A CAN ( Controller Area Network – vezérlők hálózata) egy ipari hálózati szabvány, amely elsősorban a különböző aktuátorok és érzékelők egyetlen hálózatba történő kombinálására összpontosít. Átviteli mód - soros, sugárzott, csomag.
A CAN-t a Robert Bosch GmbH fejlesztette ki az 1980-as évek közepén , és mára széles körben használják az ipari automatizálásban, az otthoni automatizálási (okosotthon) technológiában , az autóiparban és sok más területen. Az autóipari automatizálás szabványa.
A Bosch CAN szabvány közvetlenül a fizikai rétegtől elkülönítve határozza meg az átvitelt – bármi lehet, például rádiócsatorna vagy optikai szál . De a gyakorlatban a CAN-hálózat általában olyan busztopológia hálózatot jelent , amelynek fizikai rétege differenciálpár formájában van , az ISO 11898 szabványban definiálva . Az átvitelt a hálózat összes csomópontja által fogadott keretek végzik. A busz eléréséhez speciális chipeket állítanak elő - CAN buszmeghajtókat .
A CAN egy ütközésfeloldó ( CR , ütközésfeloldás) hozzáférésű szinkronbusz, amely az ütközésészlelő ( CD , ütközésérzékelő) hálózatokkal ( Ethernet ) ellentétben determinisztikusan (prioritásosan) hozzáférést biztosít az üzenetátvitelhez, ami különösen értékes ipari hálózatok vezérlése (fieldbus). Az átvitel keretekben történik . A keretben lévő hasznos adat egy 11 bites azonosítóból (standard formátum) vagy 29 bitből (bővített formátum, az előző szuperkészlete) és egy 0-8 bájt hosszúságú adatmezőből áll. Az azonosító tájékoztat a csomag tartalmáról, és a prioritás meghatározására szolgál, amikor több hálózati csomópont egyidejűleg próbál meg átvitelt végezni.
Az átviteli közegtől való elvonatkoztatás érdekében a CAN specifikáció elkerüli az adatbitek "0" és "1" jelölését. Ehelyett a "recesszív" bit és a "domináns" bit kifejezéseket használják, ami arra utal, hogy ha az egyik hálózati csomópont recesszív bitet, a másik pedig egy domináns bitet továbbít, akkor a domináns bit kerül vételre. Például egy rádiócsatorna fizikai rétegének implementálásakor a jel hiánya recesszív bitet jelent, a jelenlét pedig domináns bitet; míg a vezetékes hálózat tipikus megvalósításában jel jelenléte esetén recesszív, hiányában domináns lép fel. A hálózati szabvány valójában egyetlen feltételt követel meg a "fizikai rétegtől": azt, hogy a domináns bit elnyomhassa a recesszív bitet, de fordítva nem. Például egy optikai szálban a domináns bitnek meg kell felelnie a „fénynek”, a recesszív bitnek pedig a „sötétségnek”. Elektromos vezetékben ez így lehet: recesszív állapot - nagy feszültség a vonalon (nagy belső ellenállású forrásból ), domináns - alacsony feszültség (a domináns hálózati csomópont "lehúzza" a vezetéket a földre). Ha a vonal recesszív állapotban van, bármely hálózati csomópont átviheti azt domináns állapotba (az optikai szálban lévő lámpa felkapcsolásával vagy a nagyfeszültség rövidre zárásával). Éppen ellenkezőleg, lehetetlen (lehetetlen bekapcsolni a sötétséget).
Az adatok és a kérések kereteit egy keretközi rés választja el a korábbi keretektől .
| Terület | Hossz (bitekben) | Leírás |
|---|---|---|
| Keret kezdete (SOF) | egy | Jelzi a keretátvitel kezdetét |
| Azonosító | tizenegy | Egyedi azonosító |
| Áthelyezési kérelem (RTR) | egy | Dominánsnak kell lennie |
| Azonosító kiterjesztés (IDE) bit | egy | Dominánsnak kell lennie (meghatározza az azonosító hosszát) |
| Fenntartott bit (r0) | egy | lefoglal |
| Adathossz (DLC) | négy | Adatmező hossza bájtban (0-8) |
| Adatmező | 0-8 bájt | Átvitt adatok (hossz a DLC mezőben) |
| Ellenőrző összeg (CRC) | tizenöt | Teljes keret ellenőrző összege |
| Ellenőrző összeg határoló | egy | Recesszívnek kell lennie |
| Nyugtázási intervallum (ACK) | egy | Az adó recesszív, a vevőbetétek dominánsak |
| Nyugtázó határoló | egy | Recesszívnek kell lennie |
| Képkocka vége (EOF) | 7 | Recesszívnek kell lennie |
Az azonosító első 7 bitjének nem kell mind recesszívnek lennie.
Kiterjesztett adatkeret formátum| Terület | Hossz (bitekben) | Leírás |
|---|---|---|
| Keret kezdete (SOF) | egy | Jelzi a keretátvitel kezdetét |
| Azonosító A | tizenegy | Az azonosító első része |
| Küldési kérelem (SRR) hamisítás | egy | Recesszívnek kell lennie |
| Azonosító kiterjesztés (IDE) bit | egy | Recesszívnek kell lennie (az azonosító hosszát határozza meg) |
| B azonosító | tizennyolc | Az azonosító második része |
| Áthelyezési kérelem (RTR) | egy | Dominánsnak kell lennie |
| Fenntartott bitek (r1 és r0) | 2 | lefoglal |
| Adathossz (DLC) | négy | Adatmező hossza bájtban (0-8) |
| Adatmező | 0-8 bájt | Átvitt adatok (hossz a DLC mezőben) |
| Ellenőrző összeg (CRC) | tizenöt | Teljes keret ellenőrző összege |
| Ellenőrző összeg határoló | egy | Recesszívnek kell lennie |
| Nyugtázási intervallum (ACK) | egy | Az adó recesszív, a vevőbetétek dominánsak |
| Nyugtázó határoló | egy | Recesszívnek kell lennie |
| Képkocka vége (EOF) | 7 | Recesszívnek kell lennie |
Az azonosítót az A és B rész kombinálásával kapjuk meg.
Távoli kérés keretformátumaKét kivétellel megegyezik a szabványos vagy kiterjesztett formátumú adatkeretekkel:
Ingyenes busszal bármely csomópont bármikor elkezdheti az átvitelt. Abban az esetben, ha a kereteket egyidejűleg két vagy több csomópont továbbítja, hozzáférési arbitráció történik : az azonosító továbbításával a csomópont egyidejűleg ellenőrzi a busz állapotát. Ha egy recesszív bit átvitele során domináns bit érkezik, akkor a rendszer úgy tekinti, hogy egy másik csomópont magasabb prioritású üzenetet küld, és az átvitelt elhalasztja, amíg a busz fel nem szabadul. Így például az Ethernettől eltérően a CAN-ban nincs többletterhelési veszteség a csatorna sávszélességében ütközések során. Ennek a megoldásnak az az ára, hogy alacsony prioritású üzeneteket soha nem fognak továbbítani.
A CAN számos hibaellenőrző és -megelőzési mechanizmussal rendelkezik:
A fejlesztők 4,7 × 10 -11 -re becsülik annak valószínűségét, hogy nem észlelnek átviteli hibát .
A hálózat összes csomópontjának azonos sebességgel kell működnie. A CAN szabvány nem határoz meg működési sebességet, de a legtöbb különálló és mikrokontrollerbe épített adapter lehetővé teszi a sebesség zökkenőmentes megváltoztatását legalább 20 kilobit/s és 1 megabit/s tartományban. Vannak olyan megoldások, amelyek messze túlmutatnak ezen a tartományon.
Hálózati hosszkorlátA fenti hibaellenőrzési módszerek megkövetelik, hogy az átvitel során bekövetkező bitváltozásnak legyen ideje az egész hálózaton átterjedni az érték mérésére. Ez a hálózat maximális hosszát fordítottan arányosítja az átviteli sebességgel: minél nagyobb a sebesség, annál rövidebb a hossza. Például egy ISO 11898 szabvány szerinti hálózat esetében a hosszkorlátok hozzávetőlegesen a következők:
| 1 Mbps | 40 m |
| 500 kbps | 100 m |
| 125 kbps | 500 m |
| 10 kbps | 5000 m |
Az optocsatolók használata az eszközök védelmére a hálózatban előforduló nagyfeszültségű interferencia ellen tovább csökkenti a maximális hosszt, minél nagyobb, annál nagyobb a jelkésleltetés az optocsatolóban. Az erősen elágazó hálózatok (hálók) szintén csökkentik a sebességet a sok jelvisszaverődés és a busz nagyobb elektromos kapacitása miatt.
Az alap CAN specifikációból hiányzik számos, a valós rendszerekben megkövetelt funkció: 8 bájtnál hosszabb adatátvitel, az azonosítók automatikus elosztása a csomópontok között, a különféle típusú és gyártók eszközeinek egységes vezérlése. Ezért nem sokkal azután, hogy a CAN megjelent a piacon, elkezdték fejleszteni a magas szintű protokollokat. A jelenleg használt protokollok a következők:
A modern autó minden csúcstechnológiás rendszerében a CAN protokollt használják az ECU további eszközökkel és vezérlőkkel, valamint különféle biztonsági rendszerekkel való összekapcsolására. Egyes járművekben a CAN IMMO -kat , műszerfalakat, SRS egységeket stb.
Ezenkívül a CAN ISO 15765-4 protokoll az OBD-II szabvány részévé vált .
| Ipari hálózatok | |
|---|---|
| Vezérlőrendszer buszok | |
| Elosztott perifériák | |
| Hajtástechnika |
|
| Terepi eszközök |
|
| Épületautomatizálás | |
| Mikrokontrollerek | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Építészet |
| |||||||
| Gyártók |
| |||||||
| Alkatrészek | ||||||||
| Periféria | ||||||||
| Interfészek | ||||||||
| OS | ||||||||
| Programozás |
| |||||||