¿Qué se necesita para desarrollar un protocolo de capa de enlace de bus CAN?
(1) Mensaje (Mensaje) Los mensajes en el bus se envían en diferentes formatos de mensaje, pero la longitud es limitada. Cuando el bus está inactivo, cualquier nodo de la red puede enviar un mensaje.
(2) Enrutamiento de información En CAN, el nodo no utiliza ninguna información sobre la configuración del sistema (como la dirección de la estación) y el nodo receptor decide si recibe la información de la trama en función de la información misma. Por lo tanto, al expandir el sistema, no es necesario cambiar la capa de aplicación, el software y el hardware de ningún nodo, y los nodos se pueden agregar directamente a CAN.
(3) Identificador (Identifier) El mensaje a transmitir tiene un identificador característico (un campo de tramas de datos y tramas remotas), que no da la dirección del nodo de destino, sino el mensaje. sus propias características. La información se envía a través de la red en forma de transmisión, que pueden recibir todos los nodos. El nodo utiliza el identificador para decidir si recibe la trama.
(4) La coherencia de los datos debe garantizar que todos los nodos en CAN puedan recibir mensajes al mismo tiempo o no al mismo tiempo, lo que debe lograrse combinando funciones de manejo de errores y resincronización.
(5) Las velocidades de transmisión de bits de diferentes sistemas CAN varían, pero para un sistema específico, la velocidad de transmisión de bits es única y fija.
(6) Prioridad El identificador en los datos de envío del mensaje determina la prioridad del mensaje que ocupa el bus. Cuanto menor sea el identificador, mayor será la prioridad.
(7) Solicitud remota de datos Al enviar una trama remota, el nodo que necesita datos solicita a otro nodo que envíe los datos correspondientes. La trama de datos enviada por el nodo que responde recibe el mismo nombre que la trama remota que solicitó los datos.
(8) Arbitraje) Mientras el bus esté inactivo, cualquier nodo puede enviar información al bus. Si dos o más nodos envían información al mismo tiempo, se producirá una colisión en el acceso al bus. Estas colisiones se resuelven mediante arbitraje bit a bit utilizando identificadores. Un mecanismo de arbitraje garantiza que no se pierda ni información ni tiempo. Cuando se envían al mismo tiempo una trama de datos y una trama remota con el mismo identificador, la trama de datos tiene prioridad sobre la trama remota. Durante el proceso de arbitraje, cada transmisor compara el nivel del bit transmitido con el nivel del bus de monitoreo. Si los niveles son los mismos, el dispositivo puede continuar enviando; si se envía un nivel "implícito" y se monitorea un nivel "explícito", el dispositivo pierde el arbitraje y debe salir del estado de envío.
(9) Estado del bus El bus tiene dos estados: "explícito" e "implícito". "Explícito" corresponde al "0 lógico", "implícito" corresponde al "0 lógico" y "explícito". "corresponde al "0" lógico y "implícito" corresponde al "0" lógico. "Explícito" corresponde al "0" lógico y "Implícito" corresponde al "1" lógico. El estado "explícito" y el estado "implícito" son los mismos que el estado "explícito", por lo que ambos nodos envían "0" y ". 1" al mismo tiempo. El bus "CAN" utiliza codificación binaria sin retorno a cero (NRZ), por lo que hay un "0" o un "1" en el bus. En el autobús hay un "0" o un "1". Sin embargo, el protocolo CAN no define específicamente la implementación exacta de estos dos estados, como se muestra en la Figura 7-7.
10) Definición de fallas (Limitaciones) Los nodos CAN pueden distinguir entre fallas causadas por perturbaciones transitorias y fallas permanentes. Los nodos defectuosos se cerrarán.
(11) El nodo receptor de respuestas responde a los mensajes recibidos correctamente y marca los mensajes inconsistentes.
(12) CAN tiene una distancia máxima de comunicación de 10 kilómetros (a una velocidad de 5 Kbps), o una velocidad máxima de comunicación de 1 Mbps (a una distancia de 40 metros).
(13) El número máximo de nodos de bus CAN es 110. Los medios de comunicación pueden ser par trenzado, cable coaxial o fibra óptica.
(14) El mensaje tiene una estructura de trama corta y el corto tiempo de transmisión hace que sea menos probable que haya interferencias. CAN tiene un buen mecanismo de verificación para garantizar la confiabilidad de la comunicación CAN.
2 Contenido del protocolo del bus CAN
La capa física del bus CAN es el circuito controlador que conecta la ECU al bus. La capa física define el proceso de transmisión de datos físicos entre nodos del bus, incluyendo principalmente el medio de conexión, las características eléctricas de la línea, codificación/decodificación de datos, temporización de bits y estándares de ejecución de sincronización. BOSCH CAN básicamente no define la capa física, pero el estándar ISO basado en CAN sí lo hace. Al diseñar un sistema CAN, la capa física tiene mucho espacio para elegir, pero debe garantizar los requisitos de arbitraje de bits sin pérdidas en la capa de acceso a medios del protocolo CAN, es decir, cuando ocurre la contención del bus, los mensajes con mayor prioridad obtienen El principio de contención del bus, por lo que se requiere que la capa física admita las características de estado de los bits implícitos y explícitos en el bus CAN. Cuando no se envía ningún bit explícito, el bus está en estado implícito. Cuando el bus está inactivo, el bus está en estado implícito. Cuando uno o más nodos envían bits explícitos, el bit explícito sobrescribe el bit implícito, lo que hace que el bus esté en estado implícito. El estado explícito. Sobre esta base, la capa física depende principalmente de los requisitos de velocidad de transmisión. Desde el punto de vista de la estructura física, la composición del nodo CAN se muestra en la Figura 7-8. En CAN, la capa física se puede dividir estructuralmente en tres capas: capa de señalización de capa física (PLS), capa de conexión de medios físicos (PMA) y capa dependiente de medios: interfaz MDI. Las funciones de la capa PLS y la capa de enlace de datos las realiza el controlador CAN, las funciones de la capa PMA las realiza el transceptor CAN y la capa MDI define las características del cable y el conector. Actualmente, también existen microprocesadores habilitados para CAN que integran circuitos transceptores y controladores CAN, como el MC68HC908GZl6. Existen muchos estándares internacionales, nacionales o industriales diferentes para la capa PMA y la capa MDI, y usted mismo también puede definirlos. El más popular es el estándar de transceptor CAN de alta velocidad definido por ISOll898. En teoría, casi no hay límite para el número de nodos en el bus CAN, hasta 2000, pero en aplicaciones prácticas, debido a limitaciones en las características eléctricas, sólo se pueden conectar más de 100 nodos como máximo.
La capa de enlace de datos de CAN es su contenido principal, en la que el control de enlace lógico (LLC) completa funciones como filtrado, notificación de sobrecarga y recuperación de gestión, y la subcapa de control de acceso al medio (MAC) completa funciones como como empaquetado/desempaquetado de datos, codificación de tramas, gestión de acceso a medios, detección de errores, señalización de errores y respuesta. Detección, señal de error, respuesta, conversión serie a paralelo, etc. Todas estas funciones se centran en la transmisión de tramas de información. Todas estas funciones se centran en el proceso de transmisión de tramas de información.
3 Transmisión y estructura de mensajes del bus CAN
1. Tipo de mensaje
En la versión CAN2.0B del protocolo, hay dos formatos de trama diferentes, el La diferencia es que la longitud del campo del identificador es diferente. La trama que contiene el identificador de 1 bit se denomina trama estándar y la trama que contiene el identificador de 29 bits se denomina trama extendida. Como se indica en el protocolo CAN1.2, el formato de trama de datos estándar y el formato de trama remota de las dos versiones son equivalentes, mientras que el formato extendido es una característica nueva del protocolo CAN2.0B. Para mantener el diseño del controlador relativamente simple, no es necesario implementar el formato extendido completo, pero para los controladores más nuevos, el formato estándar debe ser compatible sin restricciones. Sin embargo, independientemente del formato de la trama, se utilizan cuatro tipos diferentes de tramas en la transmisión de información:
(1) Trama de datos (datos) La trama de datos se envía desde el remitente al receptor Transfiere datos.
(2) El dispositivo de bus de trama remota (Remote) envía una trama remota y solicita enviar una trama de datos con el mismo identificador.
(3) Error ) Cualquier unidad que detecte un error de bus emitirá un cuadro de error.
(4) Sobrecarga (Overload) La trama de sobrecarga se utiliza para proporcionar un retraso adicional entre tramas de datos adyacentes o tramas remotas.
Existe un campo de aislamiento entre la trama de datos o trama remota y la trama anterior, es decir, el intervalo entre tramas. Los marcos de datos y los marcos remotos pueden utilizar el formato de marco estándar y el formato de marco extendido.
4 Áreas de aplicación del bus CAN
El bus CAN fue diseñado originalmente por la empresa alemana Bosch para la monitorización en la industria automotriz. Actualmente, se utiliza ampliamente en ferrocarriles, transporte, defensa nacional, ingeniería, maquinaria industrial, textiles, maquinaria agrícola, CNC, robots de equipos médicos, edificios, seguridad y otros campos.