C164CI - CAN-Schnittstelle C166-Core 16 64 K ROM (C164 CI-8RM) or OTP (C164CI-8EM) Data RAM CPU Dual Port Instr./Data Data 2 KByte 32 16 PLL-Oscillator prog. Multiplier: 0.5; 1; 1.5; 2; 2.5; 3; 4; 5 Watchdog PEC External Instr./Data 13 ext. IR RTC P4.5/ CAN RxD Interrupt Controller Full-CAN Interface V2.0B active Interrupt Bus 16 Peripheral Data P4.6/ CAN TxD 16 XBUS (16-bit NON MUX Data / Addresses) 10-Bit ADC External Bus 8/16 bit MUX only & XBUS Control USART Sync. Channel GPT1 CAPCOM 2 CAPCOM6 Unit for PWM Generation Port 0 (SPI) T2 16 8-Channels 8-Channel ASC SSC Timer 13 T3 BRG BRG Timer 7 Timer 8 T4 1 Comp. Channel 3/6 CAPCOM Channels Port 4 Port 5 Port 3 Port 8 Port 1 6 8 9 4 16 23.9.2009 Embedded Systems

Controller Area Network - CAN CAN ist ein Protokoll für die serielle Kommunikation, das verteilte Echtzeit-Aufgaben mit sehr hohen Sicherheitsanforderungen effektiv unterstützt. CAN ist standardisiert ISO-DIS 11898 (high speed applications) ISO-DIS 11519-2 (low speed applications) 23.9.2009 Embedded Systems

CAN - Merkmale Geringe Kosten Zuverlässigkeit Flexibilität Serieller BUS für 2-Draht-Leitungen Hohe Stückzahlen der CAN-Bausteine im Kraftfahrzeug- (Automotive-) Sektor und in der Industrieelektronik. Zuverlässigkeit Ausgefeilte Mechanismen zur Fehlererkennung und -behandlung führen zu hoher Zuverlässigkeit der Übertragung. Beispiel: 500 kbit/s, 25% BUS-Auslastung, 2000 Betriebsstunden pro Jahr. Resultat: Ein nicht entdeckter Fehler in 1000 Jahren! Fehlerbehaftete Meldungen werden erkannt und wiederholt. Jeder BUS-Knoten wird über einen Fehler informiert. Geringe Empfindlichkeit gegenüber elektromagnetischen Einstreuungen. Flexibilität Knoten können sehr einfach ergänzt oder entfernt werden (plug & play). Die Anzahl der Knoten ist durch das Protokoll nicht begrenzt. 23.9.2009 Embedded Systems

CAN - Merkmale Gute Echtzeit-Eigenschaften Geschwindigkeit Kurzer Umfang der Meldungen (messages): 0 bis 8 Bytes Daten / Message. Kurze Latenzzeit zwischen Anforderung einer Übertragung und Start der Übertragung. Priorisierung von Meldungen (Arbitration on Message Priority - AMP) Multi Master Protokoll mit CSMA/CD. Geschwindigkeit maximale Datenrate beträgt 1 MBit/s bei 40m BUS-Länge und immer noch etwa 40 kBit/s bei 1000m BUS-Länge. Multi-Master-Operationen Jeder Knoten kann den BUS erhalten Die BUS-Kommunikation wird durch fehlerhafte Knoten nicht verhindert Fehlerhafte Knoten trennen sich selbst vom BUS ab. Flexible Adressierungmechanismen Meldungen können an einen oder mehere Knoten gesendet werden. Alle Knoten empfangen simultan öffentliche Daten. 23.9.2009 Embedded Systems

CAN: Typische Anwendung 23.9.2009 Embedded Systems

Protokollschichten des CAN Process-Application Layer DeviceNet CAL, CANopen (CiA) SDS (Honeywell) etc ... Application Layer 7 Logical Link Control Error detection, error handling; Control of data-flow; Acceptance filtering. CAN (ISO 11898) Bosch Data Link Layer 2 Medium Access Control Bit-Stuffing, Framing, Arbitration Management Physical Signalling (Bit –coding, -timing, -synchron.) Physical Layer 1 Physical Medium Attachment (Transmitter/Receiver-Spec.) Medium Dependent Interface (Cable, Plug...) 23.9.2009 Embedded Systems

Höhere Protokollschichten CAN Application Layer (CAL) Schicht-7 Standard definiert durch “CAN in Automation” (CiA) Netzwerk-Management für Initialisierung, Überwachung und Konfiguration von Knoten in standardisierter Form Berücksichtigt alle Aspekte für die Realisierung offener Kommunikation über CAN (sorgt für das Zusammenarbeiten herstellerspezifische Systeme) Verfügbare Implementierungen von CAL vereinfachen dem Nutzer den Weg zu ausgefeilten “Controller Area Networks” CANopen Anwendung basierend auf CAL. CANopen legt die Art der Kommunikation fest, ein Anwendungs- profil fixiert die Bedeutung bestimmter Meldungen (messages) für die betrachtete Anwendung. Ziel: Austauschbarkeit der Subsysteme bestimmter Anwendungen. Weiter höhere Protokollschichten (Standards): Automotiv-Sektor: VOLCANO, OSEK Industrial Automation: DeviceNet (ODVA), SDS (Honeywell) 23.9.2009 Embedded Systems

Protokollschichten des CAN Process-Application Layer DeviceNet CAL, CANopen (CiA) SDS (Honeywell) etc ... Application Layer 7 Medium Access Control Bit-Stuffing, Framing, Arbitration Data Link Layer 2 Logical Link Control Error detection, error handling; Control of data-flow; Acceptance filtering. Management CAN (ISO 11898) Bosch Physical Signalling (Bit –coding, -timing, -synchron.) Physical Layer 1 Physical Medium Attachment (Transmitter/Receiver-Spec.) Medium Dependent Interface (Cable, Plug...) 23.9.2009 Embedded Systems

Prinzipielle Eigenschaften von CAN Asynchroner serieller BUS mit linearer BUS-Struktur und identischen Knoten (Multi-Master-BUS) Es werden nicht Knoten adressiert - die Adressen sind Teile der Message und beziehen sich auf diese, genauso ist die Priorität eine Eigenschaft der Message Zwei BUS-Zustände: dominant und rezessiv die BUS-Anschaltung erfolgt nach dem "Wired-AND”-Mechanismus: dominante Bits (logisch 0) überschreiben rezessive Bits (logisch 1) BUS-Zugriff mittels CSMA/CD mit NDA (Carrier Sense Multiple Access/ Collision Detection mit Non-Destructive Arbitration): vor dem Senden wird getestet ob der BUS frei ist jeder Sender testet ob der BUS-Pegel seinem Sendepegel entspricht bei Widerspruch wird das Senden eingestellt und in den Empfangsmodus geschaltet 23.9.2009 Embedded Systems

Prinzipielle Eigenschaften von CAN rezessiv NODE A dominant rezessiv NODE B dominant bus idle rezessiv CAN BUS dominant Knoten B sendet rezessiven Pegel liest aber dominanten Pegel zurück Knoten B verliert die Arbitrierung und schaltet sich auf Empfang 23.9.2009 Embedded Systems

Typische Struktur von CAN-Knoten Node A Node B z.B. ABS z.B. EMS Application z.B. 80C166 z.B. C164CR oder C515C Host-Controller z.B. SAE81C90 (weitere Knoten) CAN-Controller CAN CAN-Transceiver CAN_H CAN-BUS UDiff CAN_L 23.9.2009 Embedded Systems

CAN Datenrahmen (data frames) Es gibt zwei Situationen der Kommunikation: Ein Knoten sendet (’talker’), alle anderen Knoten empfangen (’listener’) Knoten A fordert (von einem Knoten) etwas an und erhält die Antwort. Im ’Talk’-Modus benutzten CAN-Knoten Datenrahmen. Datenrahmen bestehen aus: einem Identifier den Daten, die übertragen werden sollen und einer CRC-Prüfsumme. Identifier CRC-Field Data Field (0..8 Bytes) Der Identifier spezifiziert den Inhalt der Nachricht (‘Fahrzeug-geschwindigkeit, ‘Öltemperatur’, usw.) und die Priorität der Nachricht. Das Datenfeld enthält den zugehörigen Wert (’36 m/s’, ’110°C’, usw.). Der Cyclic Redundancy Check ermöglicht es Übertragungsfehler zu erkennen. Alle Knoten empfangen den Datenrahmen, jene die die Information nicht benötigen verwerfen sie. 23.9.2009 Embedded Systems

CAN Remote Frames Um Informationen abzufragen benutzt CAN “Remote Frames” Ein Remote Frame besteht aus dem Identifier und der CRC-Prüfsumme, er enthält keine Daten. Identifier CRC-Field Der Identifier verweist auf die Information, die abgefragt werden soll (’Fahrzeuggeschwindigkeit', ’Öltemperatur', usw.) und die Priorität der Nachricht. Jener Knoten, der über die angeforderte Information verfügt (z.B. der Sensor für die Öltemperatur) reagiert mit dem Senden des zugeordneten ‘Data Frame’ (gleicher Identifier, das Datenfeld enthält die gewünschte Information). Data Frame; Identifier ’Oel_temp'; enthält angeforderte Information ~~~~~ Remote Frame; Identifier ’Oel_temp' Node A Node B (Öltemp.- Sensor) Wie heiß ist das Öl? 115°C 115 °C ! 23.9.2009 Embedded Systems

Standard CAN / Extended CAN CAN Version 2.0A - Standard CAN: Der Standard-Rahmen enthält einen Identifier mit 11 Bit Umfang. Damit können 211 (=2048) unterschiedliche “Messages” adressiert werden. CAN Version 2.0B (active) - Extended CAN: Ein “Extended Frame” besitzt einen Identifier mit einer Länge von 29 Bit. Damit können über 536 Millionen (229) unterschiedliche “Messages” adressiert werden. CAN Version 2.0B (passive) : Manche Standard-CAN-Knoten sind nicht in der Lage “Extended Frames” zu empfangen, aber sie tolerieren sie und ignorieren deren “Messages”. Sie empfangen keine Daten, produzieren aber auch keine Fehler. Diese CAN-Knoten verwenden CAN Version 2.0A, werden aber auch als Knoten der Version 2.0B passiv bezeichnet. Sie werden in Netzwerken benutzt, in denen sowohl mit “Standard Frames als auch mit “Extended Frames” gearbeitet wird. Infineon C164CI: V2.0B active 23.9.2009 Embedded Systems

CAN-Contoller CAN-Controllern führen autark die Verwaltung der Messages und ihre Qualifizierung (acceptance filtering) durch: Full-CAN-Controller Es existieren mehrere Message-Objecte mit jeweils eigenem Identifier. Nur wenn eine Message mit einem der vorgegebenen Identifiern empfangen wird, wird diese gespeichert und die Programmausführung der CPU unterbrochen. Auf diese Weise läßt sich die Auslastung der CPU gering halten. Full-CAN Controller Message Object 2 CAN Bus Host CPU Message Object n CPU load low high Message Object 1 . Accep- tance Filtering Message Manage- ment 23.9.2009 Embedded Systems

Eigenschaften des CAN-Moduls des C164CI Die Eigenschaften sind vergleichbar mit dem verbreiteten CAN-Controller AN82527 Erfüllt alle Forderungen von “CAN spec. V2.0B active” (Standard- und Extended-CAN) Maximale CAN-Transferrate von 1 MBit/s Full CAN Device: 15 Message-Objekte mit eigenem Identifier und eigenen Status- und Control-Bits Jedes Message-Objekt kann als Sende- oder Empfangsobjekt definiert werden. 23.9.2009 Embedded Systems

Eigenschaften des CAN-Moduls des C164CI Programmierbares Masken-Register für Acceptance-Filterung Globale Maske für eintreffende Messages (Full-CAN-Objekte) Zusätzliche Maske für Message-Objekt 15 (Basis-CAN-Eigenschaft) Basis-CAN-Eigenschaft (Message-Objekt 15) Zwei Empfangspuffer Eigenes globales Masken-Register zur Acceptance-Filterung Verbindung zur CPU (C166-Core) Das Modul wird über den chip-internen XBUS angeschlossen (16-Bit BUS-Breite) Interrupts direkt zur CPU mit allen Möglichkeiten der Interruptbehandlung. Zur Anbindung an den CAN-BUS ist lediglich die physikalische Pegelkonversion über einen Standard-CAN-Transceiver nötig. 23.9.2009 Embedded Systems

Verbindung des C164CI zum CAN-BUS Transceiver CAN_L CAN_H P4.5 Pa.b CAN_RxD Receive Verbindung zur Applikation CAN_H P4.6 CAN_TxD Transmit CAN_L Pc.d z.B. P8.0 (Standby) R(opt) Das CAN-Modul benutzt 2 Anschlüsse des Port 4 als Schnittstelle zu einen BUS-Transceiver (P4.5 - CAN_RxD, P4.6 - CAN_TxD). 23.9.2009 Embedded Systems

ACCEPTANCE FILTERING CAN CONTROLLER CAN MESSAGES Global Mask (Teil der General Registers) Arbitration Register (LAR, Teil des Message Object) 1 Resultierende Gültige Identfier "d" = don't care 1 d CAN MESSAGES a) 1 b) c) d) 1 Anmerkung: Werden Datenrahmen von mehr als einem Message Object akzeptiert, so erfolgt die Speicherung in dem Objekt mit der niedrigsten Nummer. Falls „remote frames“ von mehr als einem Message Object akzeptiert werden, so werden die Daten des Objects mit der niedrigsten Nummer gesendet. Wegen der "don't care"-Bits werden auch Messages mit den Identifiern b)..d) akzeptiert. 23.9.2009 Embedded Systems

Bit-Timing TSeg1 TSeg2 Sync- Segm. Sample- Zeitpunkt Sende- Bitdauer 1 Zeit- einheit Das Bit-Timing wird vom Systemtakt fPERIPHERAL abgeleitet und ist programmierbar bis zu einer Datenrate von 1 MBaud (@ f CPU 16 MHz) SFRcan 23.9.2009 Embedded Systems

Register des CAN-Controllers SFRcan 23.9.2009 Embedded Systems

Message Object SFRcan CAN-SW 23.9.2009 Embedded Systems