一篇易懂的SENT协议解析

随着汽车电子技术的持续进步，传感器与ECU间的数据传输愈发关键，SENT协议应运而生。它是一种用于汽车传感器和控制单元之间的通信标准，由SAE定义，通过脉冲信号编码传感器数据，主要用于汽车传感器向ECU传输数据。

01 SENT协议在汽车上的应用

通用公司在2005年提出SENT协议，旨在满足汽车传感器与ECU间高精度、高速度、低成本的数据传输需求。后经SAE完善，成为 SAE J2716 标准。

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如今，SENT协议广泛应用于汽车动力总成系统和底盘控制系统。发动机控制系统中，曲轴位置传感器、凸轮轴位置传感器等借助SENT协议，能将关键数据快速准确地传输给ECU，实现对发动机点火时刻、燃油喷射等的精确控制，提升发动机性能和燃油经济性；变速器控制系统里，变速器输入/输出速度传感器通过该协议向ECU发送数据，ECU实时监测变速器工作状态，精准控制换挡时机，提高变速器响应速度和平顺性；安全系统方面，轮速传感器、加速度传感器等的数据对ABS、ESC等安全系统至关重要，SENT协议确保这些数据及时准确传输，使ECU快速决策，保障车辆行驶安全。

02 SENT 协议的基础

SENT协议是一种点对点、单向传输（从传感器到ECU，连续传输，无需请求命令）的方案，通讯需三根线（信号线、电源线和地线）。

SENT协议是一种即单边半字传输协议，这里半个字节Nibble是指用4bit来进行编码定义的，一个半字节Nibble是通过2个下降沿之间的时间差来定义，如下所示：

其中，时间精度以 1个Tick定义，每个Nibble从一个下降沿开始，之后逻辑 0 状态至少维持 4Ticks，后一个下降沿与第一个下降沿至少相隔12Ticks，至多 27Ticks，相隔 Tick数减12即为最终Nibble值（0 - 15），二进制表示为 4bit。因此不难理解，下一个下降沿与第一个下降沿的时间差即为 Nibble值编码依据。

1）SENT 协议数据帧结构

SENT协议数据帧用于传输数据，每帧由不同宽度脉冲即半字节组成，数据传输分为快速通道和慢速通道。关键信号利用快速通道实现高频率更新，例如轮速信号；而非关键信号则置于慢速通道，通过多帧传输一个完整信号。

一个典型的 SENT协议数据帧包含以下元素：56 时钟节拍周期的校准 / 同步脉冲；12-27 时钟节拍周期的状态和串行通信脉冲，用于传输传感器相关信息；12-162 时钟节拍周期的数据脉冲，最多由 6 个半字节脉冲构成；12-27 时钟节拍周期的校验和脉冲；以及可选的 12-768 时钟节拍周期的暂停脉冲。

为了更好地理解 SENT协议数据帧结构，我们可以通过下图结合一个实际的例子来说明：

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假设有一个汽车发动机冷却液温度传感器和进气压力传感器，它们通过 SENT协议向ECU发送数据。

对于同步脉冲。ECU接收到同步脉冲后，就像听到了一个 “开始”的口令，知道自己要开始接收来自传感器的数据帧了，并且根据同步脉冲的宽度和时钟周期，调整好自己的接收节奏，与传感器的发送节奏保持一致。

对于状态和通讯nibble。假设状态和通讯nibble的值为 “0x5”，这就像传感器给 ECU发送的一个消息头，告诉ECU自己目前状态正常，并且有一个数据帧要发送。

对于信号 1（假设为发动机冷却液温度）

4-bit（0 值）：这就如同信号1的 “起始标志”，告诉ECU接下来的数据是关于发动机冷却液温度的。

4-bit（5 值）：假设这个数据段表示温度的一个粗略范围值，例如表示温度在50-60℃这个区间。

4-bit（10 值）：这个数据段进一步细化温度值，在之前的50-60℃区间内，更精确地指向58-60℃这个小范围。

4-bit（2 值）：作为信号1的收尾数据，最终确定温度为58.2℃左右。

ECU收到这12bits的信号1数据后，经过解码和计算，就能得到当前发动机冷却液的温度精确值，进而根据这个温度值来调整发动机的散热风扇转速、喷油量等参数，以保证发动机在最佳温度下工作。

对于信号 2（假设为进气压力）

4-bit（8 值）：作为信号2的开始标志，告知EC接下来的数据是进气压力相关的。

4-bit（9 值）：表示进气压力的一个大致范围，例如表示进气压力在 0.9-1.0 bar之间。

4-bit（0 值）：结合前面的数据，最终确定进气压力为 0.90 bar左右。

ECU 根据这个进气压力值，可以精确地控制燃油喷射量和点火时刻，优化发动机的动力输出和燃油经济性。

对于CRC/校验和。传感器根据发送的信1和信号2的数据，按照规定的算法计算出一个校验和值，比如计算得到校验和为 “0x7”，并将其作为CRC/校验和nibble发送给ECU。ECU接收到后，同样用该算法对收到的数据进行校验和计算，如果结果也是“0x7”，则确认数据传输正确，可以将这些数据用于控制算法；如果有误，则认为数据传输过程中出现了错误，可能会丢弃这个数据帧，并请求传感器重新发送数据或进行故障诊断。

整个数据帧传输完成后，ECU就可以根据接收到的发动机冷却液温度和进气压力数据，对发动机的运行状态进行精确的控制和调整，以确保发动机的性能、燃油经济性和排放等指标都处于最佳状态。

2）SENT 协议的实现基础

对于SENT协议的实现，我们可以从硬件和软件两个方面来考虑：

从硬件层面，我们知道SENT协议用于传感器信号，其基本引脚连接包括信号线、电源线和地线。SAE J2716推荐接口电路，对于一般接收端供电的应用可参考相应电路进行设计。实际接口设计中，要考虑到信号的完整性、抗干扰能力以及与传感器和 ECU 的匹配等问题。下图示意了一种接口电路：

对于ECU，可以选择具有SENT协议控制器或可灵活配置的定时器和GPIO引脚的MCU 。比如一些基于ARM Cortex-M系列内核的 MCU，像STM32系列，凭借其高性能、低功耗以及丰富的外设接口，可用于实现SENT协议的发送和接收。

在软件层面，可以从以下4个方面来考虑：

首先SENT协议解析，关键点是测量脉冲周期，可通过计算两个下降沿之间的计时器count 值的差值来实现测量。以STM32主控MCU为例，通过设置定时器下降沿捕获来实现这个功能；

其次是在软件中，根据SENT协议的状态机模型，维护一个状态变量，根据接收到的脉冲信息更新状态变量的值，从而实现状态的转换和相应的操作；

然后是SENT协议栈开发 ,包括数据帧的打包与解包、数据的编码与解码、校验和的计算与验证、快速通道和慢速通道的数据处理等功能模块；

最后在完成协议栈开发的基础上，根据具体的应用需求，开发应用层软件。比如在发动机控制系统中，应用层软件需要将接收到的传感器数据进行处理和分析，并根据这些数据控制发动机的运行参数，如燃油喷射量、点火时刻等。

03 SENT 协议的发展趋势

为了更好地了解SENT协议的发展趋势，我们先了解SENT协议的优劣势：

1）SENT 协议的优势

① 高传输精度和速度：作为数字信号传输协议，SENT具有高传输精度和速度，数字数据传输速度可达30kb/s，满足高清传感器数据传输需求。

② 低成本：无需接收器和集成发射器，单线数据传输减少信号线数量，降低硬件成本。

③ 出色的抗干扰能力：SENT协议对信号时序要求严格，信号含时钟和数据信息，抗干扰出色，能减少电磁干扰影响。

④ 强大的诊断功能：可传输传感器数据和故障代码，使传感器系统具备强大故障诊断能力，ECU能及时检测和诊断故障。

⑤ 灵活的数据传输方式：数据传输分快速通道和慢速通道，重要信号用快速通道高频更新，非关键信号放慢速通道传输，提高数据传输效率。

2）SENT 协议的劣势

① 单向传输限制：属单向传输协议，数据只能从传感器到ECU，无法双向通信，在需实时交互场景中存在局限性。

② 点对点通信：主要用于点对点通信场景，不适用于多节点网络通信，在多传感器和多ECU复杂通信系统中应用受限。

③ 较短的传输距离：与部分通信协议相比，SENT协议传输距离较短，可能限制其在大型车辆或特殊应用场景中的使用。

因此基于SENT协议的这些优劣势，SENT协议有望在传输速度、精度等方面进一步优化，以满足汽车电子系统对数据传输的更高要求；同时SENT协议可能会与其他通信技术如 LIN、CAN、以太网等进行更深度的融合，通过建立更加高效、灵活的混合通信网络，充分发挥各种通信协议的优势，实现不同类型数据的合理传输和共享，提高整个汽车电子系统的性能和可靠性。SENT协议可能会增加一些新的功能和特性。例如，在数据安全方面，可能会引入加密和认证机制，以确保传感器数据的完整性和真实性；在诊断功能方面，可能会进一步增强故障诊断的能力，提供更详细的故障信息和诊断支持。

END

作者：糊涂振
来源：汽车电子与软件

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