KFZ-Elektronik Teil 1 – Was bedeutet CAN?

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1 KFZ-Elektronik Teil 1 – Was bedeutet CAN?
Teil 2 – Die CAN-Bus-Lösung von E-blocks Teil 3 – Anschauungsmaterial für den CAN-Bus Teil 4 – Der LIN-Bus Automotive electronics is one of the few growth areas in electronics education. A major problem in this areas is understanding the control buses that have replaced wiring looms in vehicles. CAN bus is the most important of these – but many vehicles now use both CAN and LIN buses for cost reasons. We are developing solutions for both areas.

2 Teil 1 – Was bedeutet CAN?

3 Was bedeutet CAN? Controller Area Network 1Mb/s Datentransferrate
Bus mit hoher Zuverlässigkeit Wird zur Steuerung von industriellen und KFZ-Applikationen verwendet CAN ist ein offener Standard mit vielen Varianten

4 Ersatz für das Drahtgeflächt
This diagram shows the distribution of CAN and LIN bus in a car. This is theoretical only. LIN is slightly cheaper than CAN and is lower data rate, lower reliability. Some automotive systems currently only use CAN – e.g. Massey Ferguson tractors.

5 Vorteile von CAN im KFZ-Einsatz
Kosteneinsparung bei der Autoentwicklung Gesteigerte Flexibilität und Wiederverwendbarkeit des Designs Kürzere Entwicklungszeiten Drive-by-wire-Funktionen sind einfacher zu realisieren, dadurch weitere Kosteneinsparungen Neue Funktionen lassen sich einfacher in ein Auto integrieren Vereinfacht die Fehlersuche in der Werkstatt

6 Definitionen im CAN-Protokoll
Definiert den tatsächlichen Layer Bit für Bit Vermittlung auf dem Bus Nachrichtenstruktur – ID und Daten Fehlerbehandlung Technik der Fehlererkennung

7 Protokolle der höheren Layer (PhL)
Startabläufe (i.A.: Sind alle Knoten betriebsbereit?) Addressen einzelner Knoten und bestimmter Meldungen Nachrichten im Datenstrom Fehlerbehandlung auf Systemebene Ein Problem – jede CAN-Bus-Implementierung ist unterschiedlich und individuell

8 Wege für den CAN-Unterricht
Möglichkeit 1: Wählen Sie einen Hersteller, z. B. Audi und vermitteln Sie die Möglich- keiten dessen CAN-Systems im Zusam- menspiel mit den Diagnose-Tools des Herstellers, etc. Möglichkeit 2: Behandeln Sie ein allge- meines CAN-System und entwickeln Sie ihre eigenen „Mikro-PhLs” This is an areas of debate. Option 1 is incredibly expensive and very limited – students only experience one kind of CAN and may be sheltered by many of the details which help understand what CAN is and what it does.

9 E-blocks-Board: CAN-Controller und Leitungstreiber
Eine CAN-Einheit Eine CAN-Einheit /-Knoten besteht aus einem Mikrocon- troller, einem CAN-Controller, Leitungstreiber und I/O-Port Sie kann mit E-blocks nach- gebildet werden Sie lässt sich mit Flowcode steuern An Electronic Control Unit has the devices shown. In practice this can be implemented in a number of ways: for example you may find a microcontroller with an internal CAN controller and I/O circuitry and you may even find a single chip that has all these four blocks. The E-blocks solution is a bit blocky here, but they form a perfectly valid, fully working ECU. E-blocks-Board: CAN-Controller und Leitungstreiber

10 Technische Ebene CAN arbeitet differenzial – um das Rauschen zu unterdrücken Die Polarität des Signals hängt davon ab, ob man mit CAN_H oder CAN _L arbeitet Bis zu 1Mbit/s (hier 125kHz) Der CAN-Bus muss terminiert werden

11 Die Paketstruktur von CAN
Es gibt 4 Nachrichten-Typen: Den Daten-Frame, Remote- Frame, Error-Frame, Overload- Frame Wir benutzen den Daten-Frame und den Remote-Frame; die anderen dienen dem Bus- management Die Länge des Datenfeldes ist einstellbar Das Meiste wird vom CAN-Stack auf den E-blocks-Boards überwacht

12 Der vereinfachte CAN-Bus
Jedes Bauteil oder jede Bauteilgruppe verfügt über eine CAN- Einheit Zum Beispiel der Gruppenthermistor, die Instrumentenan- zeige, die Fußbremse und die Beleuchtungs- gruppen, jede besitzt eine CAN-Einheit Diese Einheiten senden und empfan- gen Nachrichten über den CAN-Bus The level of CAN ‘granularity’ will vary from manufacturer to manufacturer, and will also change with time as more devices become available. For example you may have one ECU in a light cluster, or you could have one ECU for each bulb within a cluster, or one ECU the light cluster and the rear wiper and wash unit.

13 CAN-Nachrichten ID Data Jede Nachricht hat einen ID- und einen Datenbereich – Größe bis zu 8 Byte CAN-Einheiten sind programmiert, um Nachrichten mit einer festen ID zu versenden und/oder Nachrichten mit einer festen ID zu empfangen This shows the simplicity of CAN. The bus just has messages with ID and data. Manufacturers then add functionality to the system by deciding what message to transmit on a particular event, and by deciding what actions should take place on receipt of a particular message. This customisation of the CAN bus system is referred to as a ‘higher level protocol’. Each manufacturer has its own higher level protocol.

14 Ein Beispiel für die Nachrichtenübermittung
ID Daten 400 Die Einheit der Instrumentenanzeige fragt: Kann mir jemand etwas über die Blocktemperatur sagen? Die Einheit des Blocks liest die Nachricht und veranlasst die Meldung: Die Blocktemperatur beträgt 76° Celsius. Die Einheit der Instrumentenanzeige liest die Meldung über die Blocktemperatur und zeigt sie in der Konsole an. In der Praxis ist der Vorgang komplexer. This is an example of transactions on a CAN bus. The information is actually quite complex and specific – but it is distilled into very simple CAN bus transactions.

15 Einzelheiten über den CAN-Bus
Das Protokoll wurde entwickelt, um die Systemsicherheit zu erhöhen Es gibt keine Hierarchie Der CAN-Bus dient der Steuerung und nicht der Übertragung von großen Datenmengen Auf der Ausgangsebene ist das Protokoll sehr einfach, die Details sind allerdings komplex

16 Teil 2 – die CAN-Bus-Lösung mit E-blocks

17 Hardware – Knoten 1 und 2 Node 1 is mimics the dashboard. Node 2 is a general purpose switch panel for brakes, indicator control etc.

18 Hardware – Knoten 3 und 4 Node 3 is a general purpose LED node to mimic rear light clusters etc. Node 4 is a sensor node where you can mimic an ECU that measures block temperature. The small circuit board allows the CAN analyzer to be plugged in.

19 CAN-Diagnosegerät The Can analyzer generates CAN messages and also shows the Can messages on the bus. Here you can see a simple screen shat shows messages with ID 1, one data byte of value 56.

20 Anmerkungen für Lehrer
50 Seiten Anmerkungen für Lehrer sollen helfen, Sie mit dem System vertraut zu machen und Ihnen zu zeigen, wie es in einer Klasse einge- setzt werden kann

21 CAN-Software Flowcode
High-Level-Software mit Flussdiagrammen Wird den unterschied- lichen Anforderungen der Anwender gerecht Macht CAN-Abläufe verständlich Kann vom KFZ-Techniker aufwärts benutzt werden Die grundlegenden Einstellungen

22 CAN-Software Flowcode
Die Sende-Einstellungen Die Empfangs-Einstellungen

23 Flowcode Erfahrene Anwender können die Ebenen- einstellungen verän- dern und so Zugriff auf weitere Funk- tionen erhalten

24 CAN für Auszubildende im KFZ-Bereich
Die Schüler/Auszubildenden verstehen die Eigenschaften einer CAN-Einheit Sie verstehen, dass die Program- mierung der Einheiten verändert werden kann und Hard- sowie Softwarefehler auftreten Die Schüler können grundlegende CAN-Systeme aufbauen – mit bereits geschriebenen Programmen Die Schüler können einfache CAN- Systeme konstruieren

25 Über KFZ-Technik hinaus
Die Grundlagen von CAN werden verstanden Die Soft- und Hardware wird benutzt, um einen voll funktionsfähigen CAN- Bus zu konstruieren und dies in unterschiedlich komplexen Ebenen Die grundlegende Paketstruktur wird erkannt und verstanden Die Programmierung erfolgt mit Flowcode oder C Advanced users can use C to control all aspects of the CAN bus. However the code behind this could be ambitious!

26 Teil 3 – Eine Demonstration des CAN-Systems
Node 1 – ID100, data 85.

27 Teil 4 – Der LIN-Bus Node 1 – ID100, data 85.

28 LIN status report Wir haben mit LIN gerade begonnen
Wir wissen, was wir wollen und wie wir es erreichen können – wir sind allerdings noch nicht fertig Eine Übersicht von dem, was wir bisher erreicht haben:

29 LIN-Bus Bus mit 3 Leitungen: GND, +12V und LIN
Niedrigere Datentrans- ferrate, geringere Zuverlässigkeit Spart 0,50 € pro Knoten im Vergleich zu CAN Eine Erweiterung der CAN-Lösung wird auch LIN abdecken We are in the process of developing a LIN bus board for E-blocks. This will work in much the same way as the CAN board with high level macros for Flowcode.

30 LIN-Bus-Ergänzung Ergänzt die CAN- Lösung um 3 programmierbare LIN-Knoten High-Level-Makros für Flowcode – zurzeit noch nicht verfügbar