paket erscheint nur in der Boxengasse.

Semantische Ebene: Datenpakete - Auto

Nicht nur die Terminals senden Daten auch die Autos sind dazu in der Lage. Allerdings verwenden sie eine andere Baudrate und die Datenpakete sind nur 4 Byte lang.

Autopaket: $55 FZ XX PS
Das Auto sendet ein Datenpaket, beim Überfahren der Ziellinie oder bei der Einfahrt in die Boxengasse, es dient vornehmlich der Identifizierung des Fahrzeugs.