Характеристики CAN шины

Из семиуровневой модели OSI CAN протокол использует физический уровень, уровень канала данных и уровень приложений (таблица 3.9). Транспортный уровень представляет собой ядро CAN протокола.

Таблица 3.9 − Функции уровней протокола CAN

Он отвечает за синхронизацию, арбитраж, доступ к шине, разделение посылок на фреймы, определение и передачу ошибок и минимизацию неисправностей.

Дифференциальное включение приемопередатчиков обеспечивает подавление синфазной помехи, при этом уровень сигналов составляет одну треть от значения напряжения питания, причем само напряжение питания жестко не определено (рисунок 3.28).

Скорость обмена до 1 Мбит/с при длине линии 60 м.

Возможно применения гальванической развязки, причем гальваническая развязка может устанавливаться приемо – передающим буфером и микросхемой, обеспечивающей функции CAN, либо между микросхемой и остальной системой.

CAN протокол отличается повышенной помехоустойчивостью, надежностью и следующие достоинства:

· конфигурационная гибкость;

· получение сообщений всеми узлами с синхронизацией по времени;

· неразрушающий арбитраж доступа к шине;

· поддержка мультимастерного режима;

· обнаружение ошибок и передача сигналов об ошибках;

· автоматическая передача сбойных сообщений при повторном доступе к шине;

Рисунок 3.28 − Уровни сигналов CAN - протокола

Краткие технические характеристики протокола:

· топология-шина – (моноканал) или звезда-моноканал с терминаторами на концах;

· длина сегмента – 100 метров при скорости передачи 0,5 Мбит/с;

· физическая среда – стандартно витая пара, но САN спецификация не определяет тип физической среды CAN сети. Протокол CAN работает и на витой паре, и на оптоволокне, и на высоковольтной линии 220 В, и радиоканале, и на ИК–канале;

· производительность– максимальная 1,6 Мбит/с на длине шины 10 метров, стандартная 250 Кбит/с на длине шины до 500 метров;

· метод передачи данных – последовательная асинхронная передача данных, возможность групповой передачи, NRZ кодирование с битстаффингом;

· способ доступа к среде – CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access / Collision Arbitration), захват шины через приоритет фрейма, встроенный арбитраж на битовом уровне;

· количество устройства на шине – неограниченно (теоретически), до 256 (практически), просто подключаются и отключаются (plug & play);

· максимальное расстояние между узлами – до 1 км;

· цикл шины – зависит от максимально допустимой задержки на сообщение с высоким приоритетом, реально менее 20 mс для 1Мбит/с;

· контроль ошибок – каждый CAN контроллер выполняет мониторинг своего передатчика и всех приемников, 15 битовая CRC, все участвуют в проверке битстаффинга и целостности фрейма

Зависимость длины шины от скорости передачи представлена в таблице 3.10.

Таблица 3.10 – Соотношение скорости и длины кабеля в CAN.

Топология сети CAN

Промышленная сеть реального времени CAN представляет собой сеть с общей средой передачи данных (рисунок 3.29). Это означает, что все узлы сети одновременно принимают весь трафик передаваемый по шине. Однако, CAN-контроллеры предоставляют аппаратную возможность фильтрации CAN-сообщений.

Каждый узел состоит из двух составляющих:

· CAN контроллера, который обеспечивает взаимодействие с сетью и реализует протокол;

· микропроцессора (CPU).

CAN контроллеры соединяются дифференциальной шиной, имеющей две линии – CAN_H (can-high) и CAN_L (can-low), по которым передаются сигналы.

Логический ноль регистрируется, когда на линии CAN_H сигнал выше, чем на линии CAN_L.

Логическая единица – в случае, когда сигналы CAN_H и CAN_L одинаковы (отличаются менее чем на 0,5 В).

Использование такой дифференциальной схемы передачи данных позволяет использовать CAN сеть в очень сложных внешних условиях.

Доминантным битом является логический ноль, а рецессивным – логическая единица. Эти названия отражают приоритет логической единицы и нуля на шине CAN. При одновременной передаче в шину логического нуля и единицы, на шине будет только логический ноль (доминантный сигнал), а логическая единица будет подавлена (рецессивный сигнал).

Рисунок 3.29 − Топология сети CAN.