Опште информације
Поступак комуникације ЦАН
Б - Сензор 1
ЦАН - Комуникациона магистрала
М - Извршни елементи И - ИИИ (серво механизми)
Н - Управљачке јединице / контролери И - В
Савремена возила користе неколико ЦАН сабирница (Controller Area Network) између модула / управљачких јединица различитих система и контролера актуатора возила (погледајте горњу илустрацију).
Аутобус је пун дуплекс (или само дуплекс), тј. било који уређај повезан на њега може истовремено да прима и преноси поруке.
Сигнал са осетљивог елемента одговарајуће информације (сензор) улази у најближу контролну јединицу, која га обрађује и преноси на ЦАН магистралу података.
Свака контролна јединица повезана на ЦАН магистралу података може очитати овај сигнал, израчунати контролне параметре на основу њега и контролисати серво актуатор.
Предности
Уобичајеним кабловским повезивањем електричних и електронских уређаја, свака управљачка јединица је директно повезана са свим сензорима и актуаторима од којих прима мерења или којима управља.
Компликација контролног система доводи до превелике дужине или више кабловских водова.
У поређењу са стандардним кабловима, магистрала података пружа:
- Смањење броја каблова. Жице од сензора се повлаче само до најближе контролне јединице, која измерене вредности претвара у пакет података и преноси га на ЦАН магистралу;
- Било која контролна јединица може да контролише актуатор, који преко ЦАН магистрале прима одговарајући пакет података и на основу тога израчунава вредност контролног дејства на сервомеханизам;
- Побољшање електромагнетне компатибилности;
- Смањење броја утичних прикључака и смањење броја контактних излаза на управљачким јединицама;
- Губитак тежине;
- Смањење броја сензора, јер сигнали појединачних сензора (на пример из сензора температуре расхладне течности) могу се користити разним системима;
- Побољшање дијагностичких могућности. Јер сигнали појединачних сензора (на пример сигнал брзине) користе различити системи, онда ако сви системи који користе овај сигнал издају поруку о грешци, сензор или контролна јединица која обрађује своје сигнале је обично неисправна. Ако порука о грешци долази само из једног система, иако овај сигнал користе други системи, онда је узрок квара најчешће у управљачкој јединици обраде или сервомеханизму;
- Висока брзина преноса података – могућа до 1 Мбпс са максималном дужином линије од 40 м.
- Неколико порука се може пренети наизмјенично на истој линији.
ЦАН магистрала података састоји се од двожилне жице направљене у облику упредене парице. Сви уређаји повезани на ову линију (контролне јединице уређаја).
Пренос података се врши дуплирањем на обе жице, а логички нивои магистрале података се пресликавају (односно ако се на једној жици преноси логички нулти ниво (0), затим на другој жици - ниво логичке јединице (1), и обрнуто).
Двожична шема преноса се користи из два разлога: за контролу грешака и као основа за поузданост.
Ако дође до вршног напона само на једној жици, на пример због ЕМЦ проблема (ЕМЦ), онда пријемници могу да идентификују ово као грешку и игноришу врх.
У случају кратког споја или прекида у једној од две жице ЦАН магистрале, захваљујући интегрисаном софтверском и хардверском систему поузданости, врши се прелазак на једножични режим рада. Оштећени далековод се више не користи.
Редослед и формат који корисници преносе и примају (претплатника) поруке је дефинисан у комуникационом протоколу.
Основна карактеристика ЦАН магистрале података у поређењу са другим системима сабирница заснованим на принципу претплатничког адресирања је адресирање везано за поруке.
То значи да се свакој поруци која се преноси на магистрали додељује њена стална адреса (идентификатор), означавајући садржај ове поруке (на пример: температура расхладне течности). Протокол ЦАН магистрале података омогућава пренос до 2048 различитих порука, са адресама од 2033 до 2048 које су трајно додељене.
Количина података у једној поруци на ЦАН магистрали је 8 бајтова.
Блок пријемника обрађује само те поруке (пакети података), који се чувају у сопственој идентификационој листи (контрола прихватања).
Пакети података се могу преносити само ако је ЦАН сабирница слободна (тј. ако после последњег пакета података следи интервал од 3 бита и ниједна контролна јединица не почне да шаље поруку). У овом случају, логички ниво магистрале података мора бити рецесиван (логичан «1»).
Ако више контролних јединица почне да емитује поруке у исто време, тада ступа на снагу принцип приоритета, према којем ће порука са највишим приоритетом бити прва послата без губитка времена или битова (арбитражу захтева за приступ заједничкој магистрали података).
Свака контролна јединица која изгуби право арбитраже аутоматски ће се пребацити на пријем и поново покушати да пошаље своју поруку чим се магистрала података поново ослободи.
Поред пакета података, користе се и пакети за тражење одређене поруке на ЦАН магистрали података, на такав захтев одговара контролна јединица која може да пружи тражену информацију.
Формат пакета података
У нормалном режиму преноса, пакети података имају следеће блок конфигурације (особља):
- Data Frame (оквир поруке) за пренос порука на ЦАН магистралу података (на пример: температура расхладне течности);
- Remote Frame (оквир захтева) да захтева поруке на ЦАН магистрали података од друге контролне јединице;
- Error Frame (оквир грешке), све повезане контролне јединице су обавештене да је дошло до грешке и да је последња порука на ЦАН магистрали података неважећа.
Протокол ЦАН магистрале података подржава два различита формата оквира порука ЦАН магистрале података који се разликују само по дужини идентификатора:
- стандардни формат;
- Проширени формат.
Тренутно се у системима за размену података система управљања возилима користи само стандардни формат.
Формат оквира
Сваки оквир порука који се преноси преко ЦАН магистрале састоји се од седам узастопних поља (погледајте горњу илустрацију):
- Start of Frame (старт бит): Означава почетак поруке и синхронизује све модуле;
- Arbitration Field (ИД и захтев): Ово поље се састоји од идентификатора (адресе) 11 битова и 1 бит за проверу (Remote Transmission Request-Bit). Овај контролни бит означава оквир као оквир података (оквир података) или као даљински оквир (даљински оквир захтева) без бајтова података;
- Control Field (контролни битови): Контролно поље (6 бит) садржи ИДЕ бит (Identifier Extension Bit) да препозна стандардни и проширени формат, резервни бит за накнадна проширења и - у последња 4 бита - број бајтова података уграђених у поље података (поље података);
- Data Field (података): Поље података може садржати од 0 до 8 бајтова података; порука на ЦАН магистрали података дужине 0 бајтова се користи за синхронизацију дистрибуираних процеса;
- CRC Field (контролно поље): ЦРЦ поље (Cyclic-Redundancy-Check Field) садржи 16 бита и служи за контролно препознавање грешака при преносу;
- ACK Field (потврда о пријему): АЦК поље (Acknowledgement Field) садржи сигнал потврде за све пријемне јединице које су примиле поруку преко ЦАН магистрале без грешака;
- End of Frame (крај оквира): Означава крај пакета података;
- Intermission (интервал): Интервал између два пакета података. Интервал мора бити најмање 3 бита. Након тога, било која контролна јединица може пренети следећи пакет података;
- IDLE (режим одмора): Ако ниједна контролна јединица не шаље поруке, онда ЦАН магистрала остаје неактивна све док се не пошаље следећи пакет података.
Приоритети
Да би се подаци обрађивали у реалном времену, мора бити омогућено њихово брзо преношење.
Ово не само да захтева везу са великом физичком брзином података, већ такође захтева да се заједничка ЦАН магистрала брзо обезбеди ако више контролних јединица треба да шаље поруке у исто време.
Да би се разликовале поруке које се преносе на ЦАН магистралу података према степену хитности, за појединачне поруке су предвиђени различити приоритети.
Време паљења, на пример, има највећи приоритет, вредности клизања имају средњи, а спољна температура има најнижи приоритет.
Приоритет са којим се порука преноси на ЦАН магистралу одређује идентификатор (адреса) одговарајућу поруку.
Идентификатор који одговара мањем бинарном броју има већи приоритет, и обрнуто.
Протокол ЦАН магистрале података заснива се на два логичка стања: Битови су или «рецесиван» (логичан «1»), или «доминантан» (логичан «0»). Ако доминантни бит преноси најмање један модул, онда се рецесивни битови које преносе други модули преписују.
Пример
Ако више контролних јединица започне пренос података у исто време, онда се конфликт приступа заједничкој магистрали података решава тако што «битна арбитража захтева за дељеним ресурсима» са одговарајућим идентификаторима.
Приликом преноса поља идентификатора, предајник после сваког бита проверава да ли још увек има право на пренос, или да ли друга контролна јединица већ преноси поруку са већим приоритетом на магистрали.
Контролне јединице
Прва контролна јединица (N I) губи арбитражу од 3. бит.
Трећа контролна јединица (N III) губи арбитражу од 7. бит.
Друга контролна јединица (N II) задржава право приступа ЦАН магистрали података и може да пренесе њену поруку.
Ако се рецесивни бит који преноси прва јединица предајника замени доминантним битом друге предајне јединице, тада прва јединица предајника губи право на пренос (арбитража) и постаје блок пријемника (погледајте горњу илустрацију).
Друге контролне јединице ће покушати да пренесу своје поруке на ЦАН магистралу података само када је поново слободна. У овом случају, право на пренос ће поново бити додељено у складу са приоритетом поруке на ЦАН магистрали података.
Препознавање грешке
Сметње могу довести до грешака у преносу података. Такве грешке у преносу треба препознати и исправити. Протокол ЦАН магистрале података разликује два нивоа препознавања грешке:
- Механизми на нивоу оквира података (оквир података);
- Механизми нивоа бита.
Механизми на нивоу оквира података
Cyclic-Redundancy-Check
На основу поруке пренете преко ЦАН магистрале података, предајник израчунава контролне битове који се преносе заједно са пакетом података у пољу «CRC Field» (контролне суме). Пријемна јединица поново израчунава ове контролне битове на основу поруке примљене на ЦАН магистралу података и упоређује их са контролним битовима примљеним са овом поруком.
Frame Check
Овај механизам проверава структуру пренетог блока (Рам), односно поново се проверавају битна поља са датим фиксним форматом и дужином оквира.
Грешке које је открио Фраме Цхецк су означене као грешке формата.
Механизми нивоа бита
Мониторинг
Сваки модул приликом преноса поруке прати логички ниво ЦАН магистрале података и утврђује разлике између пренетих и примљених битова. Ово осигурава поуздано препознавање глобалних и локалних грешака битова које се јављају у јединици предајника.
Bit Stuffing
У сваком оквиру података између поља «Start of Frame» и крај поља «CRC Field» не би требало да постоји више од 5 узастопних битова са истим поларитетом.
После сваке секвенце од 5 идентичних битова, блок предајник додаје један бит са супротним поларитетом у ток битова.
Пријемне јединице бришу ове битове након што приме поруку на ЦАН магистрали података.
Решавање проблема
Ако било који модул ЦАН сабирнице података открије грешку, он прекида тренутни процес преноса података слањем поруке о грешци. Порука о грешци се састоји од 6 доминантних битова.
Захваљујући поруци о грешци, све контролне јединице повезане на ЦАН магистралу података се обавештавају о локалној грешци која се догодила и, сходно томе, занемарују претходно послату поруку.
Након кратке паузе, све контролне јединице ће поново моћи да шаљу поруке на ЦАН магистралу података, при чему се порука са највишим приоритетом поново шаље прва.
Управљачка јединица чија је порука на ЦАН магистрали података изазвала грешку такође почиње да реемитује своју поруку (функција аутоматског захтева за понављање).
Типови ЦАН магистрала
За различите области управљања користе се различите ЦАН магистрале. Они се међусобно разликују по брзини преноса података.
ЦАН подручје брзине преноса «мотор и ходни део» (CAN-C) је 125 Кбпс, а ЦАН магистрала података «Салон» (CAN-B) због мањег броја посебно хитних порука, пројектован је за брзину преноса података од само 83 Кбпс.
Размена података између два система магистрала одвија се преко тзв «капије», тј. контролне јединице повезане на обе магистрале података.
Оптичко влакно Д2Б (Digital Daten-Bus) подаци примењени на област «Аудио/Комуникација/Навигација». Оптички кабл може пренети знатно већу количину информација од магистрале са бакарним каблом.
ЦАН Ц аутобус «Мотор и шасија»
Такозвани завршни отпорник магистрале података са отпором од 120 Ω инсталиран је са сваке стране терминалне контролне јединице и повезан је између обе жице сабирнице података.
ЦАН сабирница података у моторном простору је активна само када је контакт укључен.
Више од 7 управљачких јединица може се повезати на ЦАН-Ц магистралу.
ЦАН-Б аутобус «Салон»
Неке контролне јединице повезане са ЦАН сабирницом података у путничком простору се активирају без обзира на укључено паљење (на пример систем са једним закључавањем).
Дакле, ЦАН сабирница података у путничкој кабини мора бити у функцији и када је контакт искључен, што значи да се могућност преноса пакета података мора обезбедити и када је контакт искључен.
Да би се што више смањила потрошња струје мировања, ЦАН магистрала података, у недостатку података неопходних за пренос, прелази у пасивни режим приправности, и поново се активира тек следећи пут када јој се приступи.
Ако је у пасивном режиму мировања путничког простора ЦАН сабирница података, било која контролна јединица (на пример управљачки модул са једном бравом) преко њега преноси поруку, онда је прима само главни системски модул (електронски прекидач за паљење, ЕЗС/ЕИС). ЕЗС модул чува ову поруку у меморији и шаље сигнал за активирање (Wake-up) на све управљачке јединице повезане на ЦАН-Б магистралу.
Када је активиран, ЕЗС проверава све кориснике ЦАН магистрале података и затим шаље претходно сачувану поруку.
Више од 20 управљачких јединица може се повезати на ЦАН-Б магистралу.