Can (ControllerAreaNeTwork) Bus, IE mrežni autobus za kontroleru, široko se koristi u industrijskoj kontroli, medicinskoj elektronici, kućanskim aparatima i poljima senzora. Trenutno je domaća i strana literatura za analizu protokola Can Bus Analiza članka uglavnom za strukturu okvira protokola CAN do karakteristike analize ili bit vremena, kao što je literatura rijetko iz perspektive komunikacije na analizi protokola Can Bus protokola , rijetko iz perspektive inženjerske primjene, mehanizam komunikacije sa autobusima za dubinsku analizu članka.
1. mogu primjenjivati karakteristike i strukturni sastav
Protokol Can Bus ima dva međunarodna standarda, ISO11898 i ISO11519, od kojih je, IS011898, standard komunikacije velike brzine sa stopom komunikacije od 125kbps do 1Mbps, što je sabirnica zatvorene petlje s maksimalnom dužinom od 40M/1Mbps. ISO11519 definira standard CAN-a s malim brzinama sa stopom komunikacije od 10 do 125kbps, što je standard za komunikaciju s malim brzinama s maksimalnom duljinom od 40M/1Mbps. ISO11519 definira stopu komunikacije od 10 do 125kbps Standard niske brzine CAN, pripada sabirnici otvorene petlje, maksimalnoj duljini od 1 km / 40kbps. Zbog električnih karakteristika ograničenja, to jest raspodjela sabirnice kapacitivnosti i raspodjele otpora na valnom obliku sabirnice, maksimalni broj čvorova na sabirnici CAN je 110. Za inženjera aplikacije, samo brzina prijenosa i bitni parametri strane primopredajne strane treba ispravno konfigurirati za postizanje sinkronizacije podataka primopredajnih čvorova. Kroz hardver CAN kontrolera na filtriranju markera poruke može se realizirati od točke do točke, točke do multipoint i globalnog emitiranja i drugih načina prijenosa i primanja podataka. Istodobno, zbog strukture kratkih okvira CAN telegrama, a svaki okvir sadrži CRC Checki dio, koji osigurava vrlo nisku stopu pogreške podataka.
Sloj aplikacije CAN, operativni sustav (implementiran kao pozadinski program u aplikacijama bez operativnog sustava) i upravljački program u implementaciji sustava zajedno ostvaruju funkcije aplikacijskog sloja u ISO referentnom modelu. Među njima, sloj aplikacije Can definira grupiranje ID -a, slanje učitavanja podataka, primanje obrade podataka i nadzor sigurnosti sabirnice sa sabidom aplikacija; Program operativnog sustava/pozadinskog programa koristi se za zakazivanje vozača CAN -a za obradu podataka nakon što stiže prekid limenke; Vozač uključuje inicijalizaciju (postavka radnog stanja kontrolera, postavljanje brzine prijenosa, konfiguracija filtra za prihvaćanje), program primopredajnika i program za rukovanje abnormalnošću.
Za sloj srednjeg prijenosa treba ga utvrditi prema buci smetnji u okolišu, duljini sabirnice i tako dalje. U slučaju jake smetnje buke mora se koristiti zaštićena žica; Zbog raspodjele kapacitivnosti uzrokovanog izobličenjem valnog oblika sabirnice i raspodjelom otpora uzrokovanog prigušivanjem razine sabirnice, duljina sabirnice mora uzeti u obzir raspodjelu karakteristika otpornosti i kapacitivnosti korištenog prijenosnog medija; Istodobno, ako upotreba brzih autobusa također treba eksperimentirati kako bi se utvrdila vrijednost odgovarajućeg otpora autobusa.
Za realizaciju kontrolera, možete odabrati kontroler integriran u glavni čip sustava, kao što je NXP -ova LPC2000 serija mikrokontrolera, ili možete koristiti i diskretne komponente kontrolera CAN, kao što je SJA1000 za realizaciju CAN -a. , možete odabrati CTM1050, TJA1050, itd. Ako je buka smetnje u okolini velika, trebate razmotriti otpornost na distribuciju srednjeg sredstva za prijenos i karakteristike kapaciteta distribucije; U isto vrijeme, ako koristite brzinu velike brzine također trebate odrediti odgovarajući otpor autobusa eksperimentiranjem. Ako je buka smetnji u okolišu velika, potrebno je dodati izolacijski čip između kontrolera i primopredajnika ili upotrebu integrirane izolacijske funkcije primopredajnika Can. Vrijedno je spomenuti da novi NXP -ov novi LPC11C24 Microcontroller Chip ne samo da integrira kontroler CAN -a, već i integrira funkciju primopredajnog primopredajnika, što pruža dobru podršku brzom razvoju CAN -ovih sustava sabirnice. Osim toga, prema stvarnoj primjeni duljine autobusa i broju čvorova na autobusu, također je potrebno razmotriti vrijeme kašnjenja prijenosa i prijema primopredajnika.
Za sloj vozača i sloj aplikacije, vozač uključuje inicijalizaciju Can (uključujući hardver za omogućavanje, postavljanje brzine prijenosa, postavljanje načina rada upravljanja i konfiguraciju ID -a za prihvaćanje filtra), primanje/prijenos vozača i pruža funkcije sučelja u gornjem sloju, od kojih Potrebno je objasniti da se konfiguracija ID -a za prihvaćanje filtra mora temeljiti na grupiranju ID -a sustava pomoću aplikacijskog sloja; Sloj aplikacije CAN izvodi paketizaciju podataka na temelju odnosa koji šalju/primaju podatke između čvorova na sabirnici. Može se prijaviti sloj prema podacima koji šalju i primaju odnos između čvorova na sabirnici za grupiranje ID -a za paket, slanje paketa podataka, primanje obrade podataka i nadzor sigurnosnog nadzora sabirnice. Osim toga, najčešće korišteni protokoli gornjeg sloja Can sabirnice uključuju Canopen, DeviceNet i ICAN.
2. Može li analiza mehanizma za sinkronizaciju sabirnica
U komunikacijskom procesu, jedno od najvažnijih pitanja koje treba riješiti je kako postići sinkronizaciju podataka kod pošiljatelja i završetka prijemnika, tj. Kraj prijemnika može ispravno primiti i analizirati podatke koje je poslao pošiljatelj. je vrsta asinhronog protokola serijske komunikacije, koji pripada komunikaciji baze, a njegova sinkronizacija ostvaruje se iz protokola kontrole podataka na visokoj razini (HDLC). Konkretno, sinkronizacija protokola Can sabirnice postiže se kroz 3 aspekta kako je opisano u nastavku.
2.1 Postavka parametara
Obje strane komunikacije putem softvera postavljaju istu brzinu prijenosa, iste duljine segmenta prilagodbe faze, ista sinkronizacija širine skoka, kroz gore navedena tri postavljena elementa, definira duljinu bita u procesu prijenosa Can sabirnice kao Kao mjesto točke uzorkovanja, struktura bita kao što je prikazano na slici 2, limenka na slici koja je definirana u protokolu vremena TQ, koja se dobiva kroz frekvencijsku podjelu vanjskog sata ili periferni sat CPU -a. Osnovni signal takta kontrolera dobiva se dijeljenjem frekvencije vanjskog sata ili CPU perifernog sata. SS segment odgovara početnom segmentu, a rub za skakanje na sabirnici trebao bi se dogoditi u tom razdoblju, TESG1 odgovara segmentu prijenosa i segmentu podešavanja faza 1, a TESG2 odgovara segmentu podešavanja faze 2 i za visoki- visoki Brzinski sabir, kontroler uzorkuje i diskriminira sabirnicu između TESG1 i TESG2.
2.2 Struktura fiksnog okvira
Može li protokol jasno definirati fiksnu strukturu okvira kako bi se olakšao kontroler i primopredajnik za nadzor stanja sabirnice, u specifikaciji protokola Can2. Arbitražna domena, standardni okvir koji koristi 11- identifikator bit, dok prošireni okvir ima 29- identifikator bit, specifični standard Okvir, proširena struktura okvira okvira.
2.3.3 Tvrd sinkronizacija i resinhronizacija
2.3.1 Tvrd sinkronizacija
Takozvana tvrda sinkronizacija znači da se tijekom razdoblja praznog hoda (tj. Razina sabirnice izražava kao kontinuirani recesivni bit), nakon što kontroler otkrije skok s recesivne razine na dominantnu razinu, to znači da u ovo vrijeme tamo tamo je stanica u autobusu za početak slanja podataka, a zatim prisiljava brojač bita kontrolera da se sinkronizira sa SS segmentom prikazanom na slici 2, a istovremeno i sat, počinje Prepričajte od ove točke nadalje (vrijeme može biti postavljeno gornjim softverskim slojem). Tvrda sinkronizacija koristi se za početak određivanja okvira.
2.3.2 Resinhronizacija
U protokolu CAN-a, resinhronizacija se provodi na temelju mehanizma za ispunjavanje. Slično kao HDLC protokol, u strukturi okvira CAN, nakon što se od početka okvira otkrije pet uzastopnih bitova iste polariteta do bita CRC sekvence, CAN Controller automatski ubacuje malo suprotnog polariteta. Ponovno sinkronizacija je da tijekom prijenosa podataka kontroler podešava segment podešavanja faza 1 i segment podešavanja faza 2 otkrivanjem razlike između ruba skakanja na sabirnici i unutarnjeg bita čvora, a veličinu prilagodbe programira sinkronizaciju Širina skoka i veličina podešavanja postavljena je u TQ. Specifično pravilo prilagođavanja je da, u postupku prijenosa, rub za skakanje na sabirnici koji je otkrio kontroler CAN podešava kontroler ako se nalazi u unutarnjem vremenskom razdoblju bita čvora, tada nije potrebno prilagođavanje; Ako je preskosni rub smješten u segmentu TESG1, to znači da postoji kašnjenje u bitnom vremenu na sabirnici u odnosu na vrijeme bita čvora, tada kontroler CAN produži vremensko razdoblje TESG1 bita i ako if Vrijednost vremena kašnjenja (vrijednost t {0) veća je od širine preskoka sinkronizacije, vrijeme produženja je vrijednost Sinkronizacije preskoka širine, inače kontroler Can kontrolera čvora proširuje razliku između njega i malo vremena autobusa; Ako se rub skoka nalazi u segmentu TESG2, što ukazuje da je malo vremena na sabirnici prekoračeno u odnosu na vrijeme bita čvora, tada kontroler smanjuje vremensko razdoblje TESG2 bitnog čvora, specifična pravila prilagodbe su slična kao one iz TESG1 segmenta.
3. Može li analizu mehanizma za rješavanje sabirnica
Za razliku od industrijskog Ethernet -a, RS485 i drugih autobusa, Can Bus šalje i prima podatke putem ID -a paketa, a ne na adresu čvora, tj. Čvorovi na Can sabirnici nemaju fiksnu adresu, umjesto toga, svaki čvor treba konfigurirati putem kroz Softver s ID tablicom (u jedinici filtra za prihvaćanje čvora), a ako ID broj paketa podataka na sabirnici postoji u tablici ID -a čvora, tada paket uspješno prolazi Prihvaćanje jedinice filtra za prihvaćanje tog čvora i bit će poslano gornjoj jedinici za obradu softvera i obrađeno u suprotnom, u protivnom se paket odbacuje. Na primjer, ako čvor A u autobusu želi poslati paket na čvor B, ID broj paketa mora biti smješten u ID tablici čvora B. Slično, ako čvor A želi emitirati paket u autobus, The ID Broj paketa mora biti smješten u ID tablicama svih ostalih čvorova na autobusu. Kao što je spomenuto ranije, tablica ID konfigurira se putem softvera, ali funkcija filtriranja prihvaćanja obavlja se kroz filter za prihvaćanje, hardversku jedinicu u kontroleru CAN, tako da je kašnjenje uzrokovano prihvaćanjem malo u pogledu brzine. Pored toga, prednost korištenja ovog mehanizma adresa je u tome što je sustav koji koristi ovu sabirnicu vrlo fleksibilan, tj. Novi čvorovi dodani ili izbrisani ne utječu na komunikaciju između originalnih čvorova sustava.
Sljedeće će uzeti kontroler CAN integriran s NXP -ovim LPC2478 čipom kao primjer za određivanje metode konfiguracije adrese sustava CAN sabirnice. Kao što je prikazano na slici 3, prvo klasificirano prema paketima podataka koji će se prenijeti na sabirnici, odnosno ID paketa i odgovarajućeg planiranja čvorova, na primjer, u našem sustavu uglavnom postoje sljedeće vrste paketa: paketi upita, Paketi upravljačkih naredbi (uključujući pakete akcije i parametara), paketi alarma i paketi parametara povratnih informacija, što odgovara karakteristikama čvora paketa upita, a upravljački naredbeni paketi uglavnom su glavna stanica poslana u svaku jedinicu za slave, dok alarm Paketi podataka i povratni parametri Paketi podataka uglavnom se šalju iz svake jedinice čvora Slave na čvor glavne jedinice. Zatim je jedinica za prihvaćanje filtra svakog čvora konfigurirana prema ID klasifikaciji, a specifična metoda konfiguracije je sljedeća: Prvo, konfigurirajte odgovarajuće načine rada filtra za prihvaćanje u skladu s karakteristikama čvora: OFF mod (ne primanje sabirnih poruka) , Bypass način rada (primanje svih poruka na sabirnici) i normalan način rada (filtriranje hardvera). Ako je konfiguracija za uobičajeni način rada, tada morate konfigurirati odgovarajuću tablicu filtra za prihvaćanje (ID tablica), to jest, čvor mora primiti ID paket broja kontrolera čvora za popunjavanje odgovarajućeg područja ID tablice, A ovo dovršava rad Can sabirnice sabirnice. Općenito govoreći, tablica ID podijeljena je u sljedeća četiri područja: jasna standardna područja identifikatora okvira, standardni identifikator formata formata okvira, područje identifikatora proširenog formata okvira i područje identifikatora formata proširenog okvira. Među njima je eksplicitni format jedan neovisni identifikator ID -a, dok područje formata grupe ima uzastopno numeriranim identifikatorima ID -a.
4. može li analiza mehanizma za arbitražu sa autobusom
Arbitraža sabirnice, odnosi se na to kada sabirnicu istovremeno ima više od jednog čvora za slanje metoda obrade protokola podataka. Može li sabirnica koristiti nerazorni arbitražni mehanizam, to jest, ako više od jednog čvora na sabirnici istovremeno za slanje podataka, s arbitražnim arbitražnim paketom visokog prioriteta, možete nastaviti slati podatke i drugi neuspjeh u arbitraži Čvor će izaći iz stanja slanja i pretvoriti se u prijemni čvor, s drugim mehanizmima arbitraže sabirnice (poput LAN -a CSMA). (U usporedbi s drugim mehanizmima arbitraže sabirnice (npr. CSMA/CD LAN), neće samo uništiti poslane podatke, već također neće uzrokovati kašnjenje slanja podataka, što je jedna od prednosti sabirnice Can u usporedbi s drugim autobusima , i to se uglavnom ostvaruje u sljedeće dvije značajke Can sabirnice: 1) linija i karakteristike Can sabirnice, tj. Kada više od jednog čvora u autobusu istovremeno šalje dominantne i nevidljive razine, The Razina autobusa je dominantna razina. 2) Linija i karakteristična za Can Bus, tj. Kada više od jednog čvora u autobusu istovremeno šalje dominantne i nevidljive razine, razina sabirnice pokazuje dominantnu razinu. 2) Može li kontroler nadzirati status razine sabirnice čak i dok šalje podatke, tj. Kada je u arbitraži, kada kontroler šalje nevidljivu razinu, ali otkriva sabirnicu kao vidljivu razinu, arbitraža čvora ne uspijeva i okreće se prijemnom čvoru.
5. Može li analiza robusnosti sabirnice
Robusnost Can sabirnice ostvaruje se svojim otkrivanjem i praćenjem sigurnosti čvorova i autobusnog paketa u stvarnom vremenu, osim toga, Can ima snažnu inhibiciju vanjskih interferencijskih signala korištenjem diferencijalnih signala. Konkretno opisano u nastavku.
5.1 Nadgledanje valnog oblika sabirnice u stvarnom vremenu
Može li kontroler ne samo pratiti pakete podataka koje su ostali čvorovi poslali na sabirnici cijelo vrijeme nakon napajanja, već također nadgledati podatke koje je sam po sebi poslao u procesu slanja paketa podataka u stvarnom vremenu, nakon što je otkrivanje pogrešaka na mjestu, Pogreške u padu, pogreške u CRC -u, pogreške u oblikovanju ili pogreške u odgovoru, čvor će se temeljiti na stanju pogreške u kojoj je (pogreška aktivirana ili prepoznato stanje pogreške) za slanje odgovarajuće zastave pogreške. U stvari, vjerujem da samo mjesto za aktiviranje pogreške šalje logotip pogreške u aktivaciji (tj. 6 uzastopnih dominantnih bitova, a zatim 8 recesivnih bitova logotipa pogreške koji definira znak) imat će utjecaj na sabirnicu i čvorove na autobusu, dok Čvor u stanju prepoznavanja pogreške šalje logotip za prepoznavanje pogreške zapravo nema utjecaja na autobus (6 recesivnih razina poslanih s praznim stanjem sabirnice je iste).
5.2 Nadgledanje statusa čvorova u stvarnom vremenu za određivanje privilegija čvora
Čvorovi u stvarnom vremenu mijenjaju svoje stanje (stanje koje je aktivirano pogreškom, prepoznati pogreške ili stanja sa sabirnicama) prema paketima poslanim u sabirnici. Čvorovi u stanju aktiviranom pogreškama sudjeluju u komunikaciji sa autobusima normalno, a jedinice koje prepoznaju pogreške sudjeluju u komunikaciji sa autobusima, ali trebaju poslati 8 dodatnih implicitnih bitova prije nego što pokrenu sljedeće slanje. Za pakete poslane na sabirnici, kao što je prikazano u tablici 1, 15- Bit CRC slijed implementira nadzor startnog bita, arbitražno polje, kontrolno polje i podatkovno polje (ako postoji), web mjesto za prijem generira CRC slijed paketa prema istom algoritmu kao i čvora za slanje kada primi podatke i uspoređuje ga s primljenim CRC slijedom, ako je drugačiji, to znači da tamo postoji je pogreška i prijemni čvor neće odgovoriti na prijemni čvor neće odgovoriti na paket, a čvor za slanje otkrit će pogrešku odgovora i ponovno uspostaviti paket. Zaključno, Can Bus je postigao visoku sigurnost podataka i stabilnost sabirnice kroz sloj podataka i fizički sloj.
6. zaključak
Na temelju specifikacije protokola ISO11898, papir detaljno analizira načelo realizacije i osnove mehanizma sinkronizacije sabirnih čvorova, mehanizma za adresu čvorova, mehanizma za arbitražu sabirnice (mehanizam za razlučivanje sukoba sabirnice) i robusnosti sabirnice iz perspektive komunikacije, a istovremeno isto vrijeme ukratko uvodi karakteristike primjene sabirnice CAN i slojevite strukture sabirnice kada se primjenjuje na stvarni sustav, što je vrlo važno za Dubinsko razumijevanje protokola Can Bus i primjene Can sabirnice na stvarni sustav. To je vodič za razumijevanje protokola Can Bus i primjenu CAN -a na određene inženjerske projekte, kao i istraživanje ili razvoj autobusnih sustava za specifične zahtjeve.