Интерфейс CAN

CAN (Controller Area Network) – это последовательный протокол связи с эффективной поддержкой распределения контроля в реальном времени и очень высоким уровнем безопасности.

Этот протокол передачи применяется в автомобильной электронике, машинных устройствах управления, датчиках при передаче информации со скоростями до 1 Мбит/сек.

Основные характеристики протокола

гибкость конфигурации

групповой приём с временной синхронизацией

система непротиворечивости данных

multimaster

обнаружение и сигнализация ошибок

автоматическая ретрансляция разрушенных сообщений

различие между временными ошибками и постоянными отказами узлов и автономное отключение дефектных узлов

Сообщения: Информация по шине посылается в фиксированном формате сообщений различной, но фиксированной длины. Когда шина свободна, любой узел может начать передачу нового сообщения.

Информационная маршрутизация: В CAN нет ни какой информации относительно конфигурации сети (например, адреса узла). Это имеет несколько важных следствий:

Гибкость системы: Узел может быть добавлен в CAN - сеть, без каких либо изменений в программном или аппаратном обеспечении, какого - либо узла в сети.

Маршрутизация сообщений: Содержание сообщения определяется идентификатором. Идентификатор не указывает адреса, а описывает значение данных так, чтобы все узлы сети были способны решить фильтрацией сообщений, нужны им эти данные или нет.

Передача группе: Как следует из фильтрации сообщений, любое число узлов может одновременно получать и реагировать на одно и тоже сообщение.

Непротиворечивость данных: Внутри сети CAN гарантировано, что сообщение принято всеми узлами или ни одним узлом.

Удаленный запрос данных: Посылая кадр удаленного запроса данных, узел может потребовать данные от другого узла. Кадр данных и кадр удаленного запроса данных должны иметь одинаковый идентификатор.

Multimaster: Когда шина свободна, любой узел может начать передачу сообщения. Доступ к шине получает узел, передающий кадр с наивысшим приоритетом.

Арбитраж: Когда шина свободна, любой узел может начать передачу сообщения. Если два или больше узла начинают передавать сообщения в одно и тоже время, конфликт при доступе к шине будет решен поразрядным арбитражем используя идентификатор и RTR-бит. Механизм арбитража гарантирует, что ни время, ни информация не будут потеряны. Если кадр данных и кадр удаленного запроса данных начинают передаваться в одно время, то кадр данных имеет более высокий приоритет, чем кадр удаленного запроса данных. В течение арбитража каждый передатчик сравнивает уровень переданного бита с уровнем, считываемым с шины. Если эти уровни одинаковы, узел может продолжать посылать данные дальше. Если был послан уровень лог. ‘1’ (recessive), а с шины считан уровень лог. ‘0’ (dominant), то узел теряет право дальнейшей передачи данных и должен прекратить посылку данных на шину.

Безопасность: Чтобы достичь высокой безопасности передачи данных, приняты мощные меры нахождения ошибок, сигнализации ошибок и самотестирование в каждом CAN - узле.

Обнаружение ошибок

Для обнаружения ошибок приняты следующие меры:

текущий контроль (передатчики сравнивают уровни битов, которые переданы, с уровнями на шине).

побитовое заполнение

проверка кадра сообщения

Эффективность обнаружения ошибок

Механизмы обнаружения ошибок имеют следующие возможности:

обнаружение всех глобальных ошибок

обнаружение всех локальных ошибок передатчиков

обнаружение до 5 случайно распределённых ошибок в сообщении

обнаружение последовательной группы ошибок длиной до 15

обнаружение любого числа нечетных ошибок в сообщении

Сигнализация ошибки и время восстановления: Разрушенные сообщения помечаются узлом, обнаружившим ошибку. Такие сообщения прерываются и будут переданы снова. Время восстановления от обнаружения ошибки до начала следующего сообщения в большинстве случаев = 29 * время передачи одного бита, если не имеется никаких дальнейших ошибок.

Типизация ошибок: Узлы CAN способны отличить временные ошибки от постоянных отказов. Дефектные узлы будут отключены.

Соединения: Линия связи по протоколу CAN – это шина, к которой может быть подключён ряд узлов. Количество узлов не имеет никакого теоретического предела. Фактически количество узлов будет ограничено временами задержек и/или электрической нагрузкой на линии шины.

Уровни шины: Шина может принимать одно из дополняющих друг друга значений: "dominant" и "recessive". В случае одновременной подачи "dominant" бита и "recessive" бита, возникающее в результате значение шины будет "dominant". (далее считается что “recessive” = лог. «1», а “dominant” = «0»).

Подтверждение: Все приёмники проверяют непротиворечивость принимаемого сообщения и подтверждают непротиворечивое сообщение. В поле подтверждения передающий езел отправляет 2 бита с единичным уровнем. Приемник если принял сообщение правильно посылает отправителю бит с нулевым значением в течении поля «область подтверждения» Второй бит отвечает за разделитель в области подтверждения и должен быть единичным.

Режим «сна» / пробуждения: Чтобы уменьшить потребляемую мощность системы, узел CAN может быть переведен в режим «сна». Режим «сна» заканчивается при любом действии на шине или внутреннем состоянии системы. При пробуждении запускается внутренняя синхронизация, канальный уровень ждёт стабилизации генератора системы, а затем будет ожидать самосинхронизации к действиям на шине (синхронизация к действиям на шине заканчивается после принятия последовательности 11 битов с лог. «1»). Для пробуждения узла из режима покоя может использоваться некоторое сообщение пробуждения со специальным идентификатором.