Основы can шины: Хакаем CAN шину авто. Виртуальная панель приборов / Хабр

Большинство оборудования для взаимодействия с CAN поставляется с 9-контактным разъемом D-sub (9-контактный штекер D-sub с контактами).Наличие разъема на устройстве CAN противоположно последовательному интерфейсу RS232, который часто поставляется с разъемом на оборудовании. Вот увеличенное изображение некоторого оборудования с интерфейсами CAN, предоставляемыми с использованием 9-контактных разъемов D-sub:

Вот еще одно устройство интерфейса CAN, называемое PCAN-USB FD. Это устройство CAN-USB предоставляется PEAK-System Technik GmbH и поддерживает стандартные CAN, расширенные CAN и CAN FD и использует штекер DB9:

Распиновка 9-контактного кабеля CAN-шины D-sub определяется CANopn в спецификации CiA 303-1, показанной в этой таблице.

Шина CAN, 9-контактный разъем D-Sub (DB9) Таблица контактов

Для базовой сети CAN это упрощается до:

Следовательно, для устройств, соответствующих спецификации CANopen, основной кабель CAN-шины представляет собой отрезок кабеля одиночной витой пары с разъемами DB9 (9-контактные розетки D-sub с отверстиями):

Самая простая проводка — контакты 2 и 7 на разъемах DB9 для прямого подключения. Помните, что нумерация выводов меняется при просмотре разъема спереди или сзади. Вид сзади будет использоваться при прокладке кабелей, а вид спереди — при поиске сигналов:

Для более отказоустойчивой сети можно подключить сигналы заземления CAN.Когда используется заземление CAN и поврежден один из проводов CAN high или CAN low, сеть может продолжать работать. См. Технические характеристики для использования линий заземления CAN.

Клемма подключения CAN-шины

Диаграмма в начале статьи была взята из образа CAN-шины Wikimedia Commons. На нем показана схема шины CAN. На каждом конце шины есть резистор. Шина CAN должна иметь согласующий резистор на каждом конце. Согласующий резистор имеет сопротивление около 120 Ом. Резистор поглощает энергию сигнала CAN, так что он не отражается от конца кабеля обратно по сети, вызывая помехи.При использовании кабеля вилки и розетки DB9 можно использовать адаптер DB9 со встроенным резистором на 120 Ом:

Это оконечное устройство CAN с сопротивлением 120 Ом подключается к последнему устройству в сети CAN, затем кабель CAN DB9 подключается к оконечному устройству DB9.

Многие устройства будут иметь встроенную поддержку оконечной нагрузки CAN. Хотя это может означать, что устройство необходимо открыть, чтобы разрешить внутреннее завершение CAN. Оконечная нагрузка CAN в устройствах может поддерживаться перемычкой, переключателем, паяными площадками или настраиваться с помощью программного обеспечения (см. Инструкции производителя).

При прокладке кабелей оконечные резисторы на 120 Ом могут быть припаяны к задней части разъемов DB9. Эта диаграмма иллюстрирует идею:

Вот пример оконечного резистора на 120 Ом, припаянного к разъему DB9 с проводкой CAN, расположенной в корпусе DB9.

При стендовых испытаниях коротких цепей может быть достаточно только одного согласующего резистора. Однако для лучшей производительности шина CAN должна иметь оконечные устройства на обоих концах, особенно для более высоких скоростей передачи данных.

Терминатор на 120 Ом может быть улучшен для обеспечения дополнительной помехоустойчивости, см. Технические характеристики для получения информации о раздельном согласовании (с использованием двух резисторов на 60 Ом и соединительного конденсатора, подключенного между ними и заземлением, например 4,7 нФ для 1 Мбит / с).

Объединение нескольких устройств в сеть

Ограничения на длину кабеля для подключения к шине CAN см. В технических характеристиках. Шина CAN представляет собой многоточечную сеть без ведущего устройства, поэтому все узлы CAN просто подключаются к проводам высокого и низкого уровня CAN:

Для стендовых испытаний это может быть выполнено с использованием изготовленных на заказ кабелей, гирляндного подключения прямых кабелей разветвителя DB9 или ленточных кабелей, оснащенных 9-контактными разъемами смещения изоляции D-Sub (IDC).

Если на конце кабеля находится неправильный штекер или розетка, можно использовать устройство смены пола DB9, чтобы преобразовать его в правильное соединение. Они доступны для преобразования вилок (мужские) в розетки (женские) и розетки в вилки. Они полезны для подключения двух устройств CAN для выполнения теста петли (отправка сообщения с компьютера на одном устройстве и получение его обратно на другом устройстве):

Кабель автомобильной шины CAN

Шина CAN распространена в автомобилях.Как узнать, есть ли в моей машине CAN-шина? Шина CAN присутствует почти во всех автомобилях, которые производятся из-за требования к властям доступа к данным о выбросах двигателя (загрязнении выхлопных газов) из систем управления двигателем. Данные о выбросах считываются через шину CAN. Это требование вступило в силу в Америке с конца 1990-х годов, в Европе и Японии с начала 2000-х годов и в Австралии с конца 2000-х годов. Автомобили созданы для мирового рынка, поэтому все автомобили имеют шину CAN. Доступ к CAN-шине осуществляется через порт OBD:

Использование выводов ODB

CAN Подключение ODB к DB9

При подключении порта OBD к устройству CAN DB9 можно приобрести или изготовить кабель.Для изготовления кабеля требуется штекер OBD (вилка) и 9-контактное гнездо D-sub (розетка). При покупке кабеля OBD-CAN убедитесь, что разъем DB9 соответствует вилке устройства CAN. Некоторые кабели от OBD до DB9 не соответствуют стандарту CANopen (например, контакты 2 и 7 на разъеме DB9). Также имейте в виду, что разъем OBD на автомобиле открывает 12-вольтовую электрическую систему автомобиля. Это означает, что контакты питания на разъеме OBD могут иметь диапазон напряжения от 10 до 18 вольт (выше на грузовиках) и обеспечивать опасно высокий ток.Поэтому необходимо принимать меры против поражения электрическим током.

Шина CAN Интерфейсы Arduino

Для создания сенсорной сети, подключения к шине CAN или просмотра сигналов CAN от транспортных средств в Интернете доступно множество проектов. Многие микроконтроллеры поддерживают протокол CAN. Они подключены к CAN с помощью чипа трансивера CAN. Многие популярные одноплатные компьютеры (SBC), такие как Arduino, Raspberry Pi и Texas Instruments Launchpad, могут подключаться к CAN через надстройки.Интерфейсы CAN Arduino очень популярны, например, Seeed Studio CAN-BUS Shield и SparkFun CAN-BUS Shield, а также различные совместимые устройства. Для одноплатного решения Arduino раньше была доступна плата Leonardo CAN BUS.

Примечание. Некоторые дополнительные платы с разъемом DB9 требуют правильной настройки для совместимости с CANopen (контакты 2 и 7 на разъеме DB9).

Оборудование для тестирования CAN-шины

Хотя интерфейсы Arduino обеспечивают надежный метод подключения и построения CAN-шины, иногда требуется профессионально поддерживаемое оборудование.Особенно, если при отладке системы не следует отбрасывать пакеты данных CAN. Среди ведущих производителей оборудования для тестирования CAN:

См. Также

17 августа 2020 г. — TC спросил: Какова максимальная или минимальная длина каждого узла на шине?

Tek Eye — Максимальная длина кабеля между двумя конечными узлами на шине CAN зависит от используемой скорости передачи данных шины (т. Е. Скорости передачи данных). Скорость передачи сигналов в битах в секунду (бит / с) определяет максимальную длину кабеля для шины CAN.Низкая скорость передачи данных CAN-шины, например 10 Кбит / с, позволит шине работать на большом расстоянии 6700 метров между двумя концами шины. По мере увеличения скорости передачи данных максимальная длина шины быстро уменьшается. При обычных скоростях передачи данных CAN-шины автомобиля максимальная длина шины составляет:

• 125 Кбит / с — 530 метров
• 500 Кбит / с — 130 метров
• 1000 Кбит / с (1 Мбит / с) — 49 метров

Длина шлейфов должна быть короткой, 30 см для CAN-шины 1 Мбит / с, т. Е. Прокладывать кабели CAN-шины к каждому узлу, а не использовать длинные кабели для узлов на шлейфах.

15 сентября 2020 года — andreaspenda92 спросил: Привет, вы проводите онлайн-уроки по CAN-шине?

Tek Eye — Здравствуйте, онлайн классы CAN-шины в настоящее время не предусмотрены. Поищите на YouTube по запросу can bus, чтобы увидеть некоторые ресурсы.

Автор: Дэниел С. Фаулер Опубликовано: 12 декабря 2017 г. Обновлено: 18 августа 2020 г.

Основы CAN-Bus — KMP Drivetrain Solutions

• Автор: Тимон Альферинк

• 24 августа 2017

В этом посте я объясню самые основы сети CAN-Bus, которая используется в автомобилях Motorsport.Это может быть полезно для людей, которые когда-либо слышали это имя, но никогда не знали, что это такое или что оно делает. В Интернете много технической информации, но моя цель — объяснить ее на очень простом языке. В этом посте в качестве примера я использую 11-битную спецификацию высокоскоростной (1 Мбит / с) CAN2.0A.

CAN означает C ontroller A rea N etwork. Это метод, позволяющий микроконтроллерам связываться друг с другом по сети (шине). Сравните его с Ethernet (LAN), стандартом, позволяющим компьютерам также взаимодействовать друг с другом.

Оборудование CAN-Bus

Линия шины — это витая пара с согласующим резистором (120 Ом) на каждой стороне. Один провод называется CAN High, а другой — CAN Low. Оба провода нужны для правильной связи.

Устройство, подключенное к шине, называется «Узлом». Для связи в сети CAN всегда требуются два или более узла. В автоспорте вы обычно найдете от 3 до 10 узлов на автобусе.

Узел имеет как минимум встроенный микроконтроллер и CAN-контроллер.Контроллер CAN преобразует цифровую информацию в сообщения на шине. Сравните это с азбукой Морзе. Информация поступает, CAN-контроллер переводит ее и отправляет сообщение на определенном языке, а другой CAN-контроллер снова получает информацию.

Микроконтроллер обрабатывает такую ​​информацию, как входы или выходы датчиков, для включения света или исполнительного механизма. Микроконтроллер также может обрабатывать информацию для управления приборной панелью или другим видом связи.

Сообщения CAN-Bus

Сообщение CAN-Bus содержит все виды данных, но основными являются идентификатор и кадр сообщения (8 байтов).Представьте себе поезд: поезд движется с определенной скоростью (1 Мбит / с) по рельсам (автобусам) и имеет несколько вагонов (удостоверений личности). На каждой железнодорожной станции (Узле) вы можете поставить больше вагонов на поезд или посмотреть, кто в другом вагоне. Вагон (ID) с наименьшим номером имеет наивысший приоритет и идет первым. Узел может отправлять по шине несколько идентификаторов.

В вагоне (ID) есть 8 личных комнат (байтов) по 8 мест (бит) в каждой. Каждое место (бит) может иметь значение 0 или 1. Полная отдельная комната с 8 местами может иметь 256 различных комбинаций, что составляет максимальное значение в 1 байт.На нормальном языке; 1 идентификатор может содержать несколько сигналов, таких как обороты, дроссельная заслонка, температура и т. Д. Если каждый сигнал имеет размер 1 байт (8 бит), идентификатор может содержать 8 сигналов.

Если вы хотите отправить сообщение как «8000 об / мин», максимальная точность для 1 помещения (байта) будет 5000 мВ / 256 = 31 об / мин. Передача сигнала будет происходить с шагом 31 об / мин. Чтобы получить более высокую точность, можно использовать 2 комнаты (байта) для 1 сообщения. Две комнаты могут иметь максимальное значение 62236. Если вы отправляете сообщение «8000 об / мин» более 2 байтов, шаги будут 8000/65536 = 0,12 об / мин.

Важно понимать, почему иногда для передачи сигнала используются 1 бит, 1 байт или 2 байта.

Чтобы получить сигнал, который вы ищете, вам необходимо иметь идентификатор, старший байт, младший байт и коэффициент количественной оценки. Q-фактор используется для преобразования значения сообщения (без единицы) в понятное значение (такие единицы, как об / мин, В, бар).

Важная информация

Сколько ID (вагонов) может стоять на рельсах (автобусе), зависит от многих факторов.Если загрузка автобуса превышает 60-70%, вы получите потерю данных или разбитый поезд. Кроме того, когда состояние рельсов плохое (плохая проводка, отсутствие скрученных проводов и т. Д.), Вы также получите потерю данных или разбитые поезда. Всегда проверяйте, что каждый узел (вокзал) может подключаться к шине (рельсам). Узел, созданный для рельсов со скоростью 500 Кбит / с, не может быть подключен к рельсам со скоростью 1 Мбит / с.

Я знаю, что не все сравнения, которые я сделал в этом посте, на 100% верны, но из личного опыта, когда я объяснял основы CAN другим, пытаясь визуализировать это, очень помог им понять основы.

Пожалуйста, поделитесь, подпишитесь на нашу рассылку или оставьте комментарий ниже, если вы хотите читать больше из этих блогов!

: основы

Система CAN-шины — это не то, о чем вы слышите ежедневно, но это одна из самых важных частей любого современного автомобиля. Проще говоря, этот электронный коммутатор — это то, что поддерживает связь всех систем вашего автомобиля друг с другом, чтобы ваш автомобиль или грузовик продолжал работать в отличной форме.

Как работает эта автомобильная магия? Прочтите основы работы с шиной CAN.

Сеть, автомобильный стиль

Шина CAN используется не только в мире автомобилей — на самом деле это стандартная шина (сеть контроллеров), которую можно найти в различных приложениях. «Шина» — это термин, относящийся к любой системе связи, которая может перемещать данные между одним компонентом и другим. Шина CAN впервые появилась в 80-х годах, но только в начале 90-х в транспортных средствах появилось достаточно контроллеров, датчиков и микропроцессоров, чтобы потребовалась выделенная шина для обработки всего трафика данных.Переход на шину CAN также позволил автомобильным компаниям избавиться от значительного количества проводки от каждого автомобиля, поскольку система упростила методы электронного управления, которые использовались до этого момента.

Как это работает?

Система CAN-шины состоит из первичного контроллера, который контролирует все системы автомобиля из центра. Это упрощает отслеживание неисправностей, а затем диагностику конкретных проблем, вместо того, чтобы вручную опрашивать многочисленные субконтроллеры, распределенные в автомобиле или грузовике.Это также снижает количество точек отказа: благодаря единой линии передачи данных, обрабатывающей все коммуникации, нет необходимости беспокоиться о том, что несколько соединений могут выйти из строя и вызвать проблемы. Кроме того, конструкция позволяет основной системе продолжать работать даже в случае отказа подсистемы, что является уровнем избыточности, который было труднее достичь при использовании дискретных контроллеров.

OBD-II

Внедрение CAN-шины позволило автомобильным компаниям продвинуться вперед с протоколами бортовой диагностики, известными как OBD-I и текущим стандартом OBD-II.OBD-II предлагает набор стандартизованных кодов проблем, которые могут быть легко интерпретированы механиками и даже владельцами при попытке диагностировать проблему. Порт данных, через который осуществляется доступ к кодам OBD-II, также служит точкой входа для обновлений программного обеспечения бортовых систем и компьютеров транспортного средства — что было бы невозможно, и для чего потребовалась бы фактическая физическая замена компьютерных микросхем до того, как наличие системы CAN-шины.

Ознакомьтесь со всеми продуктами для электрооборудования и системы зажигания, доступными на NAPA Online, или доверьтесь одному из наших 17 000 пунктов обслуживания NAPA AutoCare для текущего обслуживания и ремонта.Чтобы получить дополнительную информацию о системе CAN-шины и вашем автомобиле, поговорите со знающим экспертом в местном магазине NAPA AUTO PARTS.

Фото любезно предоставлено Wikimedia Commons.

Основы CAN-шины | Macchina

Чтобы помочь начать работу здесь, я собираюсь выложить несколько фрагментов информации (и ссылки на дополнительные сведения) о CAN-шине, и особенно о ее аспектах, которые будут интересны людям, работающим с Macchina.

Во-первых, некоторая информация, которая может служить пояснением.CAN — это протокол, который может работать во многих различных физических конфигурациях и относительно гибок в своих приложениях. За исключением реализаций, которые используют стандарт SAE J2411 «Single-Wire CAN» («SWC»), который используется в основном в последних автомобилях GM и известен как GMLAN, физический уровень большинства реализаций CAN, с которыми вы, вероятно, столкнетесь, включает 4 сигнала: CAN -Low и CAN-High составляют сбалансированный дифференциальный сигнал, заземление и мощность. Во многих реализациях используются согласующие резисторы между CAN-High и CAN-Low на каждом «конце» шины.В зависимости от вашей системы вам может потребоваться установить резистор между двумя сигналами данных на вашем контроллере CAN.

Помимо физической проводки, Macchina берет на себя большую часть физических уровней и уровней передачи протокола, оставляя нам более полезные уровни объектов и приложений, а также сообщения, передаваемые по шине.

Эти сообщения (или «кадры») отправляются и принимаются контроллером CAN и несут все данные, которые передаются по шине.Описание этих фреймов в Википедии (http://en.wikipedia.org/wiki/CAN_bus#Frames) на удивление полезно, и в сочетании с некоторой аппаратной документацией, описывающей конкретный набор сообщений, может дать вам очень долгий путь к декодированию и управление CAN-совместимым оборудованием. Раздел «Идентификатор» — либо 11 бит в случае CAN 2.0 A, либо 29 бит, разделенных на две части, в случае CAN 2.0 B, — этих фреймов сообщений примерно то, на что это похоже: уникальный идентификатор для конкретного типа сообщения.В кадре данных идентификатор, наряду с некоторыми другими конфигурационными и описательными битами, сопровождает до 8 байтов данных. Мы надеемся, что в документации по оборудованию будут указаны идентификаторы для сообщений, которые оборудование отправляет и получает, но если документации недостаточно, иногда необходимо просто прослушать шину и посмотреть, какие сообщения и идентификаторы присутствуют.

Опять же, этот пост, надеюсь, заставит вас задуматься в правильном направлении и на правильном уровне для работы с сообщениями CAN, а также на то, что контроллер и трансивер CAN справятся со всеми сложными временными параметрами и т. Д.Идентификаторами сообщений и, по сути, адресами достаточно сложно управлять, не беспокоясь о сбалансированных сигналах и арбитраже шины.

Этот пост, надеюсь, также послужит отправной точкой для обсуждения и обмена знаниями, когда вы начнете обнюхивать и тыкать в то, что может жить в ваших автобусах, так что комментируйте, и счастливого CANning!

Протокол шины CAN — 10-минутный урок

Введение в шину CAN:

CAN (сеть контроллеров) — это двухпроводной протокол дифференциальной последовательной связи, используемый для управления в реальном времени.Протокол шины CAN был первоначально разработан для автомобильной промышленности — для подключения трансмиссии, подушек безопасности, антиблокировочной системы тормозов / ABS, круиз-контроля, электроусилителя руля, аудиосистем, электрических стеклоподъемников, дверей, регулировки зеркал, аккумулятора и систем подзарядки для гибридных автомобилей. / электромобили и др.

CAN — это система широковещательной рассылки сообщений с несколькими ведущими (одноранговая сеть), которая определяет максимальную скорость передачи сигналов от 125 кбит / с до 1 Мбит / с. Он предусматривает 2048 различных идентификаторов сообщений.

CAN был разработан Robert Bosch GmbH в 1983 году. CAN-шина является одним из пяти протоколов, используемых в стандарте бортовой диагностики (OBD) -II. Каждый год продается около 1 миллиарда CAN-узлов.

Конкурентные преимущества и применение

Преимущества:

• Низкая стоимость : ЭБУ (ECU = электронные блоки управления) обмениваются данными через единственный интерфейс CAN, т.е.е. не прямые аналоговые сигнальные линии, снижение ошибок, веса, затрат.
• Централизованный : Система CAN-шины позволяет централизованно диагностировать и настраивать ошибки во всех ЭБУ.
• Надежность : Система устойчива к отказам подсистем и электромагнитным помехам.
• Эффективный : сообщения CAN имеют приоритет через идентификаторы, так что идентификаторы наивысшего приоритета не прерываются.
• Гибкий : Каждый ЭБУ содержит микросхему для приема всех передаваемых сообщений, определения релевантности и соответствующих действий — это позволяет легко изменять и включать дополнительные узлы

Рис. 1: Пример CAN и без CAN в автомобильном приложении

Шина CAN широко используется в:

• Транспортные системы (железнодорожные, авиационные, морские и т. Д.))
• Системы управления промышленными машинами
• Автоматизация дома и зданий (например, HVAC, лифты)
• Машины мобильные (строительная и с / х техника)
• Медицинские устройства и лабораторная автоматизация, а также во многих других встроенных и глубоко встроенных приложениях.

Компоненты системы и структура сети

Фиг.2: CAN BUS Архитектура OSI

Типы CAN-шины

Высокая скорость CAN (CAN 2.0B)

• Скорость: до 1 Мбит / с
• Диапазон: 40 м
• 29-битный идентификатор сообщения
• Оконечная нагрузка с резистором 120 Ом

Низкая скорость CAN (CAN 2.0A)

• Скорость: до 125 Кбит / с
• Диапазон: 500 м
• 11-битный идентификатор сообщения
• общее оконечное сопротивление должно быть около 100 Ом.

CAN FD (гибкая скорость передачи данных)

• Скорость: до 15 Мбит / с
• Дальность 10м

Фиг.3: Схема подключения DB9 CAN BUS Notwork

CAN синхронный или асинхронный?

CAN используется метод побитового арбитража без потерь для разрешения конфликтов. Этот метод арбитража требует, чтобы все узлы в сети CAN были синхронизированы для одновременной выборки каждого бита в сети CAN. Поэтому некоторые называют CAN синхронным. (К сожалению, термин «синхронный» неточен, поскольку данные передаются без тактового сигнала в асинхронном формате) Все узлы соединены друг с другом через двухпроводную шину.Провода представляют собой витую пару с характеристическим сопротивлением 120 Ом (номинальное).
ПРИМЕЧАНИЕ: Шина CAN должна иметь оконечный резистор. Согласующие резисторы необходимы для подавления отражений, а также для возврата шины в рецессивное состояние или состояние ожидания.

Топология

Рис.4: Топология шины CAN

CAN позволяет использовать несколько устройств (называемых «узлами»), для связи в сети CAN требуются два или более узла.Сложность узла может варьироваться от простого устройства ввода-вывода, встроенного компьютера или шлюза. Для каждого узла требуется: Центральный процессор: микропроцессор или хост-процессор. Контроллер CAN: часто является неотъемлемой частью микроконтроллера. Приемопередатчик CAN: определяется Стандарты ISO 11898-2 / 3 для устройств доступа к среде [MAU].

Сколько узлов у вас может быть?

В CANopen уникальные адреса доступны для 127 узлов на шине.Однако практический физический предел количества узлов составляет около 110 единиц на шину. В J1939 для шины доступно 253 уникальных адреса.

Рис.5: CAN NODE

Как работает механизм передачи данных?

В спецификациях CAN используются термины «доминантные» биты и «рецессивные» биты.Доминантный — это логический 0 (передатчик активно управляет напряжением). Рецессивный — это логическая 1 (пассивно возвращается к напряжению резистором). Состояние ожидания представлено рецессивным уровнем (Логическая 1), если один узел передает доминирующий бит и другой узел передает рецессивный бит, тогда возникает коллизия, и доминирующий бит «выигрывает». «Сообщение» — это пакет данных, который несет информацию, подлежащую обмену между узлами. Каждое сообщение в CAN имеет уникальный идентификационный номер.

В следующем видео подробно объясняется, как работает CAN-шина:

При использовании протокола на основе сообщений другие узлы могут быть добавлены без перепрограммирования, поскольку устройства, подключенные к шине, не имеют идентифицирующей информации — например, адресации узлов.Таким образом, не требуется никаких изменений в программном и аппаратном обеспечении любого из устройств, подключенных к шине. Арбитраж — это процесс согласования между устройствами, в ходе которого решается, какое из них может взять на себя управление шиной (Рекомендуемое чтение: https://www.linkedin.com/pulse/bus-arbitration-can-controller-area-network- abdul-rehman-anwer / и https://www.mikroe.com/blog/can-bus).

Чтобы обеспечить достаточное количество переходов для поддержания синхронизации, бит противоположной полярности вставляется после пяти последовательных битов одной полярности.Эта практика называется вставкой битов и необходима из-за кодирования без возврата к нулю (NRZ), используемого с CAN. Заполненные кадры данных уничтожаются получателем.

Основы CAN — ОСНОВЫ АВТОМОБИЛЯ

Протокол сети контроллеров (CAN) включает мощные средства беспрепятственного предотвращения повреждения данных во время конфликта сообщений. Объясняется этот процесс арбитража и его связь с переменными электрического слоя.Методы принудительного столкновения сообщений и тестового арбитража демонстрируются вместе со стратегиями использования арбитража в качестве количественного критерия в критически важных для безопасности системах. Затем эталонный тест применяется к нескольким примерам систем, и результаты предоставляются для сравнения.

Введение

Способность сети контроллеров управлять конфликтами сообщений обеспечивает уникальное испытание соответствия протоколу в любом приложении. В этом примере разрабатываются средства определения эталона производительности системы путем измерения способности сети выполнять надлежащий арбитраж.Показано, что хотя шина CAN функционирует нормально, многие ошибки арбитража могут остаться незамеченными системными операторами.

Реализации CAN:
В CAN есть две основные аппаратные реализации, это базовая CAN и полная CAN.

Basic CAN: Basic CAN имеет только один буфер сообщений для сообщений приема и передачи. Полученное сообщение принимается или игнорируется после фильтрации приема. Решение обработать сообщение или проигнорировать его также принимается фильтрацией принятия.Эта приемная фильтрация узла выполняется программным обеспечением в Basic CAN. Чтобы снизить нагрузку на программное обеспечение на узлах, есть возможность игнорировать некоторые сообщения, игнорируя определенные идентификаторы. Это реализуется с помощью битовой маски для идентификаторов сообщений.

Полная CAN: В полной CAN имеется от 8 до 16 буферов памяти для каждого переданного или полученного сообщения. Здесь приемочная фильтрация выполняется аппаратно, а не программно. Каждый буфер можно настроить для приема сообщений с определенными идентификаторами.
Поскольку приемочная фильтрация выполняется аппаратно, нагрузка на программное обеспечение значительно снижается. Использование разных буферов для разных сообщений обеспечивает больше времени для обработки полученных сообщений, а переданное сообщение может обрабатываться в соответствии с уровнями приоритета. Настройка каждого буфера для каждого сообщения также обеспечивает согласованность данных в Full CAN.

Основы арбитража

Поскольку любой узел CAN может начать передачу, когда шина свободна, два или более узла могут начать передачу одновременно.Арбитраж — это процесс, с помощью которого эти узлы борются за контроль над шиной. Правильный арбитраж имеет решающее значение для производительности CAN, потому что это механизм, который гарантирует, что коллизии сообщений не уменьшают пропускную способность и не приводят к потере сообщений. Каждый кадр данных или удаленный кадр начинается с идентификатора, который определяет приоритет и содержание сообщения. По мере широковещательной передачи идентификатора каждый передающий узел сравнивает значение, полученное по шине, с передаваемым значением. Сообщение с более высоким приоритетом во время конфликта имеет более ранний доминирующий бит в идентификаторе.Следовательно, если передающий узел обнаруживает доминирующий бит на шине вместо переданного рецессивного бита, он интерпретирует это как другое сообщение с более высоким приоритетом, передаваемое одновременно. Этот узел приостанавливает передачу до следующего бита и автоматически выполняет повторную передачу, когда шина простаивает. Результатом надлежащего арбитража является то, что за сообщением с высоким приоритетом, переданным без прерывания, сразу следует сообщение с низким приоритетом, если, конечно, другое сообщение с высоким приоритетом не пытается осуществить широковещательную передачу сразу после того же сообщения.Поскольку в результате столкновения сообщения не теряются или не повреждаются, данные и пропускная способность не нарушаются.

Переменные электрического уровня (требования к битовой синхронизации)

Каждый бит CAN разделен на четыре сегмента (см. Рисунок 1). Первый сегмент, сегмент синхронизации (SYNC_SEG), — это время, в течение которого ожидается переход от рецессивного к доминантному или от доминантного к рецессивному. Второй сегмент, временной сегмент распространения (PROP_SEG), предназначен для компенсации времени физической задержки сети, как показано на рисунке 2, и должен быть в два раза больше суммы задержки распространения шины, задержки входного компаратора и задержка драйвера вывода.Третий и четвертый сегменты, оба сегмента фазового буфера (PHASE_SEG1 и PHASE_SEG2), используются для повторной синхронизации. Значение бита дискретизируется сразу после PHASE_SEG1. Скорость передачи данных может быть изменена либо путем изменения частоты генератора, которая обычно ограничена требованиями процессора, либо путем указания длины сегментов битов в «кванте времени» и значении предварительного делителя. Значение предварительного делителя умножается на минимальный квант времени, который является обратной величиной тактовой частоты системы, 1 / f sys, для определения длины кванта рабочего времени.Затем битовое время может быть вычислено как сумма каждого битового сегмента, а битовая скорость может быть вычислена как величина, обратная этой сумме.

Каждый узел должен выполнять жесткую синхронизацию по каждому краю, переходящему от рецессивного к доминантному, после простоя шины или полученного начала кадра. Жесткая синхронизация — это перезапуск внутренней битовой синхронизации для принудительного перехода фронта в SYNC_SEG, где ожидаются фронты. Ресинхронизация выполняется на всех других краях от рецессивного к доминирующему других принятых битов путем удлинения или сокращения PHASE_SEG1 или PHASE_SEG2 на один-четыре временных кванта, как указано шириной скачка ресинхронизации.Если разница между фронтом, вызывающим повторную синхронизацию, и SYNC_SEG превышает ширину скачка повторной синхронизации, эффективный результат такой же, как при жесткой синхронизации.

Ошибки сети CAN

CAN определяет пять различных типов сетевых ошибок. Передающий узел обнаруживает битовую ошибку, когда он отслеживает битовое значение, отличное от того, которое он передает; реакция на это состояние зависит от характера ошибки. Ошибка заполнения возникает при нарушении правила заполнения битов — бит противоположного значения должен быть вставлен сразу после любой серии из пяти последовательных битов одного и того же значения в сообщении.Ошибка циклического контроля избыточности (CRC) возникает, когда принимающий узел принимает последовательность CRC, отличную от ожидаемой. (Обратите внимание, что все узлы независимо вычисляют последовательность CRC из поля данных). Ошибка формы возникает, когда поле содержит недопустимое битовое значение. Наконец, ошибка подтверждения (ACK) возникает, когда передатчик не отслеживает доминирующий бит в слоте ACK, чтобы указать, что сообщение было правильно получено другим узлом, как показано на рисунке 2. Когда узел обнаруживает ошибку шины, он передает кадр ошибки, состоящий из шести доминирующих битов, за которыми следуют восемь рецессивных битов.Множественные узлы, передающие кадр ошибки, не вызовут проблемы, потому что первые рецессивные биты будут перезаписаны. В результате останется шесть доминирующих битов, за которыми следуют восемь рецессивных битов, что приведет к безопасному сбросу шины до возобновления нормальной связи.

Протокол CAN обеспечивает средства локализации ошибок, требуя от каждого узла поддерживать отдельные счетчики ошибок приема и передачи. Любой счетчик будет увеличен на 1 или 8, в зависимости от типа ошибки и условий, связанных с ошибкой.Счетчик ошибок приема увеличивается для ошибок во время приема сообщения, а счетчик ошибок передачи увеличивается для ошибок во время передачи сообщения (для получения дополнительной информации см. Ссылку 1). Когда один из этих счетчиков превышает 127, узел объявляется «пассивным к ошибкам», что ограничивает отправку узлом любых дальнейших доминирующих кадров ошибок. Когда количество переданных ошибок превышает 255, узел объявляется «отключенным от шины», что запрещает узлу отправлять любые дальнейшие передачи. Счетчики ошибок приема и передачи также уменьшаются на 1 каждый раз, когда сообщение получено или передано без ошибок, соответственно.Это позволяет узлу вернуться из режима пассивной ошибки в режим активной ошибки (нормальный режим передачи), когда оба счетчика меньше 128. Узел также может вернуться в режим активности ошибки из режима отключения шины после получения 128 вхождений 11 последовательных рецессивных битов. В целом сеть поддерживает постоянные счетчики ошибок передачи и приема, если она усредняет восемь правильно переданных или принятых сообщений для каждой ошибки, возникающей во время передачи или приема, соответственно.

Сеть контроллеров (CAN) появилась в 1983 году в компании Robert Bosch GmbH как стандарт последовательной шины данных для соединения микроконтроллеров в транспортных средствах.Хотя изначально он был разработан специально для автомобильной промышленности, теперь он также используется в других приложениях. Протокол был официально выпущен в 1986 году, а первые микросхемы контроллеров CAN, произведенные Intel и Phillips, были коммерчески доступны в 1987 году. Спецификация CAN 2.0 была опубликована Bosch в 1991 году. Канал передачи данных и физические уровни CAN для скоростей передачи данных до 125 кбит / с (описываемая как «низкоскоростной последовательный обмен данными» была определена во второй части исходного стандарта ISO, опубликованного в 1994 году (ISO 11519).Часть 1 более позднего стандарта ISO, опубликованного в 2003 году (ISO 11898), охватывает канал передачи данных и физические уровни CAN, но для скорости передачи данных до 1 Мбит / с. Есть также ряд других связанных стандартов. Протоколы более высокого уровня, используемые с CAN, зависят от приложения. Ряд микроконтроллеров (например, микроконтроллеры PIC Microchip Technology) теперь имеют встроенную поддержку CAN.

Современный автомобиль обычно имеет порядка пятидесяти (а иногда и намного больше) электронных блоков управления (ЭБУ), управляющих различными автомобильными подсистемами.Самым большим микропроцессорным блоком в автомобиле обычно является блок управления двигателем (также, что сбивает с толку, сокращенно ЭБУ). Другие микропроцессорные элементы управления, начиная от системы трансмиссии и тормозной системы, заканчивая косметическими элементами, такими как автомобильные аудиосистемы, и регулировкой ведущих зеркал. Некоторые из этих подсистем работают независимо, другие должны взаимодействовать друг с другом, обрабатывать данные, полученные от датчиков, и отвечать на них. Шина CAN в системе управления автомобилем, например, обычно соединяет блок управления двигателем с системой управления коробкой передач.Он также хорошо подходит для использования в качестве полевой шины в общих средах автоматизации и стал широко использоваться для таких приложений, отчасти из-за низкой стоимости, небольшого размера и доступности многих контроллеров и процессоров CAN. В автомобильных системах они являются идеальной альтернативой дорогостоящим, громоздким и ненадежным электромонтажным станкам и разъемам.

Сеть CAN соединяет между собой управляющие устройства, датчики и исполнительные механизмы (все вместе именуемые здесь как узлов ). Каждый узел, подключенный к шине CAN, может отправлять и получать данные, но не одновременно.Сообщение состоит в основном из идентификатора , , который идентифицирует тип и отправителя сообщения, и до восьми байтов фактических данных. Физическая среда в сети CAN — это дифференциальная двухпроводная шина (обычно неэкранированная или экранированная витая пара), а используемая схема сигнализации — Non-Return to Zero (NRZ) с битовой вставкой. Поскольку CAN по сути является широковещательной сетью, сообщения будут приниматься всеми узлами. Сообщения достигают устройств не напрямую, а через каждый узел , хост-процессор и CAN-контроллер .Эти элементы находятся между самим узлом и шиной данных. Любой узел может передать сообщение при условии, что шина свободна. Если два или более узла передают данные одновременно, система арбитража просто дает приоритет на основе идентификационного номера сообщения. Сообщение с идентификатором с более высоким приоритетом перезапишет все другие сообщения, и все узлы, ответственные за сообщения с более низким приоритетом, отключаются и ждут перед повторной передачей.

Каждый узел будет иметь хост-процессор , который интерпретирует входящие сообщения и определяет, когда ему нужно отправлять исходящие сообщения, датчики , приводы и устройства управления , которые могут быть подключены к хост-процессору по мере необходимости, и контроллер CAN , который реализован аппаратно и имеет синхронные часы.Контроллер CAN буферизует входящие сообщения до тех пор, пока они не будут извлечены хост-процессором, генерируя прерывание, чтобы хост-процессор знал, что сообщение ожидает. Контроллер CAN также является буфером для исходящих сообщений, которые он получает от хост-процессора и затем передает по шине. Приемопередатчик обрабатывает сообщения и обычно интегрирован в CAN-контроллер. Возможные скорости передачи данных зависят от длины шины. Скорость передачи данных до 1 Мбит / с возможна при длине сети менее 40 метров.Снижение скорости передачи данных до 125 кбит / с позволит увеличить длину сети до 500 метров.

Передача сообщений в CAN основана на принципе производитель-потребитель (широковещательная передача). Сообщение, переданное одним узлом (производитель ), принимается всеми другими узлами (потребители ). Сообщения не имеют адреса назначения, но имеют идентификатор сообщения . Сообщения в стандартном формате имеют 11-битный идентификатор сообщения, что позволяет определять 2048 различных сообщений для любой системы — более чем достаточно для большинства приложений.Для приложений, которым требуется большее количество сообщений, может использоваться расширенный формат сообщения с 29-битным идентификатором сообщения, позволяющий определять более пятисот миллионов различных сообщений. Только определенные сообщения будут применяться к каждому узлу в сети, поэтому узел, принимающий сообщение, должен применить приемную фильтрацию (обычно реализуемую аппаратно и на основе идентификатора сообщения). Если сообщение, полученное узлом, имеет отношение к нему, оно будет обработано, в противном случае оно будет проигнорировано. Сети CAN могут быть расширены без модификации существующего оборудования или программного обеспечения, если добавляемые устройства являются чисто приемниками и если им требуются только сообщения, которые уже генерируются сетью.

Арбитраж в CAN сетях

Стандартная форма арбитража в сети CAN — Множественный доступ с контролем несущей / побитовый арбитраж (CSMA / BA). Если два или более узла начинают передачу одновременно, арбитраж основан на уровне приоритета идентификатора сообщения и позволяет доставить сообщение, идентификатор которого имеет наивысший приоритет, немедленно, без задержки. Это делает CAN идеальным для систем реального времени, основанных на приоритетах. Каждый узел, когда он начинает передавать свой идентификатор сообщения, будет отслеживать состояние шины и сравнивать каждый бит, полученный с шины, с переданным битом.Если доминирующий бит (0) получен, когда был передан рецессивный бит (1), узел прекращает передачу, потому что другой узел установил приоритет. Эта концепция иллюстрируется схемой ниже.

Арбитраж выполняется по мере передачи поля идентификатора и равен неразрушающим . Каждый узел передает свой 11-битный идентификатор сообщения, начиная с самого старшего бита (бит 10). Двоичный ноль (0) — это доминантный бит , а двоичный (1) — это рецессивный бит .Поскольку доминирующий бит перезаписывает рецессивный бит на шине, состояние шины всегда будет отражать состояние идентификатора сообщения с наивысшим приоритетом (т. Е. Наименьшим числом). Как только узел видит неблагоприятное для себя сравнение битов, он прекращает участвовать в процессе арбитража и ждет, пока шина снова не освободится, прежде чем пытаться повторно передать свое сообщение. Таким образом, сообщение с наивысшим приоритетом будет продолжать передаваться без задержки и беспрепятственно.На приведенной выше иллюстрации узел 2 передает бит 5 как рецессивный бит (1), в то время как чтение уровня шины является доминирующим (0), поэтому узел 2 отключается. Точно так же Узел 1 отключается после передачи бита 2 в качестве рецессивного бита, тогда как уровень шины остается доминирующим. После этого узел 3 может завершить передачу своего сообщения.

Идентификатор сообщения для каждого элемента системы назначается разработчиком системы, а используемый метод арбитража гарантирует, что сообщения с наивысшим приоритетом всегда будут передаваться перед другим сообщением в случае одновременной передачи.Таким образом, автобус распределяется в зависимости от потребности. Таким образом, единственным ограничивающим фактором является вместимость самого автобуса. Необработанные запросы на передачу обрабатываются в порядке их приоритета с минимальной задержкой и максимальным использованием доступной пропускной способности шины. В любой системе одни параметры будут изменяться быстрее, чем другие. Например, в автомобиле обороты двигателя будут изменяться намного быстрее, чем температура охлаждающей жидкости двигателя. Более быстро меняющиеся параметры, вероятно, потребуют более частого мониторинга, и по этой причине, вероятно, им будет отдан более высокий приоритет.

Формат кадра CAN

Общий формат кадра сообщения CAN показан ниже.

О начале кадра сообщения сигнализирует доминирующий бит начала кадра , за которым следуют 11-битный идентификатор сообщения и бит запроса удаленной передачи (RTR), который устанавливается, только если сообщение — это кадр запроса данных, (в отличие от кадра данных). Здесь, вероятно, следует отметить, что, хотя узлы в сети CAN обычно отправляют данные без опроса, узел может запросить передачу определенного сообщения другим узлом в системе.Первые два бита ( r0, и r1 ) 6-битного поля управления определяют формат передачи (т. Е. Стандарт или расширенный ), а последние четыре бита образуют код длины данных (DLC) , который указывает количество байтов переданных данных. Поле данных может содержать от нуля до восьми байтов данных, за ним следует 16-битное поле CRC , содержащее 15-битный код проверки циклическим избыточным кодом, который используется принимающим узлом для обнаружения ошибок, и рецессивный бит разделителя .

Поле ACKnowledge имеет два бита. Первый — это слот ACK , который передается как рецессивный бит, но будет перезаписан доминирующим битом любым узлом, который успешно принимает переданное сообщение. Второй бит — это рецессивный бит разделителя . Поле конца кадра состоит из семи рецессивных битов и сигнализирует о завершении безошибочной передачи сообщения. За полем конца кадра следует поле перерыва , состоящее из трех рецессивных битов, после чего шина может считаться свободной для использования.Время простоя в автобусе может быть любой продолжительности, в том числе нулевое.

При скорости передачи данных 1 Мбит / с по сети CAN можно отправлять порядка десяти тысяч сообщений стандартного формата в секунду, при условии, что средняя длина данных составляет четыре байта. Количество сообщений, которые можно было бы отправить, снизилось бы до семи тысяч, если бы все сообщения содержали полные восемь разрешенных байтов данных. Одним из основных преимуществ CAN является то, что, если нескольким контроллерам требуются одни и те же данные от одного и того же устройства, требуется только один датчик, а не каждый контроллер, подключенный к отдельному датчику.Как упоминалось ранее, скорость передачи данных, которая может быть достигнута, зависит от длины шины, поскольку интервал времени передачи битов регулируется в сторону увеличения, чтобы компенсировать любое увеличение времени, необходимого для распространения сигналов по шине, которое пропорционально длина автобуса. Таким образом, длина шины и скорость передачи данных обратно пропорциональны.

Формат кадра сообщения

Протокол CAN поддерживает два формата кадра сообщения, единственное существенное различие заключается в длине идентификатора (ID).В стандартном формате длина идентификатора составляет 11 бит, а в расширенном формате — 29 бит. Кадр сообщения для передачи сообщений по шине состоит из семи основных полей.

Сообщение в стандартном формате начинается с начального бита «начало кадра», за ним следует «поле арбитража», которое содержит идентификатор и бит «RTR» (запрос удаленной передачи), который указывает, является ли это кадр данных или кадр запроса без байтов данных (удаленный кадр).«Поле управления» содержит бит IDE (расширение идентификатора), который указывает либо стандартный формат, либо расширенный формат, бит, зарезервированный для будущих расширений, и — в последних 4 битах — количество байтов данных в поле данных. «Поле данных» имеет длину от 0 до 8 байтов, за ним следует «поле CRC», которое используется в качестве проверки безопасности кадра для обнаружения битовых ошибок. «Поле ACK» включает слот ACK (1 бит) и разделитель ACK (1 рецессивный бит). Бит в слоте ACK отправляется как рецессивный бит и перезаписывается как доминирующий бит теми приемниками, которые в это время приняли данные правильно (положительное подтверждение).Правильные сообщения подтверждаются получателями независимо от результата приемочного теста. Конец сообщения обозначается «концом кадра». «Перерыв» — это минимальное количество битовых периодов, разделяющих последовательные сообщения. Если какая-либо станция не подходит к автобусу, автобус остается в режиме ожидания («автобус простаивает»).

Стандартный фрейм данных

Стандартный кадр данных CAN показан на рисунке 2-1. Как и все другие кадры, кадр начинается с бита начала кадра (SOF), который находится в доминирующем состоянии и позволяет жесткую синхронизацию всех узлов.За SOF следует поле арбитража, состоящее из 12 бит: 11-битный идентификатор и бит запроса удаленной передачи (RTR). Бит RTR используется для различения кадра данных (доминирующий бит RTR) от удаленного кадра (рецессивный бит RTR). За полем арбитража следует поле управления, состоящее из шести битов. Первый бит этого поля — это бит расширения идентификатора (IDE), который должен быть доминирующим, чтобы указать стандартный кадр. Следующий бит, зарезервированный бит нуля (RB0), зарезервирован и определяется протоколом CAN как доминирующий бит
.Остальные четыре бита поля управления — это код длины данных (DLC), который определяет количество байтов данных (0-8 байтов), содержащихся в сообщении. После поля управления находится поле данных, которое содержит все отправляемые байты данных и имеет длину
, определенную DLC (0-8 байтов). Поле циклического контроля избыточности (CRC) следует за полем данных и используется для обнаружения ошибок передачи. Поле
CRC состоит из 15-битной последовательности CRC, за которой следует рецессивный бит разделителя CRC.Последнее поле — это двухбитовое поле подтверждения (ACK).
Во время бита слота ACK передающий узел отправляет рецессивный бит. Любой узел, получивший безошибочный кадр, подтверждает правильный прием кадра, отправляя обратно доминирующий бит (независимо от того, настроен ли узел на прием этого конкретного сообщения или нет). Разделитель рецессивного подтверждения заполняет поле подтверждения и не может быть перезаписан доминирующим битом.

Расширенный кадр данных

В расширенном кадре данных CAN, показанном на рисунке 2-2, за битом SOF следует поле арбитража, которое состоит из 32 бит.Первые 11 битов являются старшими значащими битами (MSb) (Base-lD) 29-битного идентификатора. За этими 11 битами следует бит удаленного запроса замены (SRR), который определен как рецессивный. За битом SRR следует бит lDE, который является рецессивным для обозначения расширенного кадра CAN. Следует отметить, что если арбитраж остается нерешенным после передачи первых 11 бит идентификатора, и один из узлов, участвующих в арбитраже,
отправляет стандартный кадр CAN (11-разрядный идентификатор), стандартный кадр CAN выиграет арбитраж. из-за утверждения доминирующего бита lDE.Кроме того, бит SRR в расширенном кадре CAN должен быть рецессивным, чтобы позволить утверждение доминирующего бита RTR узлом, который отправляет стандартный удаленный кадр CAN. За битами SRR и lDE следуют оставшиеся 18 бит идентификатора (расширенный lD) и бит запроса удаленной передачи.
Чтобы стандартные и расширенные кадры передавались по общей сети, 29-битный расширенный идентификатор сообщения разделен на 11-битные (наиболее значимые) и 18-разрядные (наименее значимые) секции. Это разделение гарантирует, что бит lDE может оставаться в одной и той же битовой позиции как в стандартном, так и в расширенном кадрах
.За полем арбитража следует шестибитовое поле управления. Первые два бита этого поля зарезервированы и должны быть
доминирующими. Остальные четыре бита поля управления — это DLC, который определяет количество байтов данных, содержащихся в сообщении.
Оставшаяся часть кадра (поле данных, поле CRC, поле подтверждения, конец кадра и перерыв) строится так же, как и стандартный кадр данных

Фрейм удаленных данных

Обычно передача данных выполняется на автономной основе узлом источника данных (например,g., датчик, отправляющий фрейм данных). Однако возможно,
, чтобы целевой узел запросил данные у источника. Для этого узел назначения отправляет удаленный кадр с идентификатором, который соответствует идентификатору требуемого кадра данных. Затем соответствующий узел источника данных отправит фрейм данных в ответ на удаленный запрос фрейма. Есть два различия между удаленным фреймом (показанным на рисунке 2-3) и фреймом данных. Во-первых, бит RTR находится в рецессивном состоянии, а во-вторых, поле данных отсутствует.В случае передачи кадра данных и удаленного кадра с одним и тем же идентификатором в одно и то же время
кадр данных выигрывает арбитраж из-за доминирующего бита RTR, следующего за идентификатором. Таким образом, узел, который передал удаленный фрейм, немедленно получает желаемые данные.

Кадр ошибки генерируется любым узлом, обнаруживающим ошибку шины. Кадр ошибки, показанный на рисунке 2-4, состоит из двух полей: поля флага ошибки, за которым следует поле разделителя ошибки. Есть два типа полей флагов ошибок.Тип отправляемого поля флага ошибки зависит от состояния ошибки узла, который обнаруживает и генерирует поле флага ошибки.

2.4.1 АКТИВНЫЕ ОШИБКИ
Если активный к ошибкам узел обнаруживает ошибку шины, узел прерывает передачу текущего сообщения, генерируя активный флаг ошибки. Флаг активной ошибки состоит из шести последовательных доминирующих битов. Эта битовая последовательность активно нарушает правило вставки битов. Все другие станции распознают результирующую ошибку вставки битов и, в свою очередь, сами генерируют кадры ошибки, называемые эхо-флагами ошибок.

Таким образом, поле флага ошибки состоит из шести-двенадцати последовательных доминирующих битов (генерируемых одним или несколькими узлами). Поле разделителя ошибок (восемь рецессивных битов) завершает кадр ошибки. По завершении кадра ошибки активность шины возвращается в нормальное состояние, и прерванный узел пытается повторно отправить прерванное сообщение.

2.4.2 ПАССИВНЫЕ ОШИБКИ
Если пассивный к ошибкам узел обнаруживает ошибку шины, этот узел передает флаг пассивной ошибки, за которым следует поле разделителя ошибок.Флаг пассивности к ошибкам состоит из шести последовательных рецессивных битов. Кадр ошибки для ошибочно-пассивного узла состоит из 14 рецессивных битов. Из этого
следует, что, если ошибка шины не обнаружена неисправным узлом или передающим узлом, сообщение будет продолжать передачу, потому что флаг пассивной ошибки не мешает работе шины.

Если передающий узел генерирует флаг пассивной ошибки, это заставит другие узлы генерировать кадры ошибки из-за результирующего нарушения вставки битов.После передачи кадра ошибки пассивный к ошибкам узел должен дождаться шести последовательных рецессивных битов на шине, прежде чем
попытается повторно подключиться к связи по шине. Разделитель ошибок состоит из восьми рецессивных битов и позволяет узлам шины без ошибок перезапускать обмен данными по шине после возникновения ошибки.

Кадр перегрузки, межкадровое пространство
Кадр перегрузки, показанный на рисунке 2-5, имеет тот же формат, что и активный кадр ошибки. Однако кадр перегрузки может быть создан только во время межкадрового интервала.Таким образом, кадр перегрузки можно отличить от кадра ошибки (кадр ошибки отправляется во время передачи сообщения). Кадр перегрузки состоит из двух полей: флага перегрузки, за которым следует ограничитель перегрузки. Флаг перегрузки состоит из шести доминирующих битов, за которыми следуют флаги перегрузки, генерируемые другими узлами (и, как и для активного флага ошибки, дающие максимум двенадцать доминирующих битов). Разделитель перегрузки состоит из восьми рецессивных битов. Фрейм перегрузки может быть сгенерирован узлом в результате двух условий:
1.Узел обнаруживает доминирующий бит в межкадровом пространстве, это недопустимое состояние. Исключение: доминирующий бит обнаруживается во время третьего бита IFS. В этом случае приемники интерпретируют это как SOF.

2. Из-за внутренних условий узел еще не может начать прием следующего сообщения. Узел может сгенерировать максимум два последовательных кадра перегрузки, чтобы отложить начало следующего сообщения. КАДРЫ СООБЩЕНИЙ CAN BUS — Межкадровое пространство Межкадровое пространство отделяет предыдущий кадр (любого типа) от последующих данных или удаленного кадра.Межкадровое пространство состоит как минимум из трех рецессивных битов, называемых перерывом. Это дает узлам время для внутренней обработки до начала следующего кадра сообщения. После перерыва линия шины остается в рецессивном состоянии (шина свободна) до начала следующей передачи.

Обнаружение и сигнализация ошибок

В отличие от других шинных систем, протокол CAN не использует сообщения подтверждения, а вместо этого сигнализирует обо всех возникающих ошибках.

Циклический контроль избыточности (CRC)

CRC защищает информацию в кадре, добавляя избыточные контрольные биты на стороне передачи.На стороне получателя эти биты повторно вычисляются и сравниваются с полученными битами. Если они не согласны, произошла ошибка CRC.

Проверка кадра

Этот механизм проверяет структуру переданного кадра, проверяя битовые поля на соответствие фиксированному формату и размеру кадра. Ошибки, обнаруженные при проверке кадров, обозначаются как «ошибки формата».

Ошибки ACK

Как упоминалось выше, полученные кадры подтверждаются всеми получателями посредством положительного подтверждения.Если передатчик сообщения не получил подтверждения (ошибка ACK), это может означать, что есть ошибка передачи, которая была обнаружена только получателями, что поле ACK было повреждено или что нет получателей.

Протокол CAN также реализует два механизма обнаружения ошибок на битовом уровне:

Мониторинг

Способность передатчика обнаруживать ошибки основана на мониторинге сигналов шины: каждый узел, который передает, также наблюдает за уровнем шины и, таким образом, обнаруживает различия между отправленным и полученным битом.Это позволяет надежно обнаруживать все глобальные и локальные ошибки передатчика.

Бит набивка

Кодирование отдельных битов проверяется на битовом уровне. Битовое представление, используемое CAN, представляет собой кодирование NRZ (без возврата к нулю), которое гарантирует максимальную эффективность при битовом кодировании. Границы синхронизации генерируются посредством вставки битов, то есть после пяти последовательных одинаковых битов отправитель вставляет в поток битов бит заполнения с дополнительным значением, который удаляется получателями.Проверка кода ограничивается проверкой соблюдения правила заполнения.

Если одна или несколько ошибок обнаружены хотя бы одной станцией (любой станцией) с использованием вышеуказанных механизмов, текущая передача прерывается путем отправки «флага ошибки». Это предотвращает прием сообщения другими станциями и, таким образом, обеспечивает согласованность данных во всей сети.

После того, как передача ошибочного сообщения была прервана, отправитель автоматически повторяет попытку передачи (автоматический запрос на повтор).Снова может возникнуть конкуренция за размещение автобусов. Как правило, повторная передача начинается в течение 23-битных периодов после обнаружения ошибки; в особых случаях время восстановления системы составляет 31 бит.

Каким бы эффективным и действенным ни был описанный метод, в случае неисправной станции он может привести к прерыванию всех сообщений (в том числе правильных), блокируя таким образом шинную систему, если не были приняты меры для самоконтроля. Таким образом, протокол CAN обеспечивает механизм для отличия спорадических ошибок от постоянных ошибок и локализации отказов станции (локализация отказов).

Это делается путем статистической оценки ошибочных ситуаций станции с целью распознавания собственных дефектов станции и, возможно, перехода в рабочий режим, при котором остальная часть сети CAN не подвергается отрицательному воздействию. Это может доходить до того, что станция автоматически отключается, чтобы предотвратить прерывание сообщений, ошибочно признанных неправильными.

Сообщения CAN в расширенном формате

Подкомитет SAE «Truck and Bus» стандартизировал сигналы и сообщения, а также протоколы передачи данных для различных скоростей передачи данных.Стало очевидно, что стандартизацию такого рода легче осуществить, когда доступно более длинное поле идентификации.

Для поддержки этих усилий в протокол CAN был введен 29-битный идентификатор. Этот идентификатор состоит из существующего 11-разрядного идентификатора (базовый идентификатор) и 18-разрядного расширения (расширение идентификатора). Таким образом, протокол CAN позволяет использовать два формата сообщений:

• StandardCAN (Версия 2.0A) и
• ExtendedCAN (Версия 2.0B)

Поскольку два формата должны сосуществовать на одной шине, устанавливается, какое сообщение имеет более высокий приоритет на шине в случае конфликтов доступа к шине с разными форматами и одним и тем же базовым идентификатором:

! стандартное сообщение всегда имеет приоритет над сообщением в расширенном формате.

Стандартный формат кадра сообщения (спецификация CAN 2.0A)

CAN, которые поддерживают сообщения в расширенном формате, также могут отправлять и получать сообщения в стандартном формате.Когда контроллеры CAN, которые охватывают только стандартный формат (версия 2.0A), используются в одной сети, тогда только сообщения в стандартном формате могут передаваться по всей сети. Сообщения в расширенном формате будут неправильно поняты. Однако есть контроллеры CAN, которые поддерживают только стандартный формат, но распознают сообщения в расширенном формате и игнорируют их (пассивная версия 2.0B).

Различие между стандартным форматом и расширенным форматом проводится с использованием бита IDE (бит расширения идентификатора), который передается как доминирующий в случае кадра в стандартном формате.Для кадров в расширенном формате он рецессивен.

Бит RTR передается доминирующим или рецессивным в зависимости от того, передаются ли данные или запрашивается конкретное сообщение от станции. Вместо бита RTR в стандартном формате передается бит SRR (замещающий удаленный запрос) для кадров с расширенным идентификатором. Бит SRR всегда передается как рецессивный, чтобы гарантировать, что в случае арбитража стандартный кадр всегда имеет приоритетное выделение шины по сравнению с расширенным кадром, когда оба сообщения имеют одинаковый базовый идентификатор.

Кадр сообщения для расширенного формата (спецификация CAN 2.0B)

В отличие от стандартного формата, в расширенном формате за битом IDE следует 18-битное расширение идентификатора, бит RTR и зарезервированный бит (r1).

Все следующие поля идентичны стандартному формату. Соответствие двух форматов обеспечивается тем фактом, что контроллеры CAN, поддерживающие расширенный формат, также могут обмениваться данными в стандартном формате.

Обнаружение ошибок и управление

Узлы, которые передают сообщения в сети CAN, будут контролировать уровень шины для обнаружения ошибок передачи, что будет глобально эффективным.Кроме того, узлы, получающие сообщения, будут отслеживать их, чтобы гарантировать, что они имеют правильный формат повсюду, а также пересчитывать CRC для обнаружения любых ошибок передачи, которые не были обнаружены ранее (т.е. локально эффективных ошибок). Протокол CAN также имеет механизм для обнаружения и отключения неисправных сетевых узлов, гарантируя, что они не могут постоянно нарушать передачу сообщений.