Magistrala CAN (controller area network / re eaua de control zonal) Introducere CAN bus a fost ini ial proiectat pentru electronica auto În prezent CAN este utilizat i în alte aplica ii decât sistemele auto, cum ar fi control industrial, automatiz ri, re ele de aparate medicale Organiza ia Interna ional pentru standarde împreun cu Society of Automotive Engineers (SAE) au definit câteva noi protocoale bazate pe CAN Protocolul CAN implementeaz cele mai de jos dou niveluri ale modelului de referin OSI 1 2 Introducere Introducere Func ionalitatea CAN poate fi descris în dou niveluri OSI: 1. Nivelul leg turii de date 2. Nivelul fizic 3 1. Nivelul leg turii de date este împ r it în dou subniveluri: Nivelul leg turii logice: accept mesajele printr-un proces de filtrare, realizeaz notificarea de overload i sarcinile de administrare pentru revenirea din eroare. MAC (controlul accesului la mediu): realizeaz încapsularea datelor, codarea cadrelor transmise, administrarea mediului de acces, semnalarea i detectarea erorilor i sarcini de generare ACK 2. Nivelul fizic: acest nivel realizeaz codarea i decodarea bi ilor, durata bi ilor, procesele de sincronizare 4
Principii de func ionare CAN Principii de func ionare CAN La nivelul fizic, mediul de comunica ie a fost inten ionat l sat deoparte, la CAN (standard realizat prima oar la firma Bosh - Germania) pentru a permite proiectan ilor s adapteze i optimizeze protocolul de comunica ie pentru diferite medii i pentru flexibilitate maxim pereche de cabluri torsadate (cu ecran STP, sau f r ecran UTP) cablu singular izolare optic RF IR etc. 5 CAN bus a fost proiectat pentru a reduce cantitatea de fire cerute în re eaua de senzori auto Fizic, mediul de transmisie fir, const în dou fire torsadate pe care se transmite semnal diferen ial. Este proiectat pentru medii ce lucreaz uneori în condi ii extreme i poate opera chiar dac : un fir este întrerupt unul din fire este scurtcircuitat la mas unul din fire este scurtcircuitat la tensiunea de alimentare cele dou fire sunt întrerupte în acela i loc. În acest caz cele dou capete vor func iona ca re ele separate. 6 Principii de func ionare CAN Viteza este relativ redus, iar limitarea este determinat de modul de arbitrare, pe baz de prioritate a mesajelor 1 Mb/s pân la 40 metri 125 kb/s pân la 500 metri 50 kb/s pân la 1000 metri Magistrala CAN utilizeaz transmisia serial pe bit Protocolul de magistral permite mai mul i masteri pe magistral Fiecare nod al magistralei CAN are propriile drivere i receivere electrice prin care se conecteaz nodul la magistral într-o manier SI - cablat. Organizarea fizic i electric CAN-H CAN-L Ground TX Nod RX Regresiv Logic 1 TX Dominant Logic 0 Nod Regresiv RX 7 8
Organizarea fizic i electric Pentru CAN de mare vitez (conform ISO 11898-2) este necesar ca liniile magistralei s aib conectate la ambele capete câte o rezisten de 120. Prezen a rezistoarelor previne reflexiile i de asemenea asigur o conexiune electric între ie irile cu colector (dren ) în gol ale tranceiverelor. Stare magistral pentru dou noduri transmi toare ( I cablat) Nod 1 Nod 2 Stare magistral (AND) 0 0 0 (dominant) 0 1 0 (dominant) 1 0 0 (dominant) 1 1 1 (regresiv) Deosebire fa de I 2 C la I cablat: la CAN se folose te tensiune diferen ial! 9 10 Alte caracteristici Alte caracteristici În terminologia CAN: 1 logic pe magistral este numit bit regresiv (recessive) 0 logic este bit dominant (tensiune diferen ial mare) Circuitele driver c tre magistral pot trage semnalul diferen ial la zero logic, dac oricare nod aduce magistrala la nivel 0 (f când 0 dominant fa de 1) Atunci când toate nodurile transmit 1 (diferen minim de tensiune), se spune c magistrala este în stare regresiv Datele sunt transmise în re ea în pachete cunoscute ca i cadre de date CAN este o magistral sincron - toate transmi toarele trebuie s transmit la acela i moment pentru ca arbitrarea de magistral s func ioneze Nodurile se sincronizeaz la magistral prin ascultarea tranzi iei bi ilor de pe magistral. Primul bit dintr-un cadru de date furnizeaz prima posibilitate de sincronizare într-un cadru Nodurile trebuie de asemenea s continue s se sincronizeze fa de urm toarele tranzi ii din fiecare cadru. Din punct de vedere electric la transmisia diferen ial pe CAN bus se determin diferen a între nivelurile de tensiune dintre linii Transmisia se face pe 2 fire, half duplex 11 12
Stare dominant / regresiv Niveluri tensiune Nivel de tensiune (V) Regresiv Logic 1 Dominant Logic 0 CAN-H Regresiv Tensiune diferen ial ISO 11898 High speed Signal recessive state dominant state unit min nominal max min nominal max CAN-High 2.0 2.5 3.0 2.75 3.5 4.5 Volt CAN-Low 2.0 2.5 3.0 0.5 1.5 2.25 Volt ISO 11519 Low speed CAN-L Timp Signal recessive state dominant state unit min nominal max min nominal max CAN-High 1.6 1.75 1.9 3.85 4.0 5.0 Volt CAN-Low 3.1 3.25 3.4 0 1.0 1.15 Volt 13 14 Principii de func ionare CAN Mesajele de date transmise prin CAN nu con in adresa emi torului sau a receptorului Con inutul fiec rui mesaj este etichetat printr-un identificator care este unic în cadrul re elei. Toate nodurile conectate la magistral recep ioneaz mesajul Mesajele sunt filtrate în func ie de relevan a lor pentru un anumit nod. Dac un mesaj este relevant, este procesat Identificatorul unic determin i prioritatea mesajului. Cu cât valoarea numeric a identificatorului este mai mic cu atât prioritatea sa este mai mare Totdeauna va câ tiga accesul la magistral mesajul cu prioritatea maxim Mesajele cu prioritate mai mic sunt retransmise automat în urm toarele cicluri de magistral, în func ie de prioritatea lor 15 Principii de func ionare CAN La CAN datele se transmit i recep ioneaz utilizând Cadre Mesaj (Message Frames) care transport datele de la un nod emi tor c tre unul sau mai multe noduri receptoare. Protocolul CAN standard, versiunea 2.0A, folose te mesaje cu identificatori având lungimea de 11 bi i Protocolul CAN extins, versiunea 2.0B, folose te mesaje cu identificatori având lungimea de 29 bi i 16
Comunicare pe baz de mesaj Transferul mesajelor pe magistral se efectueaz i se controleaz prin patru tipuri diferite de cadre: Un DATA FRAME transfer date de la transmi tor la receptoare Un REMOTE FRAME se transmite de o unitate conectat la magistral pentru a solicita transmisia unui DATA FRAME cu acela i IDENTIFICATOR Un ERROR FRAME este transmis de orice unitate ce detecteaz o eroare pe bus Un OVERLOAD FRAME e utilizat pentru a furniza o întârziere suplimentar între cadrele precedent i urm tor de tip DATA sau REMOTE FRAME Cadrele de date i cadrele la distan sunt separate de precedentele cadre de un cadru de tip INTERFRAME SPACE 17 1. DATA FRAME Cadrul de date este compus din 7 câmpuri binare diferite: START OF FRAME ARBITRATION FIELD CONTROL FIELD DATA FIELD (poate avea i lungime zero) CRC FIELD ACK FIELD END OF FRAME 18 1. DATA FRAME 1. DATA FRAME 1 12 6 0 la 64 16 2 7 Start SOF Câmp de arbitrare Identificator Câmp de control Bit cerere transmisie la distan 11 1 Câmp de date ID extensie =0 Câmp CRC 1 1 4 Cod lungime date Câmp de confirmare EOF (sfâr itul cadrului) Ack slot Ack delimitator 1 1 START (SOF) = un singur bit dominant, 0 IDENTIFICATORUL mesajului are lungimea de 11 bi i. Ace ti bi i sunt transmi i începând cu MSb (ID10). Cei mai semnificativi 7 bi i (ID-10 - ID-4) trebuie s con in cel pu in un bit dominant (s nu fie to i regresivi). Ultimul bit al câmpului de arbitrare este RTR (Remote Transmit Request). RTR bit poate specifica o cerere de transmisie la distan. Într-un cadru de date bitul RTR trebuie s fie dominant (0 = scriere). Într-un cadru la distan bitul RTR trebuie s fie regresiv (1=cerere de date) 19 20
1. DATA FRAME 1. DATA FRAME Codarea num rului de octe i de date Câmpul de control const din 6 bi i. Primii doi bi i sunt rezerva i pentru a indica fie formatul standard fie formatul extins. Pentru formatul standard cei doi bi i rezerva i trebuie s fie dominan i. Urm torii patru bi i codific lungimea în num r de octe i a datelor (data length code). Codarea num rului de octe i se face conform tabelului urm tor, în care s-a notat cu d bit dominant i cu r bit recesiv. Num r de Cod lungime date octe i de date DLC3 DLC2 DLC1 DLC0 0 d d d d 1 d d d r 2 d d r d 3 d d r r 4 d r d d 5 d r d r 6 d r r d 7 d r r r 8 r d d d Nu se pot utiliza valori mai mari de 8 Bytes. 21 22 1. DATA FRAME Câmpul de date are lungimea între 0 i 64 de octe i în func ie de valoarea dat în câmpul de control. Câmpul CRC furnizeaz un cod de verificare ciclic redundant (CRC) i este trimis dup câmpul de date pentru corec ia erorilor. Câmpul CRC con ine secven a CRC (15 bi i) i delimitatorul CRC (1 bit regresiv). 1. DATA FRAME Câmpul de confirmare (acknowledge) este utilizat pentru a permite ca identificatorul s semnaleze dac cadrul a fost recep ionat corect: transmi torul pune un bit regresiv (1) în por iunea ACK slot a câmpului confirmare dac receptorul detecteaz o eroare, el las liniile la bit regresiv (1) dac transmi torul vede un 0 pe magistral în por iunea ACK slot, el tie c cel pu in un nod a recep ionat corect Por iunea ACK este urmat de un singur bit regresiv delimitator End of Frame (EOF) con ine 7 bi i regresivi. 23 24
1. DATA FRAME format standard 1. DATA FRAME format extins 25 26 2. REMOTE FRAME 3. ERROR FRAME Remote frame este utilizat când un nod cere date de la alt nod. Solicitantul seteaz bitul RTR la 1 pentru a specifica cadrul la distan. El specific de asemenea zero bi i de date. Nodul care recunoa te câmpul identificator va r spunde cu un cadru de date care are acela i identificator Remote frame este de fapt un Data frame cu bitul RTR regresiv pentru a indica c este vorba de o cerere de transmisie la distan (Remote Transmit Request) Cadrele de eroare au o structur predefinit 14 bi i 6 bi i indicator de eroare + 8 bi i delimitator de eroare Fiecare interfa CAN con ine un contor de erori pentru recep ie (CER) un contor de erori pentru transmisie (CET) CER i CET se incrementeaz cu 1 la o eroare minor i cu 8 la o eroare grav Un num r mare de erori face ca interfa a s fie exclus din comunica ie 27
3. ERROR FRAME Un cadru de eroare poate fi generat de oricare nod care detecteaz o eroare pe magistral Cadrul de eroare const dintr-un câmp fanion/indicator de eroare urmat de un câmp delimitator de eroare cu 8 bi i regresivi. Câmpul delimitator de eroare permite magistralei s revin la starea stabil astfel încât s se poat relua transmisia cadrului de date Primul câmp este generat prin suprapunerea fanioanelor de eroare (ERROR FLAGs) provenite de la diferitele sta ii conectate la magistral 3. ERROR FRAME - st ri eroare activ / pasiv - Exist dou forme pentru un ERROR FLAG (determinarea st rii fiec rui nod descris mai jos): ACTIVE ERROR FLAG i PASSIVE ERROR FLAG. ACTIVE ERROR FLAG const din ase bi i dominan i consecutivi. PASSIVE ERROR FLAG const din ase bi i regresivi consecutivi cu excep ia cazului când ei sunt suprascri i de bi i dominan i proveni i de la alte noduri. 29 30 3. ERROR FRAME - st ri eroare activ / pasiv - 3. ERROR FRAME - st ri eroare activ / pasiv - O sta ie de tip eroare activ semnalizeaz detectarea unei condi ii de eroare prin transmiterea unui ACTIVE ERROR FLAG. Formatul fanionului de eroare violeaz legea împ n rii cu bi i aplicat tuturor câmpurilor începând cu START OF FRAME pân la CRC DELIMITER sau distruge forma fix a câmpului de ACK ori a celui de END OF FRAME. Ca urmare toate celelalte sta ii detecteaz o condi ie de eroare i fiecare dintre ele porne te la transmisia unui ERROR FLAG Astfel c secven a de bi i dominan i care poate fi monitorizat pe bus rezult din suprapunerea diferitelor fanioane de eroare transmise de sta iile individuale. Lungimea total a acestei secven e variaz între minimum 6 bi i i maximum 12 bi i. O sta ie de tip eroare pasiv semnalizeaz detectarea unei condi ii de eroare prin transmiterea unui PASSIVE ERROR FLAG. Sta ia eroare pasiv a teapt timp de 6 bi i consecutivi de aceea i polaritate începerea transmisiei unui fanion de eroare pasiv. ERROR DELIMITER. Delimitatorul de eroare const din 8 bi i regresivi. Dup transmisia unui fanion de eroare fiecare sta ie transmite bi i regresivi i monitorizeaz magistrala pân când detecteaz un bit dominant. 31 32
3. ERROR FRAME - tipuri de cadre Error frame este un cadru de eroare transmis când se detecteaz una din erorile definite de CAN: eroare CRC eroare de Acknowledge eroare de format (se recep ioneaz un bit d în unul din segmentele: End_of_Frame, Interframe_Space, Ack_delimiter i CRC_delimiter) eroare de bit (se transmite r i se cite te d pe magistral ) eroare de umplere cu bi i de sincronizare (Dac între SOF i delimitator CRC apar 6 bi i consecutivi de aceea i polaritate) 3. ERROR FRAME - tipuri de cadre CRC error - Se folose te o valoare CRC de 15 bi i. Fiecare nod calculeaz eroarea CRC i verific corectitudinea mesajului. Dac cel pu in un nod determin eroare se genereaz un Error Frame / Cadru de eroare. Asta înseamn c urmeaz retransmisie. Acknowledge Error - în câmpul ACK al mesajului, nodul transmi tor verific dac slotul ACK (transmis ca un bit regresiv) con ine vreun bit dominant. Acest bit dominant indic c cel pu in un nod a recep ionat corect mesajul. Dac bitul r mâne regresiv, mesajul nu a fost recep ionat i se va produce un mesaj de tip Acknowledge Error. Se genereaz un Error frame i mesajul original se retransmite dup un timp. 33 34 3. ERROR FRAME - tipuri de cadre Form Error (eroare de format)- dac se recep ioneaz un bit dominant într-unul din segmentele: End of Frame, Interframe Space, Acknowledge delimiter i CRC Delimiter, protocolul CAN define te o violare de format i se genereaz un Form Error. Dup un timp mesajul e retransmis. Bit error - apare în cazul în care se transmite un bit regresiv i se recep ioneaz un bit dominant cu situa iile: În timpul câmpului de arbitrare (ID) sau ACK, dac transmi torul trimite un bit regresiv i detecteaz pe magistral un bit dominant nu se genereaz Bit error, pentru c se consider c fie se produce opera ia de arbitrare normal fie c s-a conformat prin ACK recep ia corect. În celelalte cazuri rezult generarea unui Error frame i apoi retransmisie. 35 3. ERROR FRAME - tipuri de cadre Eroare de umplere (stuff error) Se folose te metoda NRZ, adic nivelul de tensiune se p streaz acela i pe toat durata alocat unui bit. Uneori CAN func ioneaz asincron, i se face umplere cu bi i fal i pentru a permite sincronizarea nodurilor receptoare pe baza tranzi iilor. Dac exist mai mult de 5 bi i de aceea i polaritate în linie (între SOF i final câmp CRC), CAN va introduce automat un bit de polaritate opus. Nodul receptor utilizeaz acest bit pentru sincronizare, dar îl va ignora atunci când prelucreaz datele. Dac între Start of Frame i Delimitator CRC apar 6 bi i consecutivi de aceea i polaritate atunci s-a violat regula împ n rii cu bi i de sincronizare, se produce Stuff Error i se genereaz un Error Frame. Mesajul va fi repetat. 36
4. OVERLOAD FRAME Overload frame (cadru de supraînc rcare) este un cadru special generat de noduri atunci când este necesar mai mult timp pentru prelucrarea mesajelor deja recep ionate. Cadrul de supraînc rcare este trimis în timpul perioadei stabile inter-cadre i semnaleaz c un nod este supraînc rcat i nu va fi capabil s lucreze corect cu urm torul mesaj. Nodul poate întârzia transmisia urm torului cadru cu pân la dou cadre de supraînc rcare în linie, în speran a c va avea astfel suficient timp pentru a- i reveni din supraînc rcarea sa. 4. OVERLOAD FRAME OVERLOAD FRAME con ine dou câmpuri de bi i: OVERLOAD FLAG i OVERLOAD DELIMITER. 37 38 4. OVERLOAD FRAME Se pot genera maximum dou cadre de tip OVERLOAD FRAME pentru a întârzia urm torul cadru de tip DATA sau REMOTE. Fanionul overload const din 6 bi i dominan i. Formatul general corespunde celui pentru fanion de eroare activ. Fanionul overload distruge formatul fix al câmpului INTERMISSION. Ca urmare toate celelalte sta ii determin o condi ie de tip overload i pornesc transmisia unui flag overload. Delimitatorul overload const din 8 bi i regresivi. 39 SPA IEREA INTER-CADRE descriere câmpuri binare INTERMISSION (întrerupere / pauz ) const din 3 bi i regresivi. În timpul acestui câmp nici o sta ie nu are voie s transmit cadre de DATA sau REMOTE. Singura ac iune permis este semnalizarea unei condi ii de tip overload. BUS IDLE este o perioad de lungime arbitrar. Magistrala este recunoscut ca liber. Un mesaj care a a teptat s fie transmis în timpul transmiterii altui mesaj este pornit la primul interval de bit dup INTERMISSION. Detec ia unui bit dominant pe magistral este interpretat ca START OF FRAME. SUSPEND TRANSMISSION. Dup ce o sta ie eroare pasiv a transmis un mesaj, ea transmite 8 bi i recesivi urma i de câmpul INTERMISSION, înainte de a transmite un alt mesaj sau de recunoa terea c magistrala este liber. Dac între timp porne te transmisia de la o alt sta ie, sta ia va deveni receptor al acestui mesaj, deci suspend transmisia. 40
SPA IEREA INTER-CADRE SPA IEREA INTER-CADRE Cadrele DATA i REMOTE sunt separate de cadrele precedente indiferent de tipul acestora (DATA FRAME, REMOTE FRAME, ERROR FRAME, OVERLOAD FRAME) printr-un câmp binar numit spa iu inter-cadre (INTERFRAME SPACE). Spa iul inter-cadre con ine câmpurile binare numite INTERMISSION i BUS IDLE SUSPEND TRANSMISSION doar pentru sta iile eroare pasiv care au fost transmi toare ale mesajelor anterioare Pentru sta iile care nu sunt eroare pasiv sau care au fost receptoare la mesajele anterioare formatul este: 41 42 Constrângeri privind starea de eroare O unitate legat la CAN bus se poate g si întruna din urm toarele trei st ri: eroare activ eroare pasiv deconectare (bus off) Constrângeri privind starea de eroare O unitate eroare activ poate s ia parte normal la comunicarea pe bus i transmite un fanion de eroare activ când se detecteaz producerea unei erori. O unitate eroare pasiv ia parte la comunicarea pe bus i transmite un fanion de eroare pasiv când se detecteaz producerea unei erori. Mai mult, dup transmiterea fanionului de eroare pasiv unitatea va a tepta înainte de a ini ia o transmisie viitoare. O unitate bus off nu are voie s aib nici o influen pe bus (de exemplu drivere de ie ire deconectate). 43 44
Constrângeri privind starea de eroare Constrângeri privind starea de eroare Fiecare unitate conectat la bus are dou contoare: contor de eroare transmis (CET) contor de eroare recep ionat (CER) Regulile (simplificate aici) de modificare a contoarelor sunt: 1. Când un receptor detecteaz o eroare CER se incrementeaz cu 1 (exist i excep ii de la aceast regul ) 2. Când un receptor detecteaz un bit dominant ca primul bit dintrun fanion de eroare CER e incrementat cu 8. 3. Când un receptor detecteaz o eroare de bit în timp ce transmite un fanion de eroare activ sau un fanion de overload CER e incrementat cu 8. 45 4. Când un transmi tor transmite un fanion de eroare CET e incrementat cu 8 (exist i excep ii de la aceast regul ) 5. Când un transmi tor detecteaz o eroare de bit în timp ce transmite un fanion de eroare activ sau un fanion de overload CET e incrementat cu 8. 6. Oricare nod tolereaz pân la 7 bi i dominan i consecutivi dup ce s-a transmis un fanion de eroare activ, eroare pasiv sau de overload. Fiecare transmi tor / receptor incrementeaz registrul s u CET / CER cu 8 în situa iile: Dup detectarea celui de-al 14-lea bit dominant consecutiv (în cazul fanioanelor eroare activ i overload) dup detectarea celui de-al 8-lea bit dominant consecutiv (ce urmeaz dup un fanion de eroare pasiv ) dup fiecare secven suplimentar de 8 bi i dominan i consecutivi 46 Constrângeri privind starea de eroare Constrângeri privind starea de eroare 7. Dup transmisia cu succes a unui mesaj, la care se recep ioneaz ACK i la care nu exist eroare pân se termin EOF, CET e decrementat cu 1 cu excep ia cazului când a ajuns deja la 0. 8. Dup recep ia cu succes a unui mesaj la care nu exist eroare pân la slot-ul ACK i se transmite un ACK corect CER e decrementat cu 1 cu excep ia cazului când a ajuns deja la 0. 9. Un nod este de tip eroare pasiv dac unul din contoarele sale CET sau CER este mai mare sau egal cu 128. 10. Un nod este de tip bus off dac CET este mai mare sau egal cu 256. 11. Un nod trece din stare eroare pasiv în stare eroare activ atunci când ambele contoare CET i CER con in o valoare mai mic sau egal cu 127. 12. Unui nod bus off i se permite s devin activ la eroare (iese din starea bus off) cu contoarele de eroare setate amândou la 0 dup 128 de apari ii de 11 bi i regresivi consecutivi. 47 48
Starea de eroare OBSERVA II O valoare contorizat mai mare de 96 indic o func ionarea defectuoas pe bus. La pornire, dac un singur nod este on-line i el transmite mesaje, nu are de la cine primi ACK Ca urmare detecteaz eroarea i va repeta mesajul El poate deveni eroare pasiv, dar nu i bus off pentru c este singur. Bit stuffing Doar pentru DATA i REMOTE Câmpurile din fluxul de bi i al unui cadru transmis pe magistral (START OF FRAME, ARBITRATION FIELD, CONTROL FIELD, DATA FIELD i CRC SEQUENCE) sunt codate prin metoda cu împ nare de bi i (bit stuffing) De fiecare dat când transmi torul detecteaz o succesiune de cinci bi i consecutivi cu aceea i valoare, în fluxul transmis al bi ilor se insereaz un bit cu valoare complementar Pentru cadrele de date (normal sau remote) bi ii din câmpurile urm toare (CRC DELIMITER, ACK FIELD i END OF FRAME) au format fix i nu sunt împ nate cu bi i Cadrele ERROR FRAME i OVERLOAD FRAME au form fix i nu sunt codate prin metoda împ n rii cu bi i 49 50 Observa ii privind arbitrarea Conform specifica iilor tehnice, controlul magistralei CAN este f cut printr-o tehnic numit CSMA/AMP = Carrier Sense Multiple Access with Arbitration on Message Priority (Acces multiplu prin sesizarea put toarei i arbitrare prin prioritate de mesaj) CSMA/AMP este o variant a CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) Aceast metod este similar cu metoda de arbitrare a magistralei I 2 C. Observa ii privind arbitrarea (CS) Nodurile re elei transmit sincron, astfel încât pot începe, în acela i moment, s - i transmit mesajul (câmpurile identificator) Dac un nod aude un bit dominant în identificator, atunci când el a încercat s transmit un bit regresiv, opre te transmisia La sfâr itul câmpului identificator va mai r mâne doar un transmi tor Protocolul impune ca fiecare nod din re ea s poat monitoriza magistrala pentru o perioad de timp, în care sesizeaz, înainte de transmiterea mesajului, c nu exist activitate (Carrier Sense) 51 52
Observa ii privind arbitrarea În cazul în care exist perioade de inactivitate fiecare nod are anse egale de transmitere a mesajelor (Multiple Access) Dac dou noduri încep transmisia în acela i timp, ele vor detecta coliziunea (CD) i vor lua m sura adecvat. Câ tig cela care are mesajul cu prioritatea maxim (prin identificatorul de mesaj). De observat deosebirea fa de protocoalele CSMA/CA (CA = collision avoidance), la care fiecare dispozitiv partener prime te un ID (prioritate). Dup fiecare transfer pe magistral, fiecare dintre parteneri încearc s - i pozi ioneze ID-ul propriu pe magistral (un SAU cablat de ID-uri). Partenerii care detecteaz ID-uri mai mari se deconecteaz de la magistral Partenerii cu prioritate mai mare primesc un timp garantat de r spuns, iar ceilal i doar dac primii le dau i lor o ans. 53 Observa ii privind arbitrarea Dac un nod transmi tor nu prime te o confirmare pentru un cadru de date, el va retransmite cadrul de date pân când datele sunt confirmate. Aceast ac iune corespunde nivelului leg tur de date (data link layer) din modelul OSI. Câmpul de arbitrare, inclus în cadrul de date, este utilizat pentru rezolvarea priorit ilor mesajelor de pe magistral. Câmpul de arbitrare poate avea 12 bi i (11 ca identificator i un bit RTR) sau 32 bi i (29 bi i de identificare, 1 bit ce define te c este vorba de un câmp de date extins, un bit SRR neutilizat i un bit RTR, în func ie de versiunea de standard CAN utilizat. 54 Observa ii privind arbitrarea Variante ale CAN Se observ c magistrala CAN se bazeaz pe protocol de mesaj i nu de adres. Mesajele nu se transmit de la un nod la altul pe baz de adres. Se transmite mesaj care e recep ionat de toate nodurile Fiecare nod decide dac va neglija mesajul sau va prelucra mesajul. Mesajele pot fi destinate unui singur nod sau mai multor noduri Fiecare nod recep ioneaz, sau neglijeaz un mesaj pe baza ID-ului mesajului. Pentru c standardul ini ial a definit doar nivelurile fizic i al leg turii de date din modelul OSI, specifica iile CAN au constituit baza unui mare num r de variante de standardizare propuse mai ales de industrie Adesea acest lucru creeaz confuzie pentru c utilizatorii spun c utilizeaz CAN 55 56
Variante ale CAN ISO 11898-2. CAN de mare vitez. Utilizeaz semnal diferen ial transmis prin 2 fire. Este cel mai r spândit standard în aplica ii de automobile, transport feroviar de marf i aplica ii de re ele de control industrial. ISO 11898-3. CAN de mic vitez (tolerant la erori) TTCAN (ISO 11898-4). Time Triggered CAN - Protocolul TTCAN aloc ferestre de timp pentru raportare din partea nodurilor, ferestre ce sunt planificate i administrate pe magistral astfel încât s se asigure c nu se produce supraînc rcare (overload) pe magistral chiar i în cele mai dezavantajoase situa ii. Se bazeaz pe un protocol CAN la nivelul leg turii de date furnizând în plus un Clock sistem pentru planificarea mesajelor. Variante ale CAN DeviceNet dezvoltat pentru utilizare în controlul proceselor industriale este bazat complet pe standardul CAN - ISO 11898-2 5v DeviceNet define te în mod riguros modul de interconectare fizic i are specifica ii mai restrictive decât standardul în ceea ce prive te tranceiverele Folose te identificator de 11 bi i i permite rate de doar 125, 250 i 500 kbaud De asemenea impune restric ii privind con inutul mesajelor pentru a permite interoperabilitatea dintre diferite unit i de fabrica ie. 57 58 Variante ale CAN CANopen. Este de asemenea proiectat pentru aplica ii de control. Este un standard software bazat pe CAN - ISO 11898-2 5v. Limiteaz num rul de noduri la 127 i le aloc câte un ID. Prin organiza ia CAN in Automation (CiA) se definesc pentru fiecare tip de nod anumite profiluri pentru a simplifica utilizarea sistemelor provenite de la diferi i produc tori. Se definesc de asemenea unele comenzi standard ceea ce permite modulelor s fie identificate automat prin alocarea unui ID de nod. Standardul mai define te modul de p strare a sincroniz rii pentru citire i scriere de blocuri mari de date. Variante ale CAN ISO 11992-1 (B10011S) CAN tolerant la erori pentru comunica ie cu camioane / autotrenuri / remorci / platforme de transport. ISO 11783-2 250 kbit/s, folose te patru cabluri torsadate f r ecran: dou pentru CAN i dou ca terminatoare pentru polarizarea circuitelor de ie ire fa de tensiunea de alimentare i fa de mas. Standard pentru echipamente agricole. 59 60
Variante ale CAN SAE J1939. O întreag familie de standarde industriale (agricultur, marin, camioane, autobuze, etc.) construite pentru servicii de comunicare a datelor pe baza CAN - ISO 11898-2. Exist documente specifice fiec rui tip de aplica ie ce definesc combina ia particular a nivelurilor de comunica ie pentru mediul industrial specific. SAE J1939 este utilizat în special în echipamente agricole i de construc ii, folosind dou cabluri torsadate. Varianta 11 are ecran, în timp ce varianta 15 nu are ecran. SAE J1939-11: 250 kbit/s, pentru cablu torsadat ecranat (Shielded Twisted Pair = STP) SAE J1939-15: 250 kbit/s, pentru cablu torsadat f r ecran (UnShielded Twisted Pair = UTP) 61 Variante ale CAN SAE J2411. CAN pe un singur fir (Single-wire CAN = SWC). Single Wire CAN este un nivel fizic de mic putere i vitez redus utilizat mai ales în aplica iile auto. El utilizeaz tranceivere de tip AU5790. MilCAN - e definit pentru a fi utilizat în vehicule militare terestre unde este necesar un protocol de diagnosticare. El define te un set de reguli de utilizare i un nivel de software peste nivelurile re elei CAN conven ionale. S-a introdus un nod master de sinconizare (pentru sincronizare pseudo-hardware) i care transmite pe magistral cadre de sincronizare ce includ i un num r al slotului de timp de sincronizare. Exist dou variante, MilCAN A folose te identificatori pe 29 de bi i, iar MilCAN B folose te identificatori de 11 bi i. 62