Форум Saab Club`а - Изучаю спрос и цены на диагностику Тесн2

Что такое CAN шина?
CAN модуль, CAN шина, CAN интерфейс, CAN - все это названия стандарта промышленной сети, ориентированного прежде всего на объединения в единую сеть различных устройств и датчиков.

Если говорить простым языком, применительно непосредственно к автомобилю, то CAN - это устройство которое дает возможность объединить и использовать максимально большое количество функций и свойств различных электронных устройств. В зависимости от электронной системы в автомобиле может быть реализованно определенное количество функций. К примеру, заводской электронной системой, установленной в автомобиль при его производстве предусмотрено только несколько функций: подъем стекол и электронная регулировка сидений, а такой возможности как электронная функция управления багажником (открытие/закрытие) нет. Для того, чтобы реализовать эту функцию (открытие/закрытие багажника) требуется более разветвленная система. И в этом случае приходит на помощь CAN шина, которая позволяет реализовать на данном автомобиле данную функцию и многие другие. CAN служит для более быстрого и большего объема передаваемой информации между различными устройствами (контроллерами).

CAN - от английского Controller Area Network, что переводится как Сеть Контроллеров. CAN стандарт разработан компанией Robert Bosch GmbH 1980-х и в настоящее время широко распространён в промышленной автоматизации, технологиях «умного дома», автомобильной промышленности и многих других областях.

Далее приведена более подробная техническая информация описания стандарта CAN.

Описание стандарта
Непосредственно стандарт CAN от Bosch определяет передачу в отрыве от физического уровня — он может быть каким угодно, например, радиоканалом или оптоволокном. Но на практике под CAN-сетью обычно подразумевается сеть топологии «шина» с физическим уровнем в виде дифференциальной пары, определённым в стандарте ISO 11898. Передача ведётся кадрами, которые принимаются всеми узлами сети.

Общие сведения
Синхронная шина, с типом доступа Collision Resolution (CR), который в отличие от Collision Detect (CD) сетей (Ethernet — это CD) детерминировано (приоритетно) обеспечивает доступ на передачу сообщения, что особо ценно для промышленных сетей управления (fieldbus). Передача ведётся кадрами. Полезная информация в кадре состоит из идентификатора длиной 11 бит (стандартный формат) или 29 бит (расширенный формат, надмножество предыдущего) и поля данных длиной от 0 до 8 байт. Идентификатор говорит о содержимом пакета и служит для определения приоритета при попытке одновременной передачи несколькими сетевыми узлами.

Рецессивные и доминантные биты
Для абстрагирования от среды передачи спецификация CAN избегает описывать двоичные значения как «0» и «1». Вместо этого применяются термины «рецессивный» и «доминантный», при этом подразумевается, что при передаче одним узлом сети рецессивного бита, а другим доминантного, принят будет доминантный бит. Например, при реализации физического уровня на радиоканале отсутствие сигнала означает рецессивный бит, а наличие — доминантный; тогда как в типичной реализации проводной сети рецессив бывает при наличии сигнала, а доминант, соответственно, при отсутствии. Стандарт сети требует от «физического уровня», фактически, единственного условия: чтобы доминантный бит мог подавить рецессивный, но не наоборот. Например, в оптическом волокне доминантному биту должен соответствовать «свет», а рецессивному — «темнота». В электрическом проводе может быть так: рецессивное состояние — высокое напряжение на линии (от источника с большим внутренним сопротивлением), доминантное — низкое напряжение (все узлы сети «подтягивают» линию на землю). Если линия находится в рецессивном состоянии, перевести её в доминантное может любой узел сети (включив свет в оптоволокне или закоротив высокое напряжение). Наоборот — нельзя (включить темноту нельзя).

Виды кадров

Кадр данных (data frame) — передаёт данные;
Кадр запроса передачи (remote frame) — служит для запроса на передачу кадра данных с тем же идентификатором;
Кадр перегрузки (overload frame) — обеспечивает промежуток между кадрами данных или запроса;
Кадр ошибки (error frame) — передаётся узлом, обнаружившим в сети ошибку.

Кадры данных и запроса отделяются от предыдущих кадров межкадровым промежутком.

Формат кадра запроса
Совпадает с кадрами данных стандартного или расширенного формата за двумя исключениями:

В поле RTR рецессив вместо доминанты.
Отсутствует поле данных.

Арбитраж доступа
При свободной шине любой узел может начинать передачу в любой момент. В случае одновременной передачи кадров двумя и более узлами проходит арбитраж доступа: передавая адрес источника, узел одновременно проверяет состояние шины. Если при передаче "0" бита принимается "1" — считается, что другой узел передаёт сообщение с большим приоритетом и передача откладывается до освобождения шины. Таким образом, в отличие, например, от Ethernet в CAN не происходит непроизводительной потери пропускной способности канала при коллизиях. Цена этого решения — вероятность того, что сообщения с низким приоритетом никогда не будут переданы.

Контроль ошибок
CAN имеет несколько механизмов контроля и предотвращения ошибок:

Контроль передачи: при передаче битовые уровни в сети сравниваются с передаваемыми битами.
Дополняющие биты (bit stuffing): после передачи пяти одинаковых битов подряд автоматически передаётся бит противоположного значения. Таким образом, кодируются все поля кадров данных или запроса, кроме разграничителя контрольной суммы, промежутка подтверждения и EOF.
Контрольная сумма: передатчик вычисляет её и добавляет в передаваемый кадр, приёмник считает контрольную сумму принимаемого кадра в реальном времени (одновременно с передатчиком), сравнивает с суммой в самом кадре и в случае совпадения передаёт доминантный бит в промежутке подтверждения.
Контроль значений полей при приёме.

Разработчики оценивают вероятность невыявления ошибки передачи как 4,7×10-11.

Скорость передачи и длина сети

Диапазон скоростей
Все узлы в сети должны работать с одной скоростью. Стандарт CAN не определяет скоростей работы, но большинство как отдельных, так и встроенных в микроконтроллеры адаптеров позволяют плавно менять скорость в диапазоне по крайней мере от 20 килобит в секунду до 1 мегабита в секунду. Существуют решения, выходящие далеко за рамки данного диапазона.

Предельная длина сети
Приведённые выше методы контроля ошибок требуют, чтобы изменение бита при передаче успело распространиться по всей сети к моменту замера значения. Это ставит максимальную длину сети в обратную зависимость от скорости передачи: чем больше скорость, тем меньше длина. Например, для сети стандарта ISO 11898 предельные длины составляют приблизительно:

1 Мбит/с 40 м
500 Кбит/с 100 м
125 Кбит/с 500 м
10 Кбит/с 5000 м

Протоколы высокого уровня

Базовой спецификации CAN недостаёт многих возможностей, требуемых в реальных системах: передачи данных длиннее 8 байт, автоматического распределения идентификаторов между узлами, единообразного управления устройствами различных типов и производителей. Поэтому вскоре после появления CAN на рынке начали разрабатываться протоколы высокого уровня для него. В число распространённых на данный момент протоколов входят:

CANopen
DeviceNet
CAN Kingdom
J1939
SDS

Преимущества

Возможность работы в режиме жёсткого реального времени.
Простота реализации и минимальные затраты на использование.
Высокая устойчивость к помехам.
Арбитраж доступа к сети без потерь пропускной способности.
Надёжный контроль ошибок передачи и приёма.
Широкий диапазон скоростей работы.
Большое распространение технологии, наличие широкого ассортимента продуктов от различных поставщиков.

Недостатки

Максимальная длина сети обратно пропорциональна скорости передачи.
Большой размер служебных данных в пакете (по отношению к полезным данным).
Отсутствие единого общепринятого стандарта на протокол высокого уровня, однако же, это и достоинство. Стандарт сети предоставляет широкие возможности для практически безошибочной передачи данных между узлами, оставляя разработчику возможность вложить в этот стандарт всё, что туда сможет поместиться. В этом отношении CAN подобен простому электрическому проводу. Туда можно «затолкать» любой поток информации, который сможет выдержать пропускная способность шины. Известны примеры передачи звука и изображения по шине CAN (Россия). Известен случай создания системы аварийной связи вдоль автодороги длиной несколько десятков километров (Германия). (В первом случае нужна была большая скорость передачи и небольшая длина линии, во втором случае — наоборот). Изготовители, как правило, не афишируют, как именно они используют полезные байты в пакете.

(спер) http://www.equs.ru/chto_takoe_can_shina