Кан-шина в автомобиле: что это такое, для чего она нужна, её плюсы и минусы

Оглавление

Плюсы и минусы CAN-шин

Преимущества, которыми обладает цифровой интерфейс:

Быстродействие. Устройство может оперативно обмениваться пакетными данными между разными системами.
Высокая устойчивость к воздействию электромагнитных помех.
Все цифровые интерфейсы имеют многоуровневую систему контроля. Благодаря этому можно не допустить появления ошибок при передаче информации и ее приеме.
При работе шина сама раскидывает скорость по каналам в автоматическом режиме. Благодаря этому обеспечивается эффективная работа электронных систем транспортного средства.
Цифровой интерфейс является безопасным. Если к электронным узлам и системам автомобиля кто-то попытается получить незаконный доступ, шина автоматически заблокирует эту попытку.
Наличие цифрового интерфейса позволяет упрощенно произвести монтаж охранной системы на машину с минимальным вмешательством в штатную бортовую сеть.

Минусы, которыми обладает CAN-шина:

Некоторые интерфейсы имеют ограничения по объему информации, которая может передаваться. Этот недостаток будет весомым для современного автомобиля, «напичканного» электроникой. При добавлении дополнительных устройств на шину возлагается более высокая нагрузка. Из-за этого снижается время отклика.
Все пакетные данные, которые передаются по шине, имеют определенное назначение. Для полезной информации отводится минимальная часть трафика.
Если применяется протокол повышенного уровня, это станет причиной отсутствия стандартизации.

Проект для передачи стандартного кадра CAN с его последующим разбором

Поскольку работа с проектом ведётся на отладочной плате производства компании Миландр, важно около разъема CAN на отладочной плате поставить перемычку XP15 в положение, указывающем на 500 Кбит/с, что отвечает за скорость работы протокола CAN.

Код для стандартных настроек портов ввода/вывода не рассматривается, все данные доступны для рассмотрения в стандартных примерах из пака для Keil

Особое внимание уделено настройке CAN-блока.. CAN-контроллер использует две линии обмена данными, и они обе должны быть сконфигурированы (CAN_RX — для приёма и CAN_TX — для передачи)

На микроконтроллере 1986BE92 за CAN1 отвечают линии PA6 и PA7 соответственно. Стоит отметить, что функция порта альтернативная. После выполненных действий можно приступить к настройке CAN.

CAN-контроллер использует две линии обмена данными, и они обе должны быть сконфигурированы (CAN_RX — для приёма и CAN_TX — для передачи). На микроконтроллере 1986BE92 за CAN1 отвечают линии PA6 и PA7 соответственно. Стоит отметить, что функция порта альтернативная. После выполненных действий можно приступить к настройке CAN.

Для правильной инициализации модуля CAN нужно придерживаться следующей последовательности действий:

1. Включить тактирование модуля.

2. Сконфигурировать структуру CAN:

Фрагмент кода 1

3. Настроить аппаратные прерывания. В приведённом проекте они использованы не будут.

4. Активировать модуль:

Фрагмент кода 2

Для передачи данных в стандартной библиотеке SPL предусмотрена специальная структура CAN_TxMsgTypeDef, которая настраивает кадр (фрейм) передающих данных:

Фрагмент кода 3

При настройке стандартного идентификатора (содержит 11 бит) кадра данных следует помнить, что, согласно спецификации, для правильной настройки нужно задействовать биты с 18-го по 28-й. В рассматриваемой программе для стандартного идентификатора было взято число 0x19ABFFFF, и старшие 11 бит двоичного представления будут являться стандартным идентификатором.

Для передачи сформированного кадра необходимо воспользоваться следующую функцию:

Фрагмент кода 4

Основной код готов. Однако, если в проекте необходимо принимать данные по CAN, то для этого используется буфер:

Фрагмент кода 5

И настройка структуры CAN_RxMsgTypeDef для приёма данных описывается следующим образом:

Фрагмент кода 6

Промышленные применения сети CAN

Сравнение требований к шинным системам транспортных средств и системам промышленных полевых шин показывает удивительные сходства: низкая стоимость, работоспособность в жесткой электрической среде, высокие возможности в реальном времени и простота использования одинаково желательны в обоих секторах.

Стандартное использование CAN в «S-классе» Mercedes-Benz и принятие CAN коммерческими автопроизводителями США для быстрой передачи (до 1 Мбит / с) заставляли промышленных пользователей навострить уши. Не только производители мобильных и стационарных сельскохозяйственных и морских машин и оборудования выбрали CAN, но и выбор производителей медицинской аппаратуры, текстильных машин, а также специальной техники и элементов управления лифтами. Система последовательной шины особенно хорошо подходит для сетевых «интеллектуальных» устройств ввода-вывода, а также датчиков и исполнительных механизмов внутри машины или завода.

Промышленность текстильного машиностроения является одним из пионеров CAN. Один производитель оснастил свои ткацкие станки модульными системами управления, сообщающимися в режиме реального времени через сети CAN еще в 1990 году. Тем временем несколько производителей текстильных машин объединились в группу «CAN Textile Users Group», которая, в свою очередь, является членом международной группы пользователей и производителей «CAN in Automation». Аналогичные требования к текстильному оборудованию имеются в упаковочных машинах и машинах для производства и обработки бумаги.

В США ряд предприятий используют CAN в производственных линиях и станках в качестве внутренней системы шин для сетевых датчиков и исполнительных механизмов внутри линии или непосредственно машины. Некоторые пользователи, такие как сектор медицинской инженерии, решили в пользу CAN, поскольку у них были особенно строгие требования безопасности. С аналогичными проблемами сталкиваются и другие производители машин и оборудования с особыми требованиями в отношении безопасности (например, роботы и транспортные системы).

Помимо высокой надежности передачи, низкие затраты на соединение на станцию являются еще одним решающим аргументом для CAN

В приложениях, где цена имеет решающее значение, очень важно, чтобы чипы CAN были доступны от различных производителей. Компактность других чипов контроллера также является важным аргументом, например, в области низковольтных распределительных устройств.

Top 4 benefits of CAN bus

The CAN bus standard is used in practically all vehicles and many machines due to below key benefits:

Simple & low cost

ECUs communicate via a single CAN system instead of via direct complex analogue signal lines — reducing errors, weight, wiring and costs

Fully centralized

The CAN bus provides ‘one point-of-entry’ to communicate with all network ECUs — enabling central diagnostics, data logging and configuration

Extremely robust

The system is robust towards electric disturbances and electromagnetic interference — ideal for safety critical applications (e.g. vehicles)

Efficient

CAN frames are prioritized by ID so that top priority data gets immediate bus access, without causing interruption of other frames

Журнал CANNY CAN(LIN) monitor

Под Контрольной панелью расположена специальная область, Журнал, в которой отображаются принятые CAN(LIN) сообщения в хронологическом порядке, т.е. в порядке их получения. В Журнал записываются только сообщения прошедшие активные фильтры.

Журнал сообщений.

Приостановка вывода поступающих данных на экран и записи поступающих сообщений в Журнал выполняется с помощью клавиши «Pause»/«Пауза». Возобновление вывода поступающих данных на экран и процесса ведения журнала выполняется повторным нажатием клавиши «Pause»/«Пауза».

Формат отображения записей в журнале

Формат отображения записей в журнале.

Назначение полей строки журнала:

– поле идентификатора принятого сообщения, для CAN может быть представлено в стандартном (11 бит) или расширенном (29 бит) формате, для LIN — 6 бит;
– поля значащих байт данных принятого сообщения;
– заполнитель отсутствующих в сообщении байт, при длине сообщения меньше 8;
– поле временной отметки (timestamp), отображаемой в десятичном формате, в миллисекундах с момента запуска CANNY CAN(LIN) monitor.
– поле отображения данных принятого сообщения в фрмате ASCII.

Сохранение записей журнала

Информация из журнала может быть скопирована в буфер обмена операционной системы для последующей вставки в программу работы с электронными таблицами или текстовый файл, или сохранена в текстовый файл непосредственно из CANNY CAN(LIN) monitor с помощью меню «File» — «Save» или соответствующей кнопки панели инструментов. Полученные файлы могут использованы для дальнейшего анализа полученных данных.

Классификация шинных систем автомобиля

Шина CAN была признана стандартом с момента своего появления в серийно выпускаемых автомобилях в 1991 году. Но она также часто используется и в автоматизации. Основные особенности:

Передача сообщений с ранжированием приоритетов и неразрушающим арбитражем;
Снижение затрат благодаря использованию недорогой витой пары и простого протокола с невысокими требованиями к вычислительной мощности;
Скорость передачи данных до 1 Тбит/с у высокоскоростной шины CAN и до 125 Кбит/с у низкоскоростной шины CAN (более низкие расходы на аппаратную часть);
Высокая надежность передачи данных за счет распознавания и сигнализации спорадических и постоянных неисправностей и благодаря унифицированию сетевых процессов через acknowledge;
Принцип много абонентской шины;
Высокая степень готовности за счет обнаружения неисправных станций;
Стандартизация по ISO 11898.

Что такое CAN-шина

Электронный КАН-интерфейс в авто представляет собой сеть контроллеров, использующихся для объединения всех управляющих модулей в единую систему.

Данный интерфейс представляет собой колодку, с которой можно соединять посредством проводов блоки:

противоугонного комплекса, оборудованного функцией автозапуска либо без нее;
системы управления мотором машины;
антиблокировочного узла;
системы безопасности, в частности, подушек;
управления автоматической коробкой передач;
контрольного щитка и т. д.

Устройство и где находится шина

Конструктивно CAN-шина представляет собой блок, выполненный в пластиковом корпусе, либо разъем для подсоединения кабелей. Цифровой интерфейс состоит из нескольких проводников, которые называются CAN. Для подключения блоков и устройств используется один кабель.

Место монтажа устройства зависит от модели транспортного средства. Обычно этот нюанс указывается в сервисном руководстве. СAN-шина устанавливается в салоне автомобиля, под контрольным щитком, иногда может располагаться в подкапотном пространстве.

Как работает?

Принцип работы автоматической системы заключается в передаче закодированных сообщений. В каждом из них имеется специальный идентификатор, являющийся уникальным. К примеру, «температура силового агрегата составляет 100 градусов» или «скорость движения машины 60 км/ч». При передаче сообщений все электронные модули будут получать соответствующую информацию, которая проверяется идентификаторами. Когда данные, передающиеся между устройствами, имеют отношение к конкретному блоку, то они обрабатываются, если нет — игнорируются.

Длина идентификатора CAN-шины может составить 11 либо 29 бит.

Каждый передатчик информации одновременно выполняет считывание данных, передающихся в интерфейс. Устройство с более низким приоритетом должно отпустить шину, поскольку доминантный уровень с высоким показателем искажает его передачу. Одновременно пакет с повышенным значением остается нетронутым. Передатчик, который потерял связь, спустя определенное время ее восстанавливает.

Интерфейс, подключенный к сигналке или модулю автоматического запуска, может функционировать в разных режимах:

Фоновый, который называется спящим или автономным. Когда он запущен, все основные системы машины отключены. Но при этом на цифровой интерфейс поступает питание от электросети. Величина напряжения минимальная, что позволяет предотвратить разряд аккумуляторной батареи.
Режим запуска или пробуждения. Он начинает функционировать, когда водитель вставляет ключ в замок и проворачивает его для активации зажигания. Если машина оборудована кнопкой Старт/Стоп, это происходит при ее нажатии. Выполняется активация опции стабилизации напряжения. Питание подается на контроллеры и датчики.
Активный. При активации этого режима процедура обмена данными осуществляется между регуляторами и исполнительными устройствами. Параметр напряжения в цепи увеличивается, поскольку интерфейс может потреблять до 85 мА тока.
Деактивация или засыпание. Когда силовой агрегат останавливается, все системы и узлы, подключенные к шине CAN, перестают функционировать. Выполняется их деактивация от электрической сети транспортного средства.

Характеристики

Технические свойства цифрового интерфейса:

общее значение скорости передачи информации составляет около 1 Мб/с;
при отправке данных между блоками управления различными системами этот показатель уменьшается до 500 кб/с;
скорость передачи информации в интерфейсе типа «Комфорт» — всегда 100 кб/с.

Канал «Электротехника и электроника для программистов» рассказал о принципе отправки пакетных данных, а также о характеристиках цифровых адаптеров.

Специфика топологии CAN шины

Стандартный алгоритм обнаружения и обработки ошибок, который должен быть реализован каждым абонентом сети, позволяет исключать из обмена аварийных абонентов (неправильно подключенных или сконфигурированных) и продолжать работу.

Физический уровень каждого абонента сети содержит ФАПЧ, используемый для подстройки разницы тактовых генераторов скоростей передачи абонентами, времени распространения сигнала. При работе на несбалансированных, зашумлённых линиях дополнительно может применяться ФНЧ.

CAN интерфейс приобрёл популярность благодаря своей надёжности, простоте и гибкости. На основе CAN можно организовать простую в реализации, не дорогую сеть датчиков, исполнительных механизмов и контроллеров, обладающую всеми достоинствами стандарта. С использованием протоколов более высокого уровня можно построить системы реального времени для связи блоков управления, реализовать алгоритмы управления сетью с большим числом абонентов, шлюзы с другими сетями CAN.

Стандарт получил широкое распространение и применение в автомобильной, железнодорожной, промышленной автоматике, а также в военной технике. Контроллер CAN интерфейса «on-chip» имеют многие микроконтроллеры и микропроцессоры для встраиваемых систем.

Передача сигналов

Физически проводник CAN-шины современного автомобиля выполнен из двух составляющих. Первый — черного цвета и называется CAN-High. Второй проводник, оранжево-коричневый, именуется CAN-Low. Благодаря представленной структуре коммуникаций из схемы автомобиля удалена масса проводников. При производстве транспортных средств это позволяет уменьшить вес изделия до 50 кг.

Общая сетевая нагрузка состоит из разрозненных сопротивлений блоков, которые входят в состав протокола, называемого КАН-шина.

Различны и скорости передачи-получения каждой системы. Поэтому обеспечивается обработка разнотипных сообщений. Согласно описанию шины-CAN, эту функцию выполняет преобразователь сигналов. Он называется межсетевым электронным интерфейсом.

Расположен этот прибор в конструкции управляющего блока, но бывает выполнен в виде обособленного прибора.

Представленный интерфейс применяют также для вывода и ввода сигналов диагностического характера. Для этого предусмотрено наличие унифицированной колодки OBD. Это особый разъем для диагностики системы.

3.1 Физический уровень протокола CAN

Физический уровень не полностью определен в спецификации CAN.
Спецификация описывает подуровень физической сигнализации (Physical
Signaling — PLS), оставляя за разработчиком право
выбрать любой драйвер/приёмник и среду передачи (дифференциальная
пара, радиоканал, оптоволокно и пр.), если они соответствуют требованиям
PS-подуровня. протокол сеть доминантный бит

Существует несколько физических уровней протокола CAN,
определенных в различных стандартах (ISO 11898, ISO 11519, SAE J2411). В
подавляющем большинстве случаев используется физический уровень CAN,
определенный в стандарте ISO 11898. Его мы рассмотрим подробнее.

ISO11898 — международный стандарт для высокоскоростной связи CAN,
применяемой в транспортных средствах. В качестве
среды передачи он определяет двухпроводную дифференциальную линию с импедансом
120 Ом (Рис. 2).

В высокоскоростных CAN сетях с линейной топологией для подавления
отражений сигнала к обоим концам шины подсоединяются резисторы-терминаторы.

3.1.1 Рецессивные
и доминантные биты

Для
абстрагирования
<#»656408.files/image002.gif»>

Рис.
2 Дифференциальная шина

3.1.2 Функциональная
схема сети стандарта CAN

Типовая функциональная схема сети стандарта CAN включает шину, приемопередатчики
и котроллеры (Рис. 3).

Рис.
3 Шина CAN

Приемопередатчик CAN

Приемопередатчик (трансивер) предназначен для сопряжения CAN контроллера
и физической шины. Он обеспечивает прием и передачу сигнала в линию.

· прием данных осуществляется через
приемный тракт. Он содержит компаратор, обеспечивающий распознавание
доминантного и рецессивного состояний CAN-шины, и формирователь цифрового
сигнала;

· передача данных происходит через
передающий тракт, содержащий таймер, схему задания крутизны сигнала, узел
управления передатчиком (драйвер), выходную схему на полевых
транзисторах и схему температурной защиты;

· таймер предназначен для
ограничения продолжительности доминантного состояния, защищая CAN-шину от возможных
сбоев CAN-контроллера;

· формирователь фронтов
ограничивает скорость их нарастания, снижая электромагнитное излучение, и
позволяет отказаться от внешних синфазных дросселей;

· узел управления
передатчиком осуществляет управление двумя полевыми транзисторами,
формирующими состояние на линиях CAN-H и CAN-L. В доминантном состоянии оба
транзистора открыты, обеспечивая на линии CAN-H высокий, а на линии CAN-L —
низкий уровень;

· схема температурной
защиты
предохраняет микросхему от выхода из строя, отключая передатчик, если
температура превышает значения порядка 160°C.

Контроллер CAN

Контроллер обеспечивает взаимодействие с сетью. Он осуществляет
инкапсуляцию/декапсуляцию данных, битовое хронирование, подсчет CRC, бит
стафинг, обработку ошибок, локализацию отказов, ресинхронизацию и др.

Включает в себя:

· память для принимаемых и передаваемых сообщений;

· формирователь сигналов прерывания для микроконтроллера (MCU);

· маски и фильтры для определенного типа сообщений или
приоритетов;

· АЦП, ЦАП и сигналы ШИМ для связи с датчиками и индикаторами.

Важной функцией контроллера является фильтрация получаемых
сообщений. Приемный
фильтр CAN контроллера служит для селекции входных сообщений в зависимости от
их идентификаторов

Большинство микросхем CAN контроллеров поддерживают
аппаратный приемный фильтр, который производит отбор CAN сообщений с
определенным идентификатором или группой идентификаторов. Задаваемая
пользователем фильтрация разгружает микроконтроллер (MCU) от дополнительного выполнения функций приемного
фильтра.

3.1.3 Скорость передачи и длина сети

Соотношение между скоростью передачи и максимальной длиной кабеля
приведено в таблице 1.

Таблица
1

Ограничение на длину кабеля связано с
конечной скоростью света и механизмом побитового арбитража. Во время арбитража
все узлы сети должны получать текущий бит передачи одновременно, т.е. сигнал
должен успеть распространится по всему кабелю за единичный отсчет времени в
сети. Время распространения сигнала зависит от длины шины, входной задержки
компаратора и выходной задержки формирователей.

Количество узлов в сети CAN теоретически не
ограничено. Практически же максимальное количество ограничивается на уровне
127.

Командная строка CANNY CAN(LIN) monitor

В нижней части окна CANNY CAN(LIN) monitor, под областью Журнал, над Строкой состояния, расположена Командная строка, с помощью которой пользователь может отправлять сообщения в исследуемую CAN-шину.

Формат сообщения командной строки

Формат сообщения командной строки.

Назначение полей сообщения командной строки:

– поле идентификатора отправляемого CAN-сообщения; может быть задано в стандартном (11 бит) или расширенном (29 бит) формате;
– поля байт данных отправляемого CAN-сообщения; могут быть заданы от 1 до 8 байт, длину сообщения определяет количество заданных (в том числе со значениями 00) байт;
– поле признака расширенного формата идентификатора отправляемого CAN-сообщения (опционально); указывается при необходимости отправки сообщения с идентификатором расширенного формата;
– поле указания количества необходимых повторов отправляемого CAN-сообщения (опционально); указывается при необходимости отправки данного сообщения несколько (более одного) раз подряд; количество повторов указывается в десятичном формате.

Отправка сообщений выполняется по нажатию клавиши «Enter» или по нажатию кнопки «Run» справа от Командной строки.

Быстрый повтор/редактирование отправленной ранее команды

Команды, отправленные из командной строки, сохраняются утилитой и могут быть вызваны для редактирования или быстрой повторной отправки. Навигация по списку ранее отправленных команд выполняется с помощью клавиш управления курсором «Вверх» и «Вниз». Увидеть весь список отправленных сообщений и выбрать нужное для повторной отправки можно по нажатию левую кнопку мыши на символе стрелки в левой части Командной строки.

В высокоскоростных CAN сетях с линейной топологией для подавления отражений сигнала к обоим концам шины подсоединяются резисторы-терминаторы.

Рис. 3 Шина CAN

Приемопередатчик CAN

Приемопередатчик (трансивер) предназначен для сопряжения CAN контроллера и физической шины. Он обеспечивает прием и передачу сигнала в линию.

· прием данных осуществляется через приемный тракт. Он содержит компаратор компаратор шины (bus comparator) — Элемент, который осуществляет преобразование физических сигналов, распространяемых в коммуникационной среде, в логическую информацию или данные., обеспечивающий распознавание доминантного и рецессивного состояний CAN-шины, и формирователь цифрового сигнала;

· передача данных происходит через передающий тракт, содержащий таймер, схему задания крутизны сигнала, узел управления передатчиком (драйвер драйвер шины (bus driver) — Элемент, который осуществляет преобразование логической информации или данных в физические сигналы, которые могут передаваться в коммуникационной среде.), выходную схему на полевых транзисторах и схему температурной защиты;

· таймер предназначен для ограничения продолжительности доминантного состояния, защищая CAN-шину от возможных сбоев CAN-контроллера;

· формирователь фронтов ограничивает скорость их нарастания, снижая электромагнитное излучение, и позволяет отказаться от внешних синфазных дросселей;

· узел управления передатчиком осуществляет управление двумя полевыми транзисторами, формирующими состояние на линиях CAN-H и CAN-L. В доминантном состоянии оба транзистора открыты, обеспечивая на линии CAN-H высокий, а на линии CAN-L — низкий уровень;

· схема температурной защиты предохраняет микросхему от выхода из строя, отключая передатчик, если температура превышает значения порядка 160°C.

Контроллер CAN

Контроллер обеспечивает взаимодействие с сетью. Он осуществляет инкапсуляцию/декапсуляцию данных, битовое хронирование Битовое хронирование (bit timing) — установка регистров битового хронирования CAN контроллера. Определяется квантом времени, который зависит от частоты опорного генератора и параметров делителя битовой скорости узла., подсчет CRC, бит стафинг Бит стафинг (bit stuffing) — вставка дополнительных бит в поток данных для обеспечения смены уровня сигнала на шине и возможности периодической ресинхронизации., обработку ошибок, локализацию отказов, ресинхронизацию Битовая ресинхронизация (bit resynchronization) — Ограниченная точность опорных генераторов, может привести к выходу из синхронизации какого-либо узла. CAN контроллер осуществляет ресинхронизацию по каждому переходу сигнала с рецессивного на доминантный уровень. и др.

Включает в себя:

· память для принимаемых и передаваемых сообщений;

· формирователь сигналов прерывания для микроконтроллера (MCU);

· маски и фильтры для определенного типа сообщений или приоритетов;

· АЦП, ЦАП и сигналы ШИМ для связи с датчиками и индикаторами.

Важной функцией контроллера является фильтрация получаемых сообщений. Приемный фильтр CAN контроллера служит для селекции входных сообщений в зависимости от их идентификаторов

Большинство микросхем CAN контроллеров поддерживают аппаратный приемный фильтр, который производит отбор CAN сообщений с определенным идентификатором или группой идентификаторов. Задаваемая пользователем фильтрация разгружает микроконтроллер (MCU) от дополнительного выполнения функций приемного фильтра.

Таблица 1

Ограничение на длину кабеля связано с конечной скоростью света и механизмом побитового арбитража. Во время арбитража все узлы сети должны получать текущий бит передачи одновременно, т.е. сигнал должен успеть распространится по всему кабелю за единичный отсчет времени в сети. Время распространения сигнала зависит от длины шины, входной задержки компаратора и выходной задержки формирователей.

Количество узлов в сети CAN теоретически не ограничено. Практически же максимальное количество ограничивается на уровне 127.

1 О принципе работы сетевого интерфейса CAN-шина

Кан-шина в автомобиле предназначена для обеспечения подключения любых электронных устройств, которые способны передавать и получать определенную информацию. Таким образом, данные о техническом состоянии систем и управляющие сигналы проходят по витой паре в цифровом формате. Такая схема позволила снизить негативное влияние внешних электромагнитных полей и существенно увеличить скорость передачи данных по протоколу (правила, по которым блоки управления различными системами способны обмениваться информацией).

Кроме того, диагностика ЭБУ различных систем автомобиля своими руками стала проще. За счет применения подобной системы в составе бортовой сети автомобиля высвободилось определенное количество проводников, которые способны обеспечивать связь по различным протоколам, например, между блоком управления двигателем и диагностическим оборудованием, системой сигнализации. Именно наличие Кан-шины в автомобиле позволяет владельцу своими руками выявлять неисправности контроллеров и ошибки с помощью специального диагностического оборудования.

Кан-шина в автомобиле

CAN-шина – это специальная сеть, с помощью которой осуществляется передача и обмен данными между различными узлами управления. Каждый из узлов состоит из микропроцессора (CPU) и CAN-контроллера, с помощью которого реализуется исполняемый протокол и обеспечивается взаимодействие с сетью автомобиля. Шина Кан имеет минимум две пары проводов – CAN_L и CAN_H, по которым и передаются сигналы посредством трансиверов – приемо-передатчиков, способных усиливать сигнал от управляющих устройств сети. Кроме того, трансиверы выполняют и такие функции как:

регулировка скорости передачи данных посредством усиления или уменьшения подачи тока;
ограничение тока для предотвращения повреждения датчика или замыкания линий передачи;
тепловая защита.

На сегодняшний день признаны два вида трансиверов – High Speed и Fault Tolerant. Первый тип наиболее распространен и соответствует стандарту (ISO 11898-2), он позволяет передавать данные со скоростью до 1МБ в секунду. Второй тип приемопередатчиков позволяет создать энергосберегающую сеть, со скоростью передачи до 120 Кб/сек, при этом подобные передатчики не имеют чувствительности к каким-либо повреждениям на самой шине.

Характеристики протокола CANПреимущества CAN

Общая тенденция в области автоматизации состоит в замене традиционной централизованной системы управления на распределенное управление путем размещения интеллектуальных датчиков и исполнительных механизмов рядом с управляемым процессом. Это вызвано ростом числа проводов связи, увеличением количества соединений, сложностью диагностики ошибок и проблемами с надежностью. Связь между узлами такой системы осуществляется с помощью полевой шины. CAN — это система связи для многоконтроллерных систем. Рассмотрим более подробно преимущества CAN и причины, по которым CAN приобретает все большее распространение.

Испытанный стандарт

Протокол CAN активно используется уже более 20 лет, что очень важно для таких консервативных областей как железнодорожный транспорт или судостроение. CAN был разработан в 1980 г

фирмой Robert Bosch для автомобильной промышленности. CAN-интерфейс регламентирован международными стандартами ISO 11898 для высокоскоростных и ISO 11519-1 для низкоскоростных приложений.Низкая стоимость определяется хорошим соотношением цена/производительность, также широкой доступностью CAN-контроллеров на рынке.Надежность определяется линейной структурой шины и равноправностью ее узлов, так называемой мультимастерностью (Multi Master Bus), при которой каждый узел CAN может получить доступ к шине. Любое сообщение может быть послано одному или нескольким узлам. Все узлы одновременно считывают с шины одну и ту же информацию, и каждый из них решает, принять данное сообщение или игнорировать его. Одновременный прием очень важен для синхронизации в системах управления. Отказавшие узлы отключаются от обмена по шине.

Высокая помехоустойчивость достигается благодаря подавлению синфазных помех дифференциальным приемопередатчиком, работе встроенных механизмов обнаружения ошибок (одна необнаруженная ошибка за 1000 лет при ежедневной 8-часовой работе сети на скорости 500 Кбит/с), повтору ошибочных сообщений, отключению неисправных узлов от обмена по шине и устойчивости к электромагнитным помехам.

Гибкость достигается за счет простого подключения к шине и отключения от шины CAN-узлов, причем общее число узлов не лимитировано протоколом нижнего уровня. Адресная информация содержится в сообщении и совмещена с его приоритетом, по которому осуществляется арбитраж. В процессе работы возможно изменение приоритета передаваемого сообщения. Следует также отметить возможность программирования частоты и фазы передаваемого сигнала и арбитраж, не разрушающий структуру сообщений при конфликтах. На физическом уровне есть возможность выбора разнотипных линий передачи данных: от дешевой витой пары до оптоволоконной линии связи.

Работа в реальном времени становится возможной благодаря механизмам сетевого взаимодействия (мультимастерность, широковещание, побитовый арбитраж) в сочетании с высокой скоростью передачи данных (до 1 Мбит/с), быстрой реакцией на запрос передачи и изменяемой длиной сообщения от 0 до 8 байт.

Что такое can-шина в автомобиле