شبکه محلی کنترلرController Area Network (CAN)

فهرست مطالب

تاریخچه•نياز به ارتباط سريال در وسايل نقليه• در وسايل نقليهCANاستفاده از شبکه •CANکاربردهای صنعتی شبکه •CANنحوه عملکرد شبکه • با فرمت توسعه يافتهCANپيغامهای •CANپياده سازی پروتکل •CANاتصال فيزيکی •

تاریخچه

در مجمع مهندسین خودرو Robert Boschمعرفی توسط •(SAE) با نام 1986 در سال “Automotive Serial Controller

area Network”1990استفاده برای ماشینهای بافندگی از سال •Intel توسط شرکت 1987 در سال CANساخت اولین چیپ • Phillips توسط شرکتهای CANادامه ساخت چیپهای •

Semiconductors، Motorola، NEC شرکت 15 و امروز را تولید می کنند.CANقطعات نیمه هادی چیپهای

جهت تعریف 1993 در سال 11898ISOانتشار استاندارد •CANبرای استفاده صنعتی

1992 در سال CAN in Automation (CiA)تشکیل گروه • CANتعریف پروتکل برای ارسال برنامه ریزی شده پیغامهای •

.2000 در سال Time Triggered CAN (TTCAN)تحت عنوان

نياز به ارتباط سريال در وسايل نقليه

خUودرو• الکUترونیکی کنUترل بUه رشUد سیسUتمهای نیUاز دلیUل بUه امنیت و راحتی بیشتر و کاهش مصرف انرژی

جعبUه • موتUور، زمUان تنظیم خUودرو: کنUترل سیسUتمهای کاربرد ، کUنUترل (ABS)دنUده، کUنUترل سUوپاپ کUاربراتوUر، سUیسUتمU ضUد قفUل

(ASC)گیر شتاب انجUام شUده در • پیچیUده شUدن اعمUال بUا تبUادل اطالعUات بUه نیUاز

سیستمهااتصUال ایسUتگاهها )کنترلرهUا، سنسUورها و محرکهUا( بUا بUاس سریال•ISO/OSIمربUوط بUه الیUه دیتUا لینUک در مUدل مرجUع CAN پروتوکUل •مزایUا: شناسUایی و اصUالح خطاهUای ارسUال، سUاختار سUاده و عیب •

یابی مرکزیهدف: امکUان ارتبUاط هUر اسUتگاه بUا دیگUری بUدون گذاشUتن بUار زیUاد •

روی کامپیوتر کنترلر

در وسايل نقليهCANاستفاده از شبکه

چهار کاربرد اصلی با نیازها و اهداف مختلف•کنترلرهای شبکه ای برای تنظیم زمان موتور، انتقال، –

( 1Mbit/s تا 200kbit/sشاسی و ترمزها، )نرخ دیتا حدود اجزای شبکه دستگاههای الکترونیکی شاسی و دستگاههای –

الکترونیکی که راحتی خودرو را بیشتر می کند، مانند کنترل نور، تهویه هوا، قفل مرکزی، تنظیم صندلی وآینه

استفاده از ارتباط سریال در ارتباط موبایل جهت اتصال –اجزایی مانند رادیوها، تلفنها و سیستم ناوبری خودرو

ISO9141عیب یابی با استفاده از مدار واسطه بر طبق –

CANکاربردهای صنعتی شبکه مقایسه نیازمندیهای مطلوب سیستمهای باس وسیله نقلیه و •

سیستمهای فیلدباس صنعتی:هزینه کم–عملکرد در محیط الکتریکی سخت و خشن– real-timeقابلیتهای باالی –سهولت استفاده–

مرسدس بنز و تطبیق s در کالس CANاستفاده استاندارد از •آن با کارخانجات صنعتی خودرو ایاالت متحده برای ارساالت

1Mbit/sسریع تا ماشن آالت و تجهیزات کارخانجات موبایل، کشاورزی و •

کشتیرانیدستگاههای پزشکی، ماشینهای بافندگی و کنترل آسانسور•CANگروههای سازندگان و استفاده کنندگان تکنولوژی •

–CAN Textile Users Group–CAN in Automation

CANنحوه عملکرد شبکه

تبادل اطالعات•داوری غیر مخرب به طریق بیت• (non destructive bitwise arbitration)کارایی تخصیص باس•فرمتهای فریم پیغام•خطاهای شناسایی و سیگنالینگ•CANقابلیت اعتماد دیتای پروتکل •

اصول تبادل دیتا

CANعدم مشخص کردن آدرس ایستگاه هنگام ارسال دیتا با •معرفی محتوا )مانند سرعت یا دمای موتور( و تعیین اولویت یک •

پیغام با یک شناسه منحصر به فرد در شبکه برای تعیین اختصاص باس در زمان رقابت ایستگاهها

مراحل تبادل دیتا•–Make ready رد کردن دیتای ارسالی و شناسه ها به چیپ :

CAN–Send Message بازسازی و ارسال پیغام توسط چیپ :CAN

به محض دریافت تخصیص باس–Receive Message تمام ایستگاههای دیگر به عنوان گیرنده :

پیغام خواهند بود.–Select هر ایستگاهی که به درستی پیغام را دریافت کرده :

است بررسی می کند که آیا دیتای دریافتی مربوط به ان ایستگاه است؟

–Accept در صورت دارای اهمیت بودن دیتا برای ایستگاه :پردازش می شود.

و فیلتر کردن پذیرش توسط Broadcast ارسال CANگرههای

CANمزایای اصول تبادل دیتا در

انعطاف پذیری زیاد سیستم و ساختار به دلیل آدرس دهی بر •اساس محتوا

امکان اضافه کردن راحت ایستگاهها به شبکه بدون اصالحات •سخت افزاری یا نرم افزاری

پشتیبانی از اجزای الکترونیکی مدوالر •(broad cast, multi cast)امکان داشتن چند گیرنده •امکان ارسال اندازه گیریها با شبکه و عدم نیاز به سنسور •

مجزا برای هر کنترلر

داوری غیر مخرب به طریق بیت (non destructive bitwise arbitration)

ضرورت تبدل پیغامها در شبکه متفاوت است. •کمیتها با تغییرات سریع )مانند بار موتور( نسبت به •

کمیتهای آهسته )مانند دمای موتور( دارای اولویت بیشتر ارسال می باشند.

شناسه با عدد باینری کوچکتر دارای اولویت بیشتر است.•wired andمکانیزم •

منطقیdominant: 0حالت غالب – منطقیrecessive: 1حالت غیر غالب –

در رقابت جهت تخصیص باس ایستگاهها با ارسال بیت غیر •غالب و مشاهده بیت غالب حذف می شوند.

داوری غیر مخرب به طریق بیت (non destructive bitwise arbitration)

کارایی تخصیص باس

روشهای تخصیص باس• token و token slotتخصیص با برنامه زمانی ثابت مانند –

passingتخصیص بر حسب نیاز: بر اساس درخواستهای ارسال–

•CSMA, CSMA/CD, flying master, round robin, bitwise arbitration

روش دسترسی باس•غیر مخرب–مخرب–

فرمتهای فریم پیغام

پشتیبانی از دو فرمت فريم پيغام•(ID)تفاوت اصلی در طول شناسه •فرمت استاندارد•

بیت11طول شناسه: –(Extended)فرمت طوالنی •

بیت29طول شناسه: –

فرمت استاندارد فریم پیغام

شامل هفت فيلد اصلی•(Arbitration) داوری–(Control) کنترل –(Data)دیتا – (CRC)کد چرخشی –(Ack)تصدیق –(End of Frame)پایان –(Intermission)وقفه –

فیلد کنترل•–Remote transmission request (RTR)

مشخص کننده فریم درخواست •بدون بايتهای ديتا

–Identifier extension (IDE)

مشخص کننده فرمت استاندارد یا •طوالنی

–DLC

تعداد بايتهای ديتا در فیلد ديتا•

شناسايی خطاانجام سه مکانيزم در سطح پيغام•

–Cyclic Redundancy Check (CRC) محاسبه دوباره بیتها در گیرنده و :مقایسه با بیتهای دریافتی

–Frame checkمقايسه فیلدهای بیت با فرمت ثابت :–ACK errorsعدم دريافت تصديق توسط فرستنده :

انجام دو مکانیزم در سطح بیت•–Monitoringمقایسه بیت ارسالی با بيت دريافتی :–Bit stuffingقرار دادن بیت با مقدار مکمل بعد از پنج بیت مساوی :

CANقابلیت اعتماد دیتا در پروتکل

هدف: جلوگیری از هر •گونه موقعیت خطرناک

برای راننده ناشی از تبادل ديتا در طول عمر

خودرودسترسی به هدف در •

صورت باال بودن قابلیت اعتماد دیتا یا کم بودن

احتمال خطای باقیمانده قابلیت اعتماد در مورد •

دیتای سیستمهای باس: توانایی برای شناسایی

دیتای خراب شده با عوامل ارسال

با فرمت طوالنیCANپيغامهای

بیت توسعه 18 بیت پایه و 11 بيتی، 29معرفی شناساگر •یافته

(2.0B) و توسعه یافته (2.0A)دو فرمت پیغام: استاندارد •پیغام استاندارد نسبت به توسعه یافته اولویت دارد.• که از فرمت طوالنی پشتیبانی می کنند می CANکنترلرهای •

توانند در فرمت استاندار پیغامها را ارسال و دریافت کنند. به صورت غالب در فرمت استاندارد و غیر غالب در IDEبیت •

فرمت طوالنی می باشد. برحسب دیتای ارسالی یا درخواست پیغام RTRمقدار بیت •

خاص تعیین می شود.در فرمت طوالنی برای دادن اولویت به پیغامهای فرمت •

به صورت غیر غالب ارسال می شود.SRSاستاندارد

با فرمت طوالنیCANپيغامهای

CANپياده سازی پروتکل

با بافر واسطهCANکنترلر •يک بافر فرستنده و دو بافر گيرنده–هزينه ساخت کم–فضای کوچک چيپ–CANقبول تمام موارد در شبکه –

با حافظه خارجیCANکنترلر •سه بخش: شناسايی کننده، کد طول ديتا، ديتای مفيد اصلی–فضای چيپ بزرگتر–هزينه باال–اداره تعداد محدودی چيپ –

برای عمليات ورودی و خروجیCANکنترلرهای برده •–SLIO (serial Link I/O)CAN Masterاداره با –

CANاتصاالت فيريکی شبکه

ISO 11898استفاده از مدارات و چیپهای درايور بر طبق •تعیین اتصاالت مکانيکی )کابلها و کانکتورها( توسط •

International users and manufactures group (CiA)

ISO11898 طبق CANاتصاالت فيزيکی

recessiveو dominantحالتهای

Recessive state: CAN_L = CAN_H = 2.5VDominant state: CAN_L = 1.5V, CAN_H = 3.5V

بخش کنترل الکترونیکیElectron Control Unit (ECU)

M icro -C on tro lle rC A N

P ro toco lC on tro lle r

C A NB us

D rive r

M em ory In te rfaceI/O

P ow erC ond ition ing

شبکه به الکترونیکی کنترل اجزای CANاتصال

M icro -C on tro lle rC A N

P ro toco lC on tro lle r

C A NB us

D rive r

M em ory In te rfaceI/O

P ow erC ond ition ing

M ic ro -C on tro lle rC A N

P ro toco lC on tro lle r

C A NB us

D rive r

M em ory In te rfaceI/O

P ow erC ond ition ing

ECU 1 ECU 2

CAN_HCAN_L

TBC_PWR

Terminator TerminatorTBC_RTN

CAN_H

CAN_L

CAN_H

مقایسه سیم کشی معمولی و باس سريال

DataLogging

SensorsECUs

GPS

NozzlesNOZZLE

ECU

DataLogging

SensorsECUs

GPS

NozzlesNOZZLE

ECU

Data B

us

Dat

a B

us

ماکزیمم نرخ بیت بر حسب طول باس