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Michael Bauer1 CAN Controller Area Network Kommunikationsnetze.

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Präsentation zum Thema: "Michael Bauer1 CAN Controller Area Network Kommunikationsnetze."—  Präsentation transkript:

1 Michael Bauer1 CAN Controller Area Network Kommunikationsnetze

2 Michael Bauer2 Gliederung I.Einleitung II.Grundlegende Eigenschaften des CAN Protokolls III.Aufbau eines Datenframes IV.Bitweise Arbitrierung V.Fehlererkennung und Fehlerbehandlung

3 Michael Bauer3 I.Einleitung CAN Bussystem auch als Feldbus bezeichnet zur Kommunikation zwischen niedrigen Prozessoren (Sensoren/Aktoren) Entwicklung von CAN als Autobus Mitte der 80-er Jahre bei der Firma Bosch GmbH und 1985 mit Intel erstmalig in Silizium realisiert heute hat jeder große Halbleiterhersteller mind. ein CAN Produkt im Angebot Notwendigkeit der Entwicklung war durch Automobilindustrie gegeben, da immer komplexere Kabelbäume in Fahrzeugen integriert wurden Beispiel: Kabellänge > 2000m mit Gewicht > 100kg dazu kamen bis zu 600 verschiedene Kabelbäume pro Modell

4 Michael Bauer4 I.Einleitung 1992 erstmalig in Serienmodell (S-Klasse) eingesetzt und heute in fast allen Automobiltypen verwendet, auch im echtzeitkritischen Bereich weitere Anwendungen: - Verkehrsmittel: PKW,LKW,Flugzeuge,Züge,Schiffe, landwirtschaftliche Maschinen, Baumaschinen etc. - Industriesteuerungen: programmierbare Steuerungen, Handhabungsautomaten,Roboter,intelligente Motorsteuerungen,Geldautomaten,Spielzeuge u.v.m.

5 Michael Bauer5 II.Grundlegende Eigenschaften des CAN Protokolls CAN Protokoll auf OSI Schicht 1 bis 2 baut auf eine Multimaster Hierarchie, das bedeutet bei defekt eines Knoten läuft das Gesamtsystem trotzdem stabil weiter Zugriffsverfahren CSMA/CD+CR: CS – Carrier Sense MA – Multiple Access CD – Collision Detection CR – Collision Resolution Jeder Knoten wartet bis der Bus frei ist und startet dann die Übertragung, andernfalls erfolgt eine Bitweise Arbitrierung.

6 Michael Bauer6 II.Grundlegende Eigenschaften des CAN Protokolls Ereignisgesteuerte Kommunikation: Sobald ein Ereignis auftritt was zu einer zu übertragenden Information führt, sorgt der Teilnehmer für die Übertragung. Kommunikation ist grundsätzlich Broadcast-orientiert: - Zugriffssieger sendet grundsätzlich an alle anderen Knoten, diese prüfen auf Fehler erst dann wird durch Empfänger geprüft ob für ihn bestimmt

7 Michael Bauer7 II.Grundlegende Eigenschaften des CAN Protokolls Remote Request – Antwort: - Nachfrage kann von jedem Knoten ausgelöst werden - erfolgt über ein Remote Request Frame - gerade aktuelle Daten werden dann gesendet

8 Michael Bauer8 II.Grundlegende Eigenschaften des CAN Protokolls Grenzwerte des System-Layout: - 32 Knoten pro System (bei Standard Leitungstranceivern) - bis zu 128 Knoten möglich Botschaften pro System (CAN 2.0A) Botschaften pro System (CAN 2.0B) - 0 bis 8 Byte Daten pro Botschaft Bits pro Botschaft (CAN 2.0A) Bits pro Botschaft (CAN 2.0B) - Bit-Rate programmierbar zwischen 5kBit/s und 1MBit/s

9 Michael Bauer9 II.Grundlegende Eigenschaften des CAN Protokolls Leitungstreibereigenschaften - Differential mode (+NRZ): zwei Signalleitungen die mit komplementären Signalen - Unsymmetrische Übertragung (+NRZ): nur eine Signalleitung - Gleichspannungsloser Betrieb: Transformatorkopplung zur Unterdrückung unterschiedlicher Erdungspotentiale

10 Michael Bauer10 III.Aufbau eines Datenframes Format nach CAN 2.0A SOFSOF RTRRTR IFSIFS EOFEOF DELDEL ACKACK DELDEL CRCCRC IDENTIFIERCONTROL DATA (Byte) SOFSOF RTRRTR IFSIFS EOFEOF DELDEL ACKACK DELDEL CRCCRC IDENTIFIER1CONTROL1 DATA (Byte) IDENTIFIER2 18 CONTROL2 6 Format nach CAN 2.0B

11 Michael Bauer11 III.Aufbau eines Datenframes SOF:Start of Frame Identifier:Kennzeichnung und Priorität der Nachricht RTR:Remote Transmission Request Bit Control:Datenlänge und Extended ja/nein Data:Daten CRC:x 15 + x 14 + x 10 + x 8 + x 7 + x 4 + x 3 +1 DEL:Begrenzungsbit ACK:Bestätigungsbit/Bestätigungsslot EOF:End of Frame IFS:Interframe Space Bits minimaler Abstand zum nächsten Frame SOFSOF RTRRTR IFSIFS EOFEOF DELDEL ACKACK DELDEL CRCCRC IDENTIFIERCONTROL DATA (Byte) SOFSOF 1

12 Michael Bauer12 III.Aufbau eines Datenframes SOF:Start of Frame Identifier:Kennzeichnung und Priorität der Nachricht RTR:Remote Transmission Request Bit Control:Datenlänge und Extended ja/nein Data:Daten CRC:x 15 + x 14 + x 10 + x 8 + x 7 + x 4 + x 3 +1 DEL:Begrenzungsbit ACK:Bestätigungsbit/Bestätigungsslot EOF:End of Frame IFS:Interframe Space Bits minimaler Abstand zum nächsten Frame SOFSOF RTRRTR IFSIFS EOFEOF DELDEL ACKACK DELDEL CRCCRC IDENTIFIERCONTROL DATA (Byte)

13 Michael Bauer13 III.Aufbau eines Datenframes SOF:Start of Frame Identifier:Kennzeichnung und Priorität der Nachricht RTR:Remote Transmission Request Bit Control:Datenlänge und Extended ja/nein Data:Daten CRC:x 15 + x 14 + x 10 + x 8 + x 7 + x 4 + x 3 +1 DEL:Begrenzungsbit ACK:Bestätigungsbit/Bestätigungsslot EOF:End of Frame IFS:Interframe Space Bits minimaler Abstand zum nächsten Frame SOFSOF RTRRTR IFSIFS EOFEOF DELDEL ACKACK DELDEL CRCCRC IDENTIFIERCONTROL DATA (Byte)

14 Michael Bauer14 III.Aufbau eines Datenframes SOF:Start of Frame Identifier:Kennzeichnung und Priorität der Nachricht RTR:Remote Transmission Request Bit Control:Datenlänge und Extended ja/nein Data:Daten CRC:x 15 + x 14 + x 10 + x 8 + x 7 + x 4 + x 3 +1 DEL:Begrenzungsbit ACK:Bestätigungsbit/Bestätigungsslot EOF:End of Frame IFS:Interframe Space Bits minimaler Abstand zum nächsten Frame SOFSOF RTRRTR IFSIFS EOFEOF DELDEL ACKACK DELDEL CRCCRC IDENTIFIERCONTROL DATA (Byte) Arbitrierung

15 Michael Bauer15 III.Aufbau eines Datenframes SOF:Start of Frame Identifier:Kennzeichnung und Priorität der Nachricht RTR:Remote Transmission Request Bit Control:Datenlänge und Extended ja/nein Data:Daten CRC:x 15 + x 14 + x 10 + x 8 + x 7 + x 4 + x 3 +1 DEL:Begrenzungsbit ACK:Bestätigungsbit/Bestätigungsslot EOF:End of Frame IFS:Interframe Space Bits minimaler Abstand zum nächsten Frame SOFSOF RTRRTR IFSIFS EOFEOF DELDEL ACKACK DELDEL CRCCRC IDENTIFIERCONTROL DATA (Byte)

16 Michael Bauer16 III.Aufbau eines Datenframes SOF:Start of Frame Identifier:Kennzeichnung und Priorität der Nachricht RTR:Remote Transmission Request Bit Control:Datenlänge und Extended ja/nein Data:Daten CRC:x 15 + x 14 + x 10 + x 8 + x 7 + x 4 + x 3 +1 DEL:Begrenzungsbit ACK:Bestätigungsbit/Bestätigungsslot EOF:End of Frame IFS:Interframe Space Bits minimaler Abstand zum nächsten Frame SOFSOF RTRRTR IFSIFS EOFEOF DELDEL ACKACK DELDEL CRCCRC IDENTIFIERCONTROL DATA (Byte)

17 Michael Bauer17 III.Aufbau eines Datenframes SOF:Start of Frame Identifier:Kennzeichnung und Priorität der Nachricht RTR:Remote Transmission Request Bit Control:Datenlänge und Extended ja/nein Data:Daten CRC:x 15 + x 14 + x 10 + x 8 + x 7 + x 4 + x 3 +1 DEL:Begrenzungsbit ACK:Bestätigungsbit/Bestätigungsslot EOF:End of Frame IFS:Interframe Space Bits minimaler Abstand zum nächsten Frame SOFSOF RTRRTR IFSIFS EOFEOF DELDEL ACKACK DELDEL CRCCRC IDENTIFIERCONTROL DATA (Byte)

18 Michael Bauer18 III.Aufbau eines Datenframes SOF:Start of Frame Identifier:Kennzeichnung und Priorität der Nachricht RTR:Remote Transmission Request Bit Control:Datenlänge und Extended ja/nein Data:Daten CRC:x 15 + x 14 + x 10 + x 8 + x 7 + x 4 + x 3 +1 DEL:Begrenzungsbit ACK:Bestätigungsbit/Bestätigungsslot EOF:End of Frame IFS:Interframe Space Bits minimaler Abstand zum nächsten Frame SOFSOF RTRRTR IFSIFS EOFEOF DELDEL ACKACK DELDEL CRCCRC IDENTIFIERCONTROL DATA (Byte)

19 Michael Bauer19 III.Aufbau eines Datenframes SOF:Start of Frame Identifier:Kennzeichnung und Priorität der Nachricht RTR:Remote Transmission Request Bit Control:Datenlänge und Extended ja/nein Data:Daten CRC:x 15 + x 14 + x 10 + x 8 + x 7 + x 4 + x 3 +1 DEL:Begrenzungsbit ACK:Bestätigungsbit/Bestätigungsslot EOF:End of Frame IFS:Interframe Space Bits minimaler Abstand zum nächsten Frame SOFSOF RTRRTR IFSIFS EOFEOF DELDEL ACKACK DELDEL CRCCRC IDENTIFIERCONTROL DATA (Byte)

20 Michael Bauer20 III.Aufbau eines Datenframes SOF:Start of Frame Identifier:Kennzeichnung und Priorität der Nachricht RTR:Remote Transmission Request Bit Control:Datenlänge und Extended ja/nein Data:Daten CRC:x 15 + x 14 + x 10 + x 8 + x 7 + x 4 + x 3 +1 DEL:Begrenzungsbit ACK:Bestätigungsbit/Bestätigungsslot EOF:End of Frame IFS:Interframe Space Bits minimaler Abstand zum nächsten Frame SOFSOF RTRRTR IFSIFS EOFEOF DELDEL ACKACK DELDEL CRCCRC IDENTIFIERCONTROL DATA (Byte)

21 Michael Bauer21 III.Aufbau eines Datenframes SOF:Start of Frame Identifier:Kennzeichnung und Priorität der Nachricht RTR:Remote Transmission Request Bit Control:Datenlänge und Extended ja/nein Data:Daten CRC:x 15 + x 14 + x 10 + x 8 + x 7 + x 4 + x 3 +1 DEL:Begrenzungsbit ACK:Bestätigungsbit/Bestätigungsslot EOF:End of Frame IFS:Interframe Space Bits minimaler Abstand zum nächsten Frame SOFSOF RTRRTR IFSIFS EOFEOF DELDEL ACKACK DELDEL CRCCRC IDENTIFIERCONTROL DATA (Byte)

22 Michael Bauer22 III.Aufbau eines Datenframes Standardformat und erweitertes Format sind kompatibel zueinander Unterscheidung durch zwei Bits SRR und IDE Bit Substitute Remote Request Bit ersetzt RTR und bedeutet, dass ein Standardformat prinzipiell Höherprior ist Identifier Extension Bit kennzeichnet Extended Format SOFSOF RTRRTR IFSIFS EOFEOF DELDEL ACKACK DELDEL CRCCRC IDENTIFIER1CONTROL1 DATA (Byte) IDENTIFIER2 18 CONTROL2 6 SOFSOF RTRRTR IFSIFS EOFEOF DELDEL ACKACK DELDEL CRCCRC IDENTIFIER1CONTROL1 DATA (Byte) IDENTIFIER2 18 CONTROL2 6

23 Michael Bauer23 IV.Bitweise Arbitrierung Wenn mehrere Teilnehmer gleichzeitig auf den Bus zugreifen, wird in einer Auswahlphase (Arbitrierung) entschieden wer am Bus bleiben darf. Arbitrierungsfeld besteht aus RTR-Bit + Identifier jeder Knoten liest den aktuellen Wert des Kommunikationsmedium und vergleicht mit dem gesendeten wenn Vergleich negativ ausfällt schaltet er sofort auf Empfang physikalische Grundlage sind dominante bzw. rezessive Buspegel (wired and, open collector), d.h. das dominante Bit überschreibt das rezessive ist also höchstpriore und ist die am wenigsten wichtige Botschaft

24 Michael Bauer24 IV.Bitweise Arbitrierung Beispiel:

25 Michael Bauer25 IV.Fehlererkennung und Fehlerbehandlung Jeder erkannte Fehler wird allen Teilnehmer mitgeteilt, welche die empfangene Botschaft verwerfen. Gesendet wird ein sogenanntes Errorframe, welches durch alle Teilnehmer erkannt wird. Damit der Bus bei einer lokalen Störung eines Teilnehmers nicht dauerhaft belegt wird, zieht sich dieser nach und nach vom Busgeschehen zurück. Part of Data Frame 6-Bit Active Error Flag 0-6-Bits Active Error Flag 8 Bits of Error Delimiter Active Error Frame

26 Michael Bauer26 IV.Fehlererkennung und Fehlerbehandlung 1. Bit-Fehler: empfangenes Bit gesendetes Bit außer Arbitrierungsphase bzw. Acknowledgement 2. Bit-Stuffing-Fehler: mehr als 5 aufeinanderfolgende gleiche Bits zwischen Start of Frame und CRC-Delimiter 3. CRC-Fehler: CRC Prüfsumme stimmt nicht 4. Format-Fehler: Verletzung des Datenformats 5. Acknowledgement-Fehler: während des Acknowledgement Slot kein dominantes Bit empfangen

27 Michael Bauer27 IV.Fehlererkennung und Fehlerbehandlung Reihenfolge der Fehlerbehandlung: 1. Fehler wird erkannt 2. Errorframe wird von jedem Teilnehmer der den Fehler erkennt gesendet. 3. Telegramm wird von allen verworfen. 4. Fehlerzähler wird bei jedem Teilnehmer in entsprechender Weise beeinflusst. 5. Telegramm wird erneut komplett gesendet.

28 Michael Bauer28 Literatur Wolfhard Lawrenz (Hrsg.): CAN Controller Area Network, 3., bearbeitete Auflage, Hüting Verlag 1999 Konrad Etschberger: CAN Controller-Area-Network, Carl Hanser Verlag 1994 Robert Bosch GmbH: CAN Specification, Version 2.0, Sep. 1991

29 Michael Bauer29 FIN


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