Meloci.ru

Структура сети can и как проходит информация по шине

Последовательная передача данных по шине CAN

CAN представляет двухпроводную сеть, в которой жгуты проводов заменены двумя проводами: один — силовой, подводящий питание к мощным потребителям; второй — линия передачи управляющих сигналов для подключения потребителя.

Система шин данных (CAN) позволяет объединить в локальную сеть электронные блоки управления, специальные датчики и диагностировать блоки управления, системы пассивной и активной безопасности. Система обеспечивает:

  • • распознавание внутренних и внешних помех;
  • • высокую живучесть системы при выходе из строя одного из блоков управления и обеспечивает обмен данными между ее работоспособными компонентами;
  • • высокую плотность потока данных с целью обеспечения всех блоков управления в каждый момент времени одинаковой информацией, а при отказах системы получать информацию о неисправности;
  • • высокую скорость передачи данных в реальном масштабе времени.

Сеть CAN объединяет блоки управления через приемопередатчики (трансиверы) таким образом, что ни один из них не имеет приоритета. Такая сеть называется многоабонентской по своей архитектуре. Для обеспечения высокой помехозащищенности по внешнему полю сети она имеет второй соединительный провод, по которому сигналы передаются в обратном порядке.

Обмен информацией происходит путем отдельных посланий, которые содержит данные о каком-либо физическом параметре в двоичной форме. Каждое число в двоичном представлении преобразуется в поток последовательных импульсов (бит). Эти импульсы через передающий провод (ТХ) на вход усилителя-трансивера в преобразованной форме напряжения передаются в шину.

Трансивер при приеме сигнала преобразует импульсы напряжения сигнала в последовательность бит через приемный провод (RX) в блок управления (рис. 7.3). Передаваемое послание принимается каждым из блоков управления.

К функциональным компонентам шины данных относятся линия «К» для подсоединения диагностического прибора, блок управления CAN, модуль для обмена данными с зонами приема и передачи данных и трансивера (рис. 7.4).

Особенностью подключения провода ТХ к шине является соединение через транзисторный каскад с открытым коллектором, что позволяет реализовывать два состояния шины: «1», когда транзистор закрыт, и «О», когда транзистор открыт. Активное состояние шины состояние «О», когда шина соединена с «массой» через низкоомное

Рис. 7.3. Структура сети CAN и прохождение информации по шине:

/, 6, /5—трансивер контроллеров управления ДВС, АБС, ЩП; 2, 7, 14— контроллеры CAN; 3, 8, 13 — память контроллеров CAN; 4, 9, 12 — память микро-ЭВМ контроллеров управления, 5 — блок управления ДВС; 10 — блок управления АБС; 11 — электронный щиток приборов; 16 — шина CAN

Рис. 7.4. Структурная схема контроллера управления ДВС и связь ее с линией

1 — шина CAN; 2 — контроллер CAN; 3 — дешифратор модуля CAN; 4 — микро-ЭВМ блока управления ДВС; 5 — датчик частоты вращения вала ДВС, температуры охлаждающей жидкости и давления масла соответственно; 6 — контроллер управления ДВС; 7 — К-линия диагностики; 8— вывод информации на электронный щиток приборов; 9 — трансивер шины CAN; ТХ — каскад трансивера с открытым коллектором; RX — принимающий каскад трансивера сопротивление. Состояние «1» соответствует пассивному состоянию, и шина соединена через высокоомное сопротивление.

CAN-интерфейс регламентирован международными стандартами ISO 11898 для высокоскоростных шин (К-линия) и ISO 11519-1, который регламентирует низкоскоростные шины (L-линии). Шина CAN представляет собой соединенные между собой электронные блоки управления с различными функциями в автомобиле и изделия электрооборудования. Под термином «CAN стандарт» или «CAN протокол» понимаются функциональные возможности, стандартизованные ISO 11898. Этот стандарт объединяет физический уровень (Physical Layer) и уровень канала данных (Data Line Layer) в соответствии с семиуровневой моделью представления сетевых систем (OSI).

К характеристикам интерфейса CAN относятся:

  • • среда передачи данных CAN протокола адаптируется к физической среде передачи информации. Это может быть витая пара проводки, оптоволоконная линия, коаксиальный кабель и т. п.;
  • • скорость передачи является программируемой и может достигать 1 Мбит/с. Максимальное число электронных блоков и изделий (абонентов), подключенных к данному интерфейсу определяется нагрузочной способностью примененных приемопередатчиков;
  • • максимальная скорость передачи данных по интерфейсу 1 Мбит/с при длине линии 40 м, а 40 Кбит/с — при длине линии 1000 м. При этом любой CAN-контроллер интерфейса допускает программирование скорости обмена данными в указанном выше диапазоне;
  • • приоритетные команды (арбитраж) не увеличивают время реакции системы;
  • • сообщения по CAN-шине могут передаваться одному или одновременно нескольким изделиям, настроенным на прием одних и тех же сообщений;
  • • адресная информация (номер параметра) содержится в сообщении и совмещена с его приоритетом;
  • • количество байтов данных настраивается;
  • • если хоть один узел в сети принял сообщение с ошибкой, это сообщение признается ошибочным для всех узлов сети;
  • • отказавшие узлы автоматически отключаются от шины;
  • • осуществляется подавление возникших помех.

Протокол CAN обладает развитой системой обнаружения и сигнализацией ошибок. Система арбитража (приоритета) протокола исключает потерю информации и времени при нештатных ситуациях. В процессе работы возможно изменение приоритета передаваемого сообщения. Каждое сообщение (формат данных — Data Frame) длиной менее 130 бит снабжается идентификатором из 11 бит, который определяет назначение передаваемого сигнала, но не адреса приемника. Любой приемник может реагировать на один идентификатор и на несколько приемников. На один идентификатор могут реагировать несколько идентификаторов.

Шина CAN представляет собой многоабонентность (Multi-Master Bus), при которой каждый узел линии может получить доступ к шине. Все узлы линии одновременно считывают одну и ту же информацию, и каждый из них решает, принять данное сообщение или нет. Одновременный прием важен для синхронизации в системах управления. Отказавшие узлы отключаются от обмена по шине.

Анализ протокола обмена данных стандарта KWP 2000. Стандарт определяет возможности производителя транспортного средства реализовывать свою версию протокола, выбрав необходимую кодировку и физический смысл передаваемых параметров. Иерархия реализации протокола обмена данными диагностического устройства и электронного блока автомобиля включает следующие стандарты (рис. 7.5).

ISO 14229. Описывает требования к наличию диагностических функций серверов.

ISO 14230 — международный стандарт, описывающий (в трех документах) требования для физического, канального и прикладного уровней протокола.

ISO 14230 полностью базируется на международном стандарте и является результатом договоренности между группой производителей автомобилей или является внутренним стандартом производителя транспортного средства (стандарт страны/групповой стандарт/стан- дарт производителя).

ISO 14230 — например, реализация для определенной микропроцессорной системы (проектная спецификация). Документ описывает особенности системы и реализации различных уровней протокола диагностирования (например, коды неисправностей и управление исполнительными механизмами).

Моделью взаимодействия открытых систем OSP (Open System Interconnektion) являются серверы, используемые в диалоге между

  • 7.2. Последовательная передача данных по шине CAN
  • 251

Рис. 7.5. Иерархия обмена данных диагностического устройства и электронного блока

тестером и блоком управления, разбиваемые на 7 уровней: диагностических серверов, коммуникационных серверов.

На рис. 7.6 на примере KWP 2000 представлены различные уровни взаимодействия — от физического уровня до прикладного уровня соответственно.

Для адаптации диагностического прибора к работе с новым протоколом необходимо создать спецификацию этого протокола в стандартах организации, создающей диагностический прибор. Чтобы не было некоторых разногласий между стандартами и договоренностями по автомобильной диагностике внутри различных стран, были созданы OBD-I, OBD-II и E-OBD.

Читать еще:  Как подобрать индекс скорости шин

Рис. 7.6. Различные уровни взаимодействия протокола данных диагностирования

Для полноценного исследования автомобильных диагностических протоколов была создана следующая система:

  • • эталонный диагностический прибор-сканер;
  • • блок управления одной из систем автомобиля;
  • • интерфейс автоматизированного исследования протокола обмена данными (аппаратный комплекс)

Как работает CAN-шина и для чего она нужна в автомобиле?

Сегодня автомобиль, представляет из себя, не просто средство на колесах с двигателем и аналоговыми релюхами, которые было при поломке с легкостью заменить не только специалиста, но и мало-мальски грамотному человеку. Автомобиль сегодня представляет из себя целый компьютер да и еще в добавок, передвигающийся на колесах.

И даже грамотный человек в сегодняшнем авто уже не сможет сам разобраться с этими системами электроники и программаторами работающими во благо передвижения автомобиля, а все работы по ремонту и исправностей каких-либо деталей, должны выполнять профессионалы и именно они, а не кто-то другой. И если вам понадобилось до оснастить свой автомобиль каким-либо дополнительным оборудованием, то доверить своего железно-электронного коня рекомендуем спецам и людям любящим свое дело.

Что такое автомобильная CAN-shina и для чего она нужна?

Очень частенько, при обсуждении с клиентами вопросов дополнительного оборудования и систем охраны в автомобили приходится проводить целые лекции на предмет почему той или иной монтаж дополнительного оборудования будет проводиться по времени больше суток, а иногда и несколько, конечно не обходится, при разговоре и без умных узконаправленных значений каких либо элементов автомобильной электроники типа CAN шина, RGB сигналы и пр… интересные штучки, что вводит незнающего человека в ступор, да я и сам когда-то, так же слушал про это все.))

Что такое автомобильная CAN-shina и для чего она нужна?

За последнее время, число различных опций в автомобиле выросло в разы. Увеличение опций произошло благодаря гонке за улучшения качества и пожеланиям клиентов и их потребностям не просто передвигаться, а передвигаться с комфортом, также еще законодательство увеличило требования безопасности окружающей среды. И при всех дополнительных оснащений потребление электроэнергии автомобиля увеличилось в двое.

Но можно было-бы оставить все без изменений и если раньше вопрос стоял о надежности, то сегодня еще к этому всему прибавилась масса различных опций электронного характера. И перед инженерами встает вопрос о приспособлении автомобиля к научно-техническому прогрессу не внося колоссальных изменений в конструкции но при этом учитывая все тонкости безопасности и эксплуатации.

Учитывая и стандартно применяющаяся схема однопроводного подключения к массе аккумулятора «GND (минус)», а вторым подключение является подключение массы к кузову, а плюсовой провод тянется по всему автомобилю и питается напрямую от генератора, и когда общая длина проводки в автомобиле достигла с километр и весом более центнера, выяснилось, что однопроводная схема хороша, но не во всем, как думали об этом прежде.

В Детройте на конференции в 1983 году компанией «Bosch» было официально анонсировано устройство под названием CAN (от англ. Controller Area Network) Сеть пространства датчиков.

Для уменьшения проводов в автомобиле и увеличения скорости передачи данных появилась CAN-шина (от англ. Controller Area Network) «сеть пространства датчиков», которую применяют с сохранением минуса на кузове автомобиля и для уменьшения огромных килограммовых жгутов в автомобиле. Эта разработка велась крупной компанией BOSCH с 1970 года, пройдя международную сертификацию «ISO» в 1993 году вышла на массовое производство примерно с 2011 года.

Для чего все таки нужна CAN-шина, принципы ее работы?

Современный автомобиль обладает современной бортовой электроникой с огромным количеством управляюще-исполнительных модулей, к ним можно отнести всевозможные контроллеры, датчики и пр…, а для обмена информацией требовалась надежная и быстрая передача данных, для общения между приборами.

Современная CAN-шина обеспечивает дуплексную систему для одновременной приемо-передачи цифровой информации, обрабатывая ее одним блоком, где скорость передачи данных играет немаловажную роль. Реализация кан шины представляет с собой витую пару и позволила в разы уменьшить электромагнитные поля, которые возникают при работе генератора и других немаловажных систем автомобиля.

Обычно проводка CAN-шины оранжевых цветов, отличаясь друг от друга различными цветными полосками (CAN-Higt – черная, а CAN-Low – оранжево-серая).

С приходом CAN шины и началом ее применения, схема автомобильных проводников высвободилась от определенного количества проводников, которые обеспечивали связь контроллера управления между диагностическим разъемом, двигателем, мультимедией (навигационные системы на ОС Android), системой защиты автомобиля и пр…, по протоколу KWP 2000.

Протокол управления автомобилем при помощи CAN шины KWP 2000

Скорость обработки данных по CAN-шине может быть до 1 Мбит/с, а скорость обработки информации между жизненно важными системами в автомобиле, например – система безопасности торможения ABS, трансмиссия двигателя составляет 500 кбит/с. Помимо основных систем в автомобиле присутствует система комплектации в которую входят – подушки безопасности, мультимедия для автомобиля, блоки управления в дверях авто и пр.. может составить 100 кбит/с.

При обмене информацией между какими-либо блоками управления, и при помощи трансивера сигналы приемо-передачи информации усиливаются до необходимого уровня.

Топология и формы сигналов CAN-шины

Каждый блок подключенный к CAN-шине обладает определенным входным сопротивлением, в следствии чего, образуется нагрузка СAN модуля. Нагрузка на центральную CAN шине зависит от одновременного подключения и использования исполнительных механизмов и электронных блоков управления автомобилем и различными датчиками, например – сопротивление силового агрегата подключенного к CAN-шине составляет в среднем 68 Ом, информационно-командные системы «комплектации КОМФОРТ» от 2,0 до 3,5 кОм. В момент обесточивания всей системы отключается и нагрузочное сопротивление модулей работающих по CAN-шине.

Фрагмент CAN-шины с распределением нагрузки в проводах: CAN High CAN Low.

Системные, автомобильные блоки управления, обладают помимо различных нагрузочных сопротивлений еще и скоростью передачи данных, что может привести к препятствию в момент обработки разнохарактерных импульсов.

Для решения технической проблемы разнохарактерных импульсов применяется для связи между шинами межсетевой преобразователь.

Преобразователь – это, так называемый межсетевой-интерфейс, в автомобиле применяется в блоке управления или отдельно стоящим блоком и пр… Преобразовывающий интерфейс применяется для различного ввода / вывода информации диагностического разъема OBD, по определенному проводу выведенному к диагностическому разъему и соединяющий центральный блок управления OBD разъемом при помощи CAN-шины.

OBD – это унифицированный диагностический разъем с массой удобств и преимуществ для сканирования автомобиля на предмет ошибок и диагностики.

Блок-схема межсетевого CAN интерфейса.

Как показано на картинке, общение в автомобиле электронных блоков CAN шины происходят при помощи разных блоков, но делающие одно дело, силовой агрегат CAN-шины, информационной-командной системы и системы Комфорт, в зависимости от марки автомобиля и по своему составу, блоки могут отличаться, но суть идее остается неизменной.

Читать еще:  Какая хорошая фирма зимних шин

Диагностика автомобиля на предмет неисправностей производится посредством подключения специализированного диагностического оборудования с необходимым программным обеспечением, так называемого анализатора CAN-шины или при помощи осциллографа (с анализатором шины CHN) и мультиметра (цифрового).

Проверку на предмет работы CAN – шины начинаются с измерения между проводами CAN сопротивления. Но необходимо помнить о том, что CAN-блок шины информационно-командной системы и системой «КОМФОРТ» постоянно находятся под напряжением, что не скажешь про силовой агрегат. Для этого в момент проверки рекомендуется отсоединить аккумулятор, можно обойтись одной из 2 клемм (плюсом или минусом).

В основном все неисправности CAN-шины заключаются в обрыве или замыкании линий, нагрузочных резисторов, нарушением логики работы или понижением уровня сигналов. В случае с нарушением логики поиск и обнаружение проблемы можно только при помощи анализатора CAN – шины.

Еще раз о диагностике CAN-шины

В предыдущей статье мы поговорили о проблемах в шине передачи данных CAN, возникших в результате износа аккумуляторной батареи и просадки питающего напряжения при запуске ниже порога работоспособности шины. Сегодня продолжим разговор о CAN-шине, но немного в другом ключе: прежде всего вспомним принцип ее работы, а затем рассмотрим один из случаев топологии шины и разберем осциллограмму дефекта.

Эта шина используется чаще всего как средство обмена данными в системах, для которых критично быстродействие и время принятия решения. Таковыми являются, например, система управления движением, объединяющая между собой блоки управления двигателем, автоматической трансмиссией, антиблокировочной системой тормозов, усилителем руля и т.п.

Конструктивно шина представляет собой неэкранированную витую пару. Провода шины называются CAN High и CAN Low.

Шина может находиться в двух состояниях:

  1. Рецессивное состояние, или логическая единица. Оба провода в этой ситуации имеют практически одинаковый потенциал: и на проводе CAN High, и на проводе CAN Low присутствует около 2 , 5 В. В рецессивном состоянии шина может находиться сколь угодно долго, хотя в реальности этого не происходит, ведь рецессивное состояние – это всего лишь пауза между сеансами передачи информации.
  2. Доминантное состояние, или логический ноль. В него шина переходит тогда, когда один из входящих в сеть блоков управления начинает передачу данных. Потенциалы на проводах шины меняются следующим образом: на проводе CAN High потенциал повышается на один вольт, на проводе CAN Low наоборот, становится на один вольт ниже.

Рассмотрим форму сигнала шины, чтобы обосновать ее помехоустойчивость:

На рисунке показаны доминантный и рецессивный уровни шины, а также воздействие на шину электромагнитной помехи. Особенностью обработки сигналов шины является то, что в расчет берется не сам уровень сигнала, а разница уровней между проводами CAN High и CAN Low. При рецессивном уровне эта разница близка к нулю, при доминантном уровне она максимальна.

В витой паре провода располагаются очень близко друг к другу. Если возникает внешняя электромагнитная помеха X, то она является синфазной и наводит одинаковый всплеск напряжения в обоих проводах шины. В итоге на обоих проводах появляется наведенный помехой импульс, но разница потенциалов между проводами при этом не меняется. Это позволяет эффективно подавлять внешние помехи, что является большим преимуществом CAN-шины.

На самом деле витая пара – давно известный способ борьбы с помехами. В медицине, например, в кардиостимуляторах, где требуется высочайшая помехоустойчивость, она применяется очень широко.

Сигнал шины поступает в блок управления на дифференциальный усилитель и обрабатывается. Иллюстрация поясняет процесс обработки:

Большинство автопроизводителей придерживаются скорости передачи 500 кБд, соответственно, продолжительность одного бита при этом составит 2 мкс.

Поговорим о топологии CAN-шины. Физически у шины нет начала и нет конца, шина – это просто единая сеть. Чаще всего встречаются два типа топологии: линейная топология и топология «пассивная звезда», а также их сочетания.

На современных автомобилях шина CAN очень разветвленная. Чтобы не перегружать линию большим количеством передаваемых данных, шина может состоять из нескольких ветвей, объединенных межсетевым шлюзом, иначе называемым Gateway. В итоге сеть представляет собой несколько ответвлений, в том числе и на диагностический разъем, использующих разную скорость и протоколы обмена.

Поэтому топология шины – вопрос для диагноста очень актуальный и, к сожалению, довольно сложный. Из тех электрических схем, которыми располагает диагност, не всегда можно понять топологию. Но в документации некоторых автопроизводителей приводится полная и подробная информация, в этом случае задача сильно упрощается.

Не зная тонкостей организации шины, найти в ней неисправность бывает достаточно сложно. Например, при наличии окисления контактов в разъеме пропадает связь с целым рядом блоков управления. Наличие под рукой топологии шины позволяет легко находить подобные проблемы, а отсутствие приводит к большой потере времени.

Ну что ж, мы немного освежили в памяти теорию шины, теперь самое время перейти к практике.

Перед нами автомобиль Infinitit Q 50 , оснащенный весьма редким турбированным мотором VR 30 DDT объемом 3 . 0 л и мощностью 400 лошадиных сил. Но проблема заключается не в этом замечательном агрегате, а как раз в CAN-шине: подключив диагностический сканер, не удается установить связь с доброй половиной блоков управления.

Нам повезло – Nissan относится к тому узкому кругу производителей, которые дают диагностам качественную и полноценную информацию. В том числе есть в документации и подробная топология бортовой шины обмена данными. Открываем, смотрим:

Следует сказать, что приведенная блок-схема достаточно общая. В документации имеется гораздо более подробная электрическая схема со всеми проводами и номерами контактов в блоках, но сейчас она нам пока что ни к чему, нам важно понять общую топологию.

Итак, первое, что нужно увидеть, это то, что вся сеть разделена на три большие ветви, обведенные пунктиром:

  • CAN communication circuit 1 (Коммуникационная цепь CAN 1 );
  • CAN communication circuit 2 (Коммуникационная цепь CAN 2 );
  • Chassis communication circuit (Коммуникационная цепь шасси).

Первые две цепи связаны между собой посредством CAN gateway (найдите его на иллюстрации). Цепь шасси связана с цепью CAN 2 через блок управления шасси, который также играет роль своеобразного Gateway.

А теперь вновь обратимся к сканеру и посмотрим, какие из блоков управления не выходят на связь. Дилерский сканер предоставляет нам очень удобную функцию: на экран выводятся блоки каждой из цепей по отдельности, а цветом отображается возможность (зеленый) либо невозможность (красный) установить с ними связь. Вот блоки цепи CAN 1 :

А это – блоки цепи CAN 2 . Как видно, связи с ними попросту нет:

Также нет связи с блоками цепи шасси, но это и понятно: эта цепь, согласно блок-схеме, подключена к цепи CAN 2 .

Ну что ж, задача почти решена, осталось лишь локализовать неисправность. А для этого воспользуемся мотортестером и снимем осциллограмму на проводах шины сначала в CAN 1 , а затем в CAN 2 и сравним их.

Сделать это очень несложно, ведь обе шины выведены прямо на диагностический разъем. Согласно более подробной схеме, о которой упоминалось выше, на контакты диагностической колодки 6 и 14 выведены провода CAN 1 , а на контакты 12 и 13 – провода CAN 2 .

Читать еще:  Как получить лицензию на переработку шин

Снимаем осциллограмму в цепи CAN 1 . Она имеет прямо-таки академический вид:

Давайте обмерим ее с помощью линеек.

  • На проводе CAN High в рецессивном состоянии потенциал составил 2 , 26 В, на проводе CAN Low – 2 , 25 В.
  • На проводе CAN High в доминантном состоянии потенциал составил 3 , 58 В, на проводе CAN Low – 1 , 41 В.
  • Ширина импульса, соответствующего одной единице передаваемой информации, составляет 2 мкс (обведено красным прямоугольником).

Просто идеальное соответствие теории и практики. Конечно, полосы пропускания нашего прибора явно недостаточно для корректного отображения сигнала, слишком уж широк его спектр. Однако, если закрыть на это глаза, то вполне можно оценить качество сигнала и сделать необходимые выводы.

А теперь делаем ту же операцию на контактах диагностической колодки 12 и 13 , чтобы получить осциллограмму сигнала CAN 2 . Вот она:

Для наглядности масштаб осциллограмм на обеих иллюстрациях один и тот же.

То, что вы видите на этой осциллограмме, называется «мусор». Часто диагносты так и говорят: блок мусорит в шину. Вот только как найти блок, который это делает? Методика здесь очень проста и сводится она к поочередному отключению блоков и повторному наблюдению за сигналом шины.

Где именно находится тот или иной блок на автомобиле, в документации, как правило, показано. Например, на этом «финике» блоки расположены так:

Но в нашем случае все проще. Кстати, маленький лайфхак, возьмите на заметку. В автомобилях Nissan и Infiniti чаще всего причиной наличия мусора в CAN-шине является блок ABS. Сняв разъем с блока, сразу получаем нормальный обмен и связь сканера со всеми блоками ветви CAN 2 :

Обратите внимание на то, что связь в цепи CAN 2 есть со всеми блоками, кроме блока ABS, ведь он отключен.

Завершая разговор, хотелось бы обратить ваше внимание еще на один важный нюанс. Частота следования импульсов по CAN-шине составляет 500 кГц. Поэтому при получении осциллограммы необходимо задействовать максимально возможную частоту дискретизации мотортестера, на какую только он способен.

Если частоту дискретизации вы зададите низкую, то импульсы на осциллограмме будут сильно искажены. В качестве примера посмотрите, как выглядит осциллограмма сигнала CAN-шины при специально сниженной частоте дискретизации прибора:

Красным прямоугольником обведено время, в которое укладывается одно деление сетки. Оно составляет 0 , 2 мс. А на осциллограмме, которую мы рассматривали ранее, это время было равно 5 мкс, поэтому отображение импульсов было более правильным. Имейте это ввиду и не допускайте ошибок!

Промышленный протокол CAN-open

Controller Area Network

Идея протокола CAN(Controller Area Network) была заимствована из автомобилестроения. Изначально CAN был разработан фирмой BOSCH для связи модулей автомобиля в единую сеть и организации обмена между ними. Новый протокол должен был максимально упростить кабельную разводку и локализацию неисправностей бортового оборудования автомобиля.

CAN open – надстройка над протоколом нижнего уровня CAN.

Основные характеристики CAN open

Промышленная сеть CAN является сетью реального времени. Она представляет собой сеть с общей средой передачи данных: все её узлы одновременно принимают все сообщения, передаваемые по шине. Это означает отсутствие возможности посылать пакеты какому-либо адресату отдельно от других участников сети. Фильтрация CAN-сообщений происходит на аппаратном уровне с помощью CAN-контроллера.

Число адресов до 32
Скорость передачи 125…1000 Кбит/с
Размер данных 8 слов (байт)
Формат сеанса посылка по изменению

Каждый узел состоит из:

  • контроллера CAN – реализует протокол;
  • микропроцессора (CPU) – обрабатывает сообщения.

Физический уровень CAN open

Узлы CAN-сети объединяются дифференциальной шиной. Шина имеет две линии — CAN_H (can-high) и CAN_L (can-low). Логический ноль на линии CAN_L ниже, чем на линии CAN_H. Уровень логической единицы одинаков на обеих шинах (отличаются в пределах 0.5 В).

Физический уровень определяет сопротивление кабеля, уровень электрических сигналов в сети и т.п. Существует несколько физических уровней протокола CAN (ISO 11898, ISO 11519, SAE J2411). Обычно используется физический уровень CAN, определенный в стандарте ISO 11898:

  • средой передачи является двухпроводная дифференциальная линия с импедансом (терминаторы) 120 Ом (допускается колебание импеданса в пределах от 108 Ом до 132 Ом)
  • реализован в специальных чипах (CAN приемо-передатчиках), которые преобразуют обычные TTL уровни сигналов, используемых CAN-контроллерами в уровни сигналов на шине CAN.

Длина линии связи CAN open

Скорость передачи (Кбит/с) Максимальная длина сети (м)
1000 40
500 100
250 200
125 500
10 6000

Длина кабеля уменьшается с увеличением скорости обмена. Это связано с тем, что все узлы должны достаточно быстро получать логические уровни сообщений, передаваемых другими участниками взаимодействия, для организации побитового арбитража. Кроме того, ограничение длины кабеля связано с постепенным затуханием сигнала из-за ненулевого электрического сопротивления проводящих линий.

Приоритеты логических уровней в CAN open

Логическая единица — называется рецессивным битом, а логический ноль — доминантным. Логический ноль имеет приоритет, поэтому при одновременном появлении на шине обоих сигналов единица будет подавлена, и на линии будет регистрироваться логический ноль.

Кадры в протоколе CAN open

Для передачи информации в сети CAN используются кадры — сообщения определённого формата. Различают следующие типы кадров:

  • Data Frame – служит для передачи данных
  • Remote Frame — служит для запроса на передачу кадра данных с тем же идентификатором
  • Error Frame — кадр, для передачи сообщения об ошибке
  • Overload Frame – обеспечивает промежуток между кадрами данных или запроса

Арбитраж протокола CAN open

Для разрешения коллизий в сети CAN используется специальный алгоритм неразрушающего арбитража. Если несколько узлов сети одновременно начинают передачу сообщения, каждый из них должен сравнить бит, который он собирается передать на шину, с битом который передают остальные устройства. Если биты, которые на текущий момент передают все участники, совпадают – передача сообщения продолжается. В противном случае арбитраж происходит в соответствии с приоритетами логических уровней, т.е. передавать свои сообщения продолжают те устройства, которые на данный момент «выставили» логический ноль (доминантный бит). Остальные устройства прекращают передачу кадра до тех пор, пока линия не освободится.

Область применения проткола

Протокол CAN-open удобный, надёжный и просто реализуемый протокол верхнего уровня. Он поддерживает достаточно высокие скорости обмена данными, что делает его применимым в системах реального времени. CAN-open рассчитан на распределённые системы, поэтому его целесообразно применять в тех случаях, когда каждый узел сети может асинхронно сообщать остальным участникам взаимодействия о событиях, происходящих в нём. Это возможно в CAN благодаря отсутствию «мастера» сети и «равноправие» всех её узлов. Удобный и гибкий алгоритм разрешения коллизий делает протокол быстрым и надёжным.

До скорой встречи на LAZY SMART ! Чтобы не пропустить новую статью, вступай в нашу группу Вконтакте , а также подписывайся на наш канал YouTube .

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector