Hauptseminar 2003 CAN-ProtokollRobert Lange Startseite CAN-Protokoll, CAN-Bus Controller Area Network Vortrag für das Hauptseminar in Informations- und Kommunikationstechnik Robert Lange,

Hauptseminar 2003 CAN-ProtokollRobert Lange Inhalt Einführung Entwicklungsgeschichte Vergleich mit Ethernet-Protokoll, Eigenschaften Rahmenformate Arbitrierung Fehlereinteilung Behandlung defekter Station Anwendungen Inhalt

Hauptseminar 2003 CAN-ProtokollRobert Lange 1983Start als Bosch-internes Projekt Hauptziel: erweiterte Funktionalität 1986Offizielle Einführung Vorstellung auf dem Society of Automotive Engineers Kongress 1987Erste CAN Controller auf dem Markt verfügbar INTEL 82526, Philips 82C Veröffentlichung der CAN Spezifikation 2.0 durch Bosch 1992Mercedes-Benz stattet S-Klasse mit CAN Netzwerk aus 1993Veröffentlichung ISO Standard 1994Erste internationale CAN Konferenz Organisiert durch CAN in Automation Gruppe 1995Nachtrag zu ISO 11898: Erweiteres Rahmenformat 2000Entwicklung von TTCAN zeitgesteuertes Kommunikationsprotokoll für CAN Entwicklungsgeschichte Entwicklung

Hauptseminar 2003 CAN-ProtokollRobert Lange Vergleich mit Ethernet-Protokoll Gemeinsamkeiten CAN und Ethernet Topologie: Serielle Busstruktur Nachrichtenübermittlung: Broadcast Zugriffsmöglichkeit: Multi-Master Zugriffsverfahren: stochastisch, Carrier Sense Multiple Access (CSMA) Nur bei CAN zu finden Priorisierung der Nachrichten Quittierung innerhalb des Nachrichtenrahmens als Empfangsbestätigung Meldung von Übertragungsfehlern auf dem Bus mit anschliessender automatischen Sendewiderholung Selbsterkennung von fehlerhaften Stationen Vergleich mit Ethernet-Protokoll

Hauptseminar 2003 CAN-ProtokollRobert Lange CANUnterschiedeEthernet Vergleich mit Ethernet-Protokoll Buskollisionen Rahmenarten Zielkennzeichnung Adressraum Nutzlast maximale Datenrate physikalische Übertragung Bitsynchronisation Abbruch der Sendungen (CSMA/CD) Auflösung von Kollisionen (CSMA/CR) Daten; ggf. Unterscheidung nach LAN und Ethernet Daten, Datenanforderung, Fehler, Überlast weltweit eindeutige Stationenkennzeichnung Nachrichten werden nach Inhalt klassifiziert 46 Bit 11 bzw. 29 Bit 46 bis 1500 Bytes 0 bis 8 Bytes 1 GBit/s 1 MBit/s Manchester-KodierungNon-Return-To-Zero (NRZ) Kodierung Manchester-Kodierung Bit-Stopf-Verfahren Vergleich: Unterschiede Einfügung eines komplementären Bit nach 5 gleichartigen Bits Zusätzliches Bit wird durch Empfänger wieder entfernt Bit-Stopf-Verfahren bei CAN:

Hauptseminar 2003 CAN-ProtokollRobert Lange Rahmenformate Datenrahmen und Anforderungsrahmen SOFStart of Frame (Rahmenbeginn) ACKAcknowledgement (Bestätigung) RTRRemote Transmission Request (Unterscheidung Daten/Anforderungsrahmen) IDEIdentifier Extension Bit (Unterscheidung Standard/Erweiterter Rahmen) SRRSubstitute Remote Request (Ersetzt das RTR aus dem Standardrahmens) IDxIdentifier Bit x (Nachrichtenkennung) (RTR dominant) (RTR rezessiv) 6-12 Bits (dominant) 8 Bits (rezessiv) Error FlagError Delimiter Fehlerrahmen dominant rezessiv Signalpegel: Rahmenformate Rahmen SOF ACK Arbitrierung Datenlänge Daten (nur bei Datenrahmen) Prüfsumme Rahmen- ende Bits 112/ Bytes1627 Erweiterter Rahmen (IDE rezessiv) 11 Bit11 Standard Rahmen (IDE dominant) Kennung RTR IDE ID28ID18 11 Bit1118 Bit1 Kennung SRR IDE RTR ID28ID18ID17ID0

Hauptseminar 2003 CAN-ProtokollRobert Lange Arbitrierung Signalpegel dominant rezessiv Ablaufschema der Arbitrierung Anmerkung: Gilt nur im Arbitrierungsfeld Solange Sendeerlaubnis Sende nächstes Bit des Arbitrierungsrahmens Beobachte Bus Bus == gesendet ? JaNein %Stelle Sendung ein Bei Sendeerlaubnis jetzt Nachricht übermitteln Verfahren: CSMA/CR Arbitrierungsvorgang für Standard-Rahmen Arbitrierung Bus Station 3 Station 2 Station 1 SOFSOF RTRRTR Rest der Nachricht dominant rezessiv dominant rezessiv dominant rezessiv dominant rezessiv Arbitrierungsfeld Passiv

Hauptseminar 2003 CAN-ProtokollRobert Lange Fehlereinteilung Unterscheidung der Fehlertypen Bitfehler: anderes Bit detektiert als gesendet (nur für Sendestation) Ausgenommen: Arbitrierungsfeld, Acknowledgement-Feld Bitstopf-Fehler: Verletzung der Bit-Stopf-Regel CRC Fehler: Prüfsumme stimmt nicht mit Nachricht überein Formfehler: Fehler in festgelegter Rahmenstruktur Bestätigungs-Fehler: keine Bestätigung (ACK) erhalten Reaktion : Aussenden von Fehlerrahmen Generatorpolynom für CRC Code Nur Verwendung zur Fehlererkennung, nicht zu Korrektur Hamming-Distanz von 6 Erkennung von bis zu 6 Einzelbitfehlern, Burst-Fehler bis 15 Bit Länge

Hauptseminar 2003 CAN-ProtokollRobert Lange Behandlung defekter Stationen Problem: Fehlerhaft arbeitende Station kann Bus durch dauerhaftes Aussenden von Fehlerrahmen blockieren, obwohl eine korrekte Nachricht vorliegt Lösung: Station trennt sich schrittweise vom Bus, wenn lokaler Fehler erkannt wird Verfahren (vereinfacht) jede Station führt Fehlerzähler: Transmit (TEC) und Receive Error Count (REC) Sender stellt Übertragungsfehler fest: TEC=TEC+8 Sender überträgt Nachricht erfolgreich: TEC=TEC-1 (minimal Null) Empfänger stellt lokalen Fehler fest: REC=REC+8 Empfänger stellt globalen Fehler fest: REC=REC+1 Empfänger erhält Nachricht fehlerfrei: REC=REC-1 (minimal Null) Behandlung defekter Stationen Übergänge bei steigenden Fehlerzählern

Hauptseminar 2003 CAN-ProtokollRobert Lange Anwendungen Automobil eingebettete Systeme Bebro Electronic Phillips WMF Fabrik Kone

Hauptseminar 2003 CAN-ProtokollRobert Lange Ende Quellen CAN Controller Area Network, 2. Auflage, Wolfhard Lawrenz, Hüthig Verlag Heidelberg, ISBN BOSCH CAN Specification 2.0 ( Zukunft des CAN-Bus Selbst konservative Schätzungen erwarten ein weiteres Wachstum in den nächsten 10 bis 15 Jahren. Dazu trägt bei, das US bzw. fernöstliche Automobilhersteller erst mit CAN-Einsatz beginnen. Auch sind weitere Anwendungsgebiete, wie der Einsatz des CAN-Busses im Bereich der Unterhaltungselektronik, in Planung.