Anwendung von Bussystemen und Protokollen

Was ist ein Bus

Bus ist eine internationale Abkürzung und steht für Binary Unit System. Ein Bus ist vereinfacht gesagt ein System zur Datenverteilung zwischen verschiedenen Teilnehmern eines Netzwerks. Dabei wird ein gemeinsamer Übertragungsweg genutzt, die einzelnen Teilnehmer sind allerdings nicht an der Datenübertragung zwischen anderen Teilnehmern beteiligt. Die an einen Bus angeschlossenen Geräte heißen Knoten oder Busteilnehmer. Es wird dabei unterschieden zwischen solchen Knoten, die aktiv auf den Bus zugreifen können und solchen, die nur passiv beteiligt sind. Erstere Komponenten werden Master genannt, letztere Slaves.

Arten von Bussystemen

  1. Datenbus
    Datenbusse werden zur Übertragung von Datenpaketen innerhalb eines Computers zwischen den einzelnen Bestandteilen genutzt. Ein solcher Bus kann mehrere Geräte der Peripherie über die gleichen Leitungen verbinden. Der Datenbus ist das einzige Bussystem, das bidirektional arbeitet, d.h. Informationen in beide Richtungen weiterleiten kann. Die internen Datenpfade dieses Bussystems betragen 4-Bit-, 8-Bit-, 16-Bit-, 32-Bit- oder 64-Bit. Höhere Busbreiten finden sich aber zum Beispiel auf Grafikkarten. Das dient zur Steigerung der Verarbeitungsgeschwindigkeit. Der Begriff Datenbus wird dabei einmal verwendet, um das System zu anderen Anschlüssen - wie zum Beispiel der Stromversorgung - abzugrenzen und einmal, um die spezielle Topologie - zum Beispiel von direkten Punkt-zu-Punkt-Verbindungen abzugrenzen.

  2. Adressbus
    Ein Adressbus ist ein System, das nur Speicheradressen überträgt. Dieser Bus ist unidirektional und wird jeweils vom Master angesteuert.

  3. Steuerbus
    Der Steuerbus – oder Kontrollbus – kontrolliert das gesamte Bussystem. Er selbst arbeitet unidirektional ist aber ein Teil des bidirektional arbeitenden Bussystems. Zum Steuerbus gehören zum Beispiel Leitungen für die Lese-/Schreib-Steuerung, Interrupt-Steuerungen, Buszugriffssteuerungen und Reset- und Statusleitungen.

  4. CPU-interner Bus
    Dieser Bus dient dazu, dass die internen Komponenten eines Prozessors – zum Beispiel Leitwerk und Rechenwerk - miteinander kommunizieren können.

  5. CPU-externer Bus
    Dieser Bus dient der Verbindung von Prozessoren, Arbeitsspeichern und Peripheriebus-Schnittstellen.

  6. Rechner-interner Bus
    Er verbindet Komponenten innerhalb eines Rechners –zum Beispiel die CPU mit der Grafikkarte – miteinander.

  7. Rechner-externer Bus
    Er verbindet die notwendigen Peripheriegeräte mit einem Rechner. Dazu gehören nur solche Schnittstellen, die auch wirklich den gleichzeitigen Anschluss mehrerer Geräte erlauben.

Was ist ein Protokoll?

Ein Netzwerkprotokoll spezifiziert bestimmte Regeln für den Austausch von Daten zwischen Komponenten, die über ein gemeinsames Rechnernetz miteinander verbunden sind, also zum Beispiel zwischen Computern. Ein Netzwerkprotokoll wird daher auch als Kommunikationsprotokoll bezeichnet. Üblicherweise erfolgt die Kommunikation in komplexen Netzwerken durch ein Zusammenspiel von mehreren verschiedenen, auf bestimmte Teilbereiche spezifizierten Protokollen.

Anwendungsbereiche von Bussystemen

Bussysteme finden im Allgemeinen in drei großen Hauptbereichen Anwendung:

  1. Zur Kommunikation zwischen Komponenten innerhalb eines Computers
  2. Zur Verbindung von Computern mit externen Geräten
  3. Zur Ansteuerung von Maschinen (sogenannte Feldbusse)

Anwendung von Bussystemen in Automobilen

Ein großer Anwendungsbereich ist die Anwendung in Automobilen. Dabei werden die einzelnen elektronischen Systemkomponenten des Fahrzeugs mittels eines Bussystems miteinander vernetzt. Dadurch wird die Anfälligkeit des Systems für Störungen oder Ausfälle gesenkt und außerdem können weitere elektronische Komponenten leichter und schneller integriert werden. Zudem hat der Anwender die Möglichkeit, neue Software unkompliziert zu updaten. Ein neuer Trend geht dahin, ein Fahrzeug durch ein Bussystem in ein sogenanntes „Mobile Office“ umzuwandeln. Der Begriff Mobile Office bedeutet so viel wie mobiles Büro. D.h. es ist ein Büro, das standortunabhängig jederzeit genutzt werden kann, so zum Beispiel durch den Austausch von stationären Desktops durch mobile Notebooks oder Laptops.

Bussysteme eines modernen Fahrzeugs dienen zum Beispiel der Steuerung von Motor, Getriebe und Fahrwerk oder der Steuerung von Türen, Lichtanlagen oder Klimaanlagen. Auch die Steuerung von Navigationssystemen und dem Radio ist so möglich. Alle diese Bussysteme werden unter dem Begriff der On-Board-Systeme zusammengefasst. On-Board- Bussysteme dienen also der Kommunikation der einzelnen Instanzen innerhalb eines Fahrzeugs untereinander. Zusätzlich gibt es aber auch noch Off-Board-Systeme. Diese dienen der Kommunikation zwischen dem Fahrzeug und externen Geräten. Darunter fallen der Werkstatt-Tester, der Abgas-Tester, der Fertigungs-Tester und der Applikations-Tester.

Entwicklung der Bussysteme in Automobilen

Bei der Einführung der Bussysteme in Automobilen war zunächst nur die Übertragung über die Bitebene festgelegt, während die Bedeutung der ausgetauschten Daten – der sogenannten Protokolle - noch nicht definitiv festgelegt war. Je nach Hersteller und Fahrzeug wurden die benötigten Protokolle also immer wieder unterschiedlich implementiert. Durch die starke Entwicklung der Mikroelektronik, die zunehmende Komplexität der Bussysteme, den Kostendruck und die Internationalisierung der Märkte – und den dadurch entstehenden Wunsch der Händler, auch international anbieten zu können - wurde der Druck nach der Einführung einer Standardisierung aller Bussysteme und der zum Datenaustausch benötigten Protokolle übermäßig. Der zusätzliche Einfluss der Gesetzgeber führte schließlich zu einer einheitlichen Einführung von Bussystemen und Protokollen.

Weitere Anwendungen von Bussystemen

Zunehmend werden Bussysteme auch in der Gebäudetechnik genutzt. Durch die Einrichtung eines Bussystems ist zum Beispiel die zentrale Steuerung der Beleuchtung, der Heizungen und der Klimaanlagen eines Gebäudes möglich. Dabei ist es sinnvoll, ein Bussystem schon bei der Gebäudeplanung zu berücksichtigen, da meist ein erhebliches Maß an Platz für die nötigen Kabel und Leitungen berücksichtigt werden muss.