1. “Excalibur” A flexible KNX/TP1 node
Yet Another All-purpose EIBnet/IP Gateway
“Excalibur” A flexible KNX/TP1 node
TU Wien
Automation Systems Group
Fritz Praus
W. Kastner, F. Praus, O. Alt

2. Yet Another All-purpose EIBnet/IP Gateway
Outline
Introduction
definition of terms
requirements
Hardware
components
design
Software
basic low level routines
various stacks
TU Wien, Automation Systems Group
W. Kastner, F. Praus, O. Alt

3. Yet Another All-purpose EIBnet/IP Gateway
Definition of Terms
Building Automation / Building Services
lighting, HVAC
security and access control, safety alarm systems, elevators, …
(white goods, brown goods)
Field buses for building automation
exchange of control data
small data amounts
robust
Gebäudetechnik automatisieren
Mit Ziele: Bessere Steuerung und Regelung zur Energieeinsparung und Komfort
Beinhaltet: Beleuchtung (Licht aus wenn keiner im Raum)
Klimatechnik (Heizung/Klima aus wenn Fenster geöffnet wird)
Fortgeschrittene System streben an:
Integration im Heimbereich (Haushaltsgeräte: Waschmaschine, Unterhaltungselektronik: dvd player)
Fieldbuses:
Dezentrale Automation: kein Single Point of Failure
Einfachere Verkabelung, Flexibilität
Auf unterster Ebene: Für Licht z.B. nur 1bit = ein / aus als Information benötigt
Robust mit großen Leitungslängen
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4. Yet Another All-purpose EIBnet/IP Gateway
EIB/KNX
open standard
EN 50090
specification maintained by Konnex Association
well-established in D-A-CH
decentralized design
Twisted pair medium:
CSMA with bitwise arbitration at 9600 bit/s
hierachical 3 layer structure possible
Powerline, radio transmission, …
Vertreter mit offenem Standard
Spezifikation von Konsortium verwaltet
Im europäischen Raum verbreitet
Primär in größeren Installationen (Millenium Tower, Schönbrunn) zu finden
Im Heimbereich eher teuer (nicht in erster Linie zwecks Kosten/Nutzen Rechnung sonder aufgrund Komfort)
Struktur dezentral
d.h. peer-to-peer Kommunikationsschema und
Selten Knoten, die ausschliesslich Steuerungsfkt. übernehmen (z.b.SPS)
Verarbeitungslogik in Sensor/Aktuator Knoten
Primäres Medium = 2 Draht Leitung
Integration in bestehende Gebäude mit z.b. Powerline
Oder aber auch RF
Buslinien lassen sich in hierachischer Struktur zusammenfassen
Unterteilung in Segmente
Traffic lokal, Routen möglich
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5. EIB/KNX Devices and Interfaces
Yet Another All-purpose EIBnet/IP Gateway
EIB/KNX Devices and Interfaces
EIB/KNX devices
sensors, actuators
Router (TP/TP vs. IP tunnelling for high-traffic backbones)
gateways
PC-based (management, visualization)
EIB/KNX (TP) interfaces
medium connection
BCU, BIM: Transceiver + Microcontroller (Layer 7)
TP-UART: Transceiver + Layer 2 ASIC
application module/processor
sensor/actuator module: PEI as free digital/analog I/O
µC/PC: RS232 (BCU/TP-UART), USB, IP
Router: Linienkoppler, IP Router
Gateways: Unterhaltungselektronik z.B. Firwire
PC: Konfiguration der Geräte
Anforderungen: Relais schalten/Taster abfragen -> BCU nutzen, PEI
Microcontroller der BCU nicht ausreichend -> höhere Interfaces
Protokoll Spezif. definiert für Senden/Empfangen von Datenpacketen vom EIB
RS232,USB,IP
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6. Yet Another All-purpose EIBnet/IP Gateway
Requirements
experimental embedded platform (lab use)
universally applicable
wish list: EIB/KNX, RS232, IP, USB
extensible (i.e. LON, IO pins, ..)
support high-level way of working
But offer powerful features
low cost and compact
design openly available
Robust, Labor Prototyp
Platform for testing existing stacks and implementations
Einfach, aber mächtig
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7. Yet Another All-purpose EIBnet/IP Gateway
Hardware - Components
Fujitsu MB90330F 16-bit Microcontroller
24 MHz, 24Kbyte RAM, 384Kbyte flash memory
4 UARTS and USB
external bus interface
Crystal CS8900ACQ3 Ethernet Controller
2 TP-UARTs
SD/MMC card connection
MB90330F - 24 MHz, 24Kbyte RAM, 384Kbyte flash memory
4 UARTS: 1 used for flashing, 1 used for connection to PC
USB Host + Slave
2 TP-UARTS: bus monitor/operational mode
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8. Yet Another All-purpose EIBnet/IP Gateway
Hardware – Design
Schematic
PCB Layout
Placement
Conductors
Power
PCB Size 160x100, 2 sided
component placement
GND Fläche, 10 mil, A auf Leiterquerschnitt
Temperatur
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9. Software – Low-Level Drivers
Yet Another All-purpose EIBnet/IP Gateway
Software – Low-Level Drivers
TP-UART protocol
asynchronous serial communication
normal vs. analog mode (transceiver only)
CS8900A protocol
ISA bus
SD card protocol
SPI standard
USB firmware
slave / mini host
Serial Peripherial Interface
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10. Yet Another All-purpose EIBnet/IP Gateway
Software – IP Stack IP
ICMP (echo)
UDP
TCP (single)
ARP
DHCP
SLIP
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11. Yet Another All-purpose EIBnet/IP Gateway
Software – EIB/KNX
EIB/KNX Stack
cEMI
EIBNet/IP
Gateway functionality
Tweety port
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12. Thanks for your attention
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