Magistrala CAN, część 3
Zdecentralizowana wymiana danych
Dwie pierwsze cz�ści tego Detekcja bł�d�w
i ich korekcja
artykułu dotyczyły historii,
Jedną z najbardziej
normalizacji, podstawowej
rzucających si� w oczy
struktury i protokołu
cech magistrali CAM jest
transmisji danych Sieci
jej nadzwyczajna zdol-
Obszaru Sterownika.
nośĘ wykrywania wielu
W niniejszej, trzeciej cz�ści,
bł�d�w podczas transmi-
połołono nacisk na aspekty
sji danych i odpowie-
praktyczne.
dniego reagowania na
nie. Ma ona odst�p Ham-
minga (nazywany takłe
odst�pem sygnałowym)
r�wny 6. Odst�p sygna-
łowy mi�dzy dwoma sło-
wami dw�jkowymi o tej
samej długości jest li-
czbą bit�w na odpowia-
dających sobie pozycjach, kt�re jest tylko jedna stacja, kt�ra wy-
mają r�łne wartości. Na przykład syła wiadomośĘ do magistrali i od-
odst�p sygnałowy mi�dzy słowa- biera zwrotnie inny, r�łniący si�
mi dw�jkowymi 11011010 od wysłanego bit (stan magistrali),
i 10000110 wynosi 4, poniewał to jest oczywiste, łe na magistrali
bity: 3-ci, 4-ty, 5-ty i 7-my (licząc wystąpił błąd. W takiej sytuacji
od prawej) r�łnią si� wartościami. stacja przełącza si� na procedur�
Magistralą CAN dane mogą byĘ korekcji bł�du. (patrz dalej).
Tab. 3. Porównanie parametrów
transmitowane z szybkością 500
systemów CAN 20A (format ramki
kbit�w/s. Na kałde 0,7 s przypada Wykrywanie bł�dnych bit�w do-
standardowej) i CAN 20B (format ramki
jeden bł�dny bit spowodowany datkowych
rozszerzonej)
zewn�trznymi zakł�ceniami. SieĘ W specyfikacja CAN określa
Parametr ................................... CAN2.0A CAN2.0B
mołe pracowaĘ osiem godzin wyra�nie, łe gdy w ramce danych
Maksymalna liczba
dziennie przez 365 dni w roku. jest transmitowanych kolejno wi�-
identyfikatorów .............................. 211 229
Liczba stacji (węzłów) ..................... 32 32 Wbudowany spos�b zabezpiecze- cej nił pi�Ę bit�w o tej samej
Szybkość transmisji [kbit/s] ........ 5..125 5..1000
nia przed bł�dami gwarantuje, łe wartości (na przykład siedem razy
Liczba bajtów w ramce ................. 0 - 8 0 - 8
przez 1000 lat pracy tylko jeden wartośĘ zero w jakimś polu), to
Maksymalna długość
błąd nie b�dzie wykryty. Bł�dy kałda grupa pi�ciu bit�w jest
ramki ........................................ 117 bitów 13 bitów
Maksymalny zasięg mogą wyst�powaĘ i oczywiście poprzedzana przez bit komple-
sieci .......................................... patrz tekst patrz tekst
wyst�pują, ale skoro są rozpozna- mentarny (tutaj oczywiście 1).
wane, to mołna je skorygowaĘ. Ten wprowadzony bit, kt�ry oczy-
Tylko nierozpoznane bł�dy mogą wiście nie zawiera w og�le ładnej
powodowaĘ, łe fałszywe wyniki informacji, jest nazywany bitem
pomiar�w b�dą przetwarzane. dodatkowym. Po zako�czeniu od-
bioru, te bity są usuwane ze
Wykrywanie bł�d�w strumienia danych, tak łe tylko
transmisji pierwotna wiadomośĘ jest prze-
Artykuł publikujemy na pod-
W CAN zastosowano r�wno- twarzana.
stawie umowy z wydawcą mie-
cześnie kilka sposob�w wykrywa- Dodatkowe bity mogą byĘ z łat-
si�cznika "Elektor Electronics".
nia bł�d�w. wością ułyte do kontroli bł�d�w.
Jełeli odbiornik wykryje w ramce
Editorial items appearing on
Detekcja bł�dnego bitu wi�cej nił pi�Ę kolejnych bit�w
pages 13..16 are the copyright
Kałda stacja zawsze odbiera o tej samej wartości (lecz nie
property of (C) Segment B.V., the
zwrotnie swoją własną transmisj�. w polu EOF), to jest oczywiste, łe
Netherlands, 1998 which reserves
Dlatego, jełeli po fazie arbitrału to nie jest poprawny odczyt, i łe
all rights.
Elektronika Praktyczna 3/2000
13
wystąpił błąd podczas transmisji
Szyna
danych
danych (wystąpił dodatkowy bit
Dane TxD CAN H
użytkownika
lub został �odwr�cony� jeden lub
wi�cej bit�w). Wtedy odbiornik
RxD CAN L
Transceiver
zawiesza działanie i uruchamia
CAN
Szyna
sterująca
procedur� poprawiania bł�d�w
(zobacz dalej).
Ramki
Detekcja bł�du CRC
CAN
Proces ten polega, jak juł
wspomniano, na oszacowaniu su-
Rys. 9 Schemat blokowy trójstopniowej Sieci Obszaru Sterownika (CAN).
my kontrolnej CRC w odbiorniku.
Gdy sumy kontrolne: odebrana Po pierwsze, ramki w kt�rych wiednią szybkością lub jest sta-
i obliczona r�łnią si�, to odbior- został stwierdzony jakiś błąd są cją, kt�ra odbiera tylko bł�dne
nik zmienia swoje działanie uru- natychmiast odrzucane przez od- dane? Taka stacja mogłaby stale
chamiając procedur� korekcji bł�- powiednią stacj� i nie przetwa- wysyłaĘ ramk� sygnalizująca
d�w (zobacz dalej). rzane. Po drugie, jełeli kt�raś ze błąd i tym samym zablokowaĘ
stacji systemu wykryje jakiś błąd, całą sieĘ. CAN jest odpowie-
Detekcja bł�du potwierdzenia to wysyła natychmiast ramk� in- dnio zabezpieczony przed ta-
W opisie formatu ramki (patrz formującą o bł�dzie, kt�ra składa kim zdarzeniem, ale brak miej-
rys. 6) wspomniano o bicie ACK si� z sześciu dominujących bit�w sca nie pozwala na opisanie
(bit przerwy na potwierdzenie), (sygnalizacja bł�du) i ograniczni- tego w tym artykule.
kt�ry jest wysyłany przez stacj� ka ramki bł�du zawierającego
jako bit recesywny. Wszystkie osiem bit�w recesywnych. Wsku- Podsumowanie
stacje, kt�re poprawnie odebrały tek tego wszystkie bity recesywne Parametry dw�ch wersji syste-
poprzednią ramk� nadpisują na magistrali są nadpisywane, tak mu CAN, tj. CAN 20A (format
(�przykrywają�) ten bit bitem do- łe wyst�puje na niej tylko sześĘ ramki standardowej) i CAN 20B
minującym. Stacja nadająca wy- dominujących bit�w. Jest to jed- (format ramki rozszerzonej) por�-
krywa to i �wie�, łe przynajmniej nak naruszenie przyj�tej zasady, wnano w tablicy 3.
jedna stacja odebrała jej dane łe nie wi�cej nił pi�Ę kolejnych Chociał CAN jest efektywnym
poprawnie. bit�w mołe mieĘ tą samą war- i bardzo niezawodnym systemem
Jełeli stacja nadająca stwier- tośĘ. do przesyłania danych, to Czytel-
dzi, łe jej bit w przerwie na Wszystkie pozostałe stacje do- nik i potencjalny ułytkownik sy-
potwierdzenie (ACK slot) nie zo- łączone do magistrali wykrywają stemu mołe zapytaĘ jak mołna
stał nadpisany, to �wie�, łe ładna ten stan i uznają dopiero co ode- praktycznie zastosowaĘ ten sy-
stacja nie odebrała jej wiadomości braną ramk� jako bł�dną (wadli- stem? Są w nim bity dominujące
poprawnie. W takim razie, zawie- wą), odrzucają ją i takłe wysyłają i recesywne, 11-bitowy identyfika-
sza swoje dotychczasowe działa- ramk� sygnalizującą o bł�dzie. Ina- tor, 15-bitowa suma kontrolna
nie i wywołuje procedur� korekcji czej m�wiąc, stacja kt�ra wykryła CRC, 1-bitowy ogranicznik, 7-
bł�d�w (zobacz dalej). błąd celowo �uszkadza� całą trans- bitowe pole EOF, 6-bitowa ramka
mitowaną ramk�, tak łe wszystkie bł�du i wiele innych �dziwności�.
Detekcja bł�du formatu stacje dołączone do magistrali �adna z nich nie kojarzy si�
W tym procesie wykorzystywa- odbierają ją jako bł�dną. To oz- bezpośrednio ze strukturą danych
ny jest fakt, łe w ramce jest kilka nacza, łe o jakimś bł�dzie lokal- mikrokontrolera 8- lub 16-
p�l, kt�re muszą zawsze mieĘ nym w jednej stacji są natych- bitowego.
ustaloną zawartośĘ: w polu ogra- miast poinformowane wszystkie Jak wi�c jest mołliwe zapro-
nicznika CRC (bit ko�ca CRC), pozostałe stacje. Gł�wnym załołe- gramowanie mikrokontrolera zgo-
w polu ogranicznika potwierdze- niem sieci jest, łeby wszystkie dnie z protok�łem sieci? Jełeli
nia i w polu EOF są zawsze bity stacje odbierały poprawne dane, o to chodzi, to przyszły konstruk-
recesywne. Jełeli w tych polach kt�re mogą byĘ dalej przetwarza- tor nie powinien si� tym mar-
zostanie wykryty bit dominujący, ne lub łeby wszystkie stacje od- twiĘ. Dla tej sieci jest bowiem
to taki stan mołe byĘ tylko bierały bł�dne dane, kt�re b�dą dost�pnych mn�stwo gotowych,
spowodowany przez błąd transmi- odrzucane. Pierwotna stacja nada- niedrogich element�w składo-
sji danych. W�wczas stacja nada- jąca stwierdza oczywiście, łe ram- wych, moduł�w. Są one dostar-
jąca uruchamia takłe procedur� ka kt�rą wysłała jest z bł�dem, czane przez producent�w ukła-
korekcji bł�du. poprawia tą wiadomośĘ i natych- d�w scalonych dla systemu CAN,
miast wysyła ponownie. co spowodowało, łe ta sieĘ stała
Korekcja bł�d�w si� tak popularna, w tak kr�tkim
Procedura korekcji bł�d�w Błąd wewnątrz stacji czasie.
w wypadku bł�du transmisji da- Co si� stanie, gdy stacja Typowe interfejsy CAN skła-
nych jest realizowana w dw�ch sama stwierdzi, łe jest uszko- dają si� gł�wnie, jak to widaĘ
wariantach. dzona, wysyła dane z nieodpo- na schemacie blokowym (rys.
Elektronika Praktyczna 3/2000
14
Mikrokontroler
9), z trzech chip�w. Jedynym Przed przystąpieniem do om�- 700..707. Wyb�r pojedynczego
zadaniem mikrosterownika jest wienia konstrukcji interfejsu identyfikatora jest wtedy mołli-
wpisywanie bajt�w danych przedstawionych jeszcze zostanie wy tylko po przeprowadzeniu
(0..8), kt�re mają zostaĘ wysłane kilka dodatkowych informacji. dalszej selekcji z ułyciem mik-
do układu scalonego protokołu rosterownika. Przeznaczone dla
CAN, wypełnianie pola identy- Filtrowanie akceptacyjne danej stacji ramki zdalne r�w-
fikatora i pola DLC oraz odpo- Z cz�ści 2 wiadomo, łe CAN nieł przechodzą przez filtr przed
wiednie ustawienie bitu RTR. działająca w standardowym for- dotarciem do mikrosterownika.
Pozostałe elementy procesu macie ramek (CAN20A) jest w sta- Tylko wtedy mołe on wygene-
przetwarzania: nie przetwarzaĘ do 2048 r�łnych rowaĘ w odpowiedzi właściwe
- obliczanie sumy kontrolnej CRC, identyfikator�w. Oczywiście nie dane i skierowaĘ je do sterow-
- dodawanie pozostałych p�l, jest niezb�dne, aby kałda ze stacji nika CAN.
- łączenie si� z magistralą, przyłączonych do magistrali otrzy-
- transmisja danych, mywała wszystkie ramki danych. Układ FullCAN
- wykrywanie i usuwanie bł�d�w Na przykład mołe byĘ tak, łe dla Układ ten umołliwia dokładne
są wykonywane przez układ sca- stacji K istotne są tylko ramki zaprogramowaniei selekcj� pojedyn-
lony sterownika CAN. z identyfikatorami 129, 1345 czego identyfikatora. Innymi słowy,
Dane są wprowadzane do ma- i 1999, a 2045 pozostałych nie układ mołe zostaĘ przystosowany
gistrali za pośrednictwem układu ładnego znaczenia. Bardzo połą- do akceptowania jednej lub okreś-
scalonego transceivera CAN, kt�ry dane staje si� wi�c wprowadzenie lonej liczby ramek, na przykład
jest bezpośrednio połączony z ma- takiej selekcji identyfikator�w, aby tylko ramki z identyfikatorem 798.
gistralą. Mikrosterownik otrzymu- do mikrosterownika nie docierały Jednak układ ten nie b�dzie prze-
je wtedy potwierdzenie pomyślne- ramki zbyteczne. Selekcja ta na- puszczał dułej liczby ramek o r�ł-
go wysłania danych, albo komu- zywa si� filtracją akceptacyjną. nych identyfikatorach, poniewał
nikat o bł�dzie, poczym podejmu- Umołliwia ona takie zaprogramo- program sterownika jest ustalony.
je odpowiednie działanie. wanie sterownika CAN, łeby Jełeli wi�c ma byĘ odbierane
Mniej wi�cej to samo dzieje si� sprawdzał wszystkie otrzymywane wiele ramek o r�łnych identyfika-
przy odbiorze danych. Sterownik ramki (wraz z korekcją bł�d�w), torach, lepiej wybraĘ chip Basi-
CAN, za pośrednictwem układu ale do mikrosterownika wysyłał CAN. Trzeba jednak pami�taĘ, łe
scalonego transceivera CAN, otrzy- tylko ramki o określonych identy- wtedy znaczna cz�śĘ procesu se-
muje ramki CAN z magistrali, po- fikatorach. Bez konieczności do- lekcji z konieczności przejmie
nownie sprawdza sum� kontrolną, konywania przez mikrosterownik mikrosterownik, kt�rego moc prze-
usuwa z ramek wszystkie zb�dne zbytecznych por�wna� przetwa- twarzania b�dzie musiała byĘ
pola i do mikrosterownika przesy- rzanie staje si� szybsze. Do fil- zwi�kszona.
ła otrzymane dane, albo komuni- trowania akceptacyjnego mołna Zaletą układu FullCAN jest
kat o bł�dzie. ułyĘ dw�ch r�łnych układ�w mołliwośĘ programowania przez
Czytelnik z pewnością juł za- scalonych. mikrosterownik w układzie scalo-
uwałył, łe wymagania sprz�towe nym sterownika CAN odpowiedzi
i programowe interfejsu magist- Układ BasiCAN na zdalną ramk�. Gdy taki układ
rali CAN nie są wielkie. Mik- Układ ten zawiera prosty filtr otrzymuje dozwoloną zdalną ram-
rosterowniki, zawierające sterow- o szerokości ośmiu bit�w, po- k� dla odnośnej stacji, mołe wy-
nik CAN, są juł dost�pne na zwalający na jedynie zgrubną słaĘ w odpowiedzi ramk� danych
rynku. Umołliwiają one skon- selekcj� wst�pną. Polega ona na bez interwencji mikrosterownika.
struowanie dwustopniowego in- tylko grupowym przepuszczaniu Wraz z nieuniknionym rozwo-
terfejsu CAN. identyfikator�w, na przykład jem technologii r�łnice pomi�dzy
układami BasicCAN i FullCAN sta-
ją si� coraz mniej wyra�ne. Chipy
Tab. 4. Podstawowe parametry scalonego interfejsu SJA1000. FullCAN stają si� takłe coraz
sprawniejsze, mogąc wybieraĘ co-
Układ scalony sterownika SJA1000 (Philips Semiconductors)
CAN
raz wi�ksze liczby identyfikator�w
i przechowywaĘ coraz wi�cej rejes-
Interfejs mikrosterownika Może zostać dostosowany do mikrosterowników Intel i z nim zgodnych
lub do mikrosterowników Motorola i z nim zgodnych.
tr�w danych. Najnowsze układy
Tryb działania 1 Rozmieszczeniem wyprowadzeń, sprzętowo i programowo zgodny
sterownik�w CAN mogą za pomo-
z PCA82C200, CAN20A i bierny CAN20B. Standardowy format ramek.
cą programu przełączaĘ si� pomi�-
Szybkość transmisji danych do 1Mb/s. Filtr akceptacyjny BasicCAN.
dzy dwoma trybami działania.
Tryb działania 2 Standardowy i rozszerzony format ramek. Szybkość transmisji danych do
1 Mb/s. Możliwość CAN 20B. Rozszerzony filtr akceptacyjny o własnoś-
ZgodnośĘ pomi�dzy
ciach BasicCAN.
20A i 20B
Układ scalony transceivera Szybki CAN, zgodny z ISO/DIS11898. Szybkość transmisji do 1 Mb/s. Za-
bezpieczenie wewnętrzne przed zakłóceniami wytwarzanymi przez pojazdy Jak juł wiadomo z dyskusji
silnikowe. Zabezpieczenie wewnętrzne przed zwarciami i przegrzaniem.
o formatach ramek, istnieje Format
Nie zasilone węzły (stacje) nie oddziaływują na magistralę. Pozwala kon-
Standardowy z 11-bitowymi iden-
struować CAN o liczbie węzłów do 110.
tyfikatorami i Format Rozszerzony
Elektronika Praktyczna 3/2000
15
z 29-bitowymi identyfikatorami. Sterowniki z mołliwym 20A Sterowniki z mołliwym 20B
Dlatego przy wyborze sterownika i biernymi cechami 20B Te sterowniki przetwarzają,
CAN, gdy w magistrali są uływane Układy te akceptują ramki roz- przechowują i przepuszczają ram-
oba formaty (co jest zupełnie szerzone z 29-bitowymi identyfi- ki zar�wno formatu standardowe-
mołliwe i dopuszczalne), naleły katorami, przeprowadzają pr�b� go jak i rozszerzonego.
zachowaĘ dułą ostrołnośĘ. bł�du i odpowiadają bitem ACK Przy podejmowaniu decyzji
(potwierdzenia) albo ramką bł�- o zakupie sterownika CAN, czy
Sterowniki z mołliwym 20A du. mikrosterownika zawierającego
Te sterowniki mogą przetwa- ŁącznośĘ nie zostaje zakł�co- sterownik CAN, napotyka si� na
rzaĘ tylko ramki standardowe, na, ale rozszerzone ramki danych tak duły ich wyb�r, łe opłaca si�
a po odebraniu ramki rozszerzonej nie są ani zapisywane ani prze- przejrzeĘ przedtem internetowe
generują komunikat o bł�dzie. Mo- puszczane, poniewał układy te są witryny najbardziej znanych pro-
łe to całkowicie wstrzymaĘ dzia- przewidziane jedynie do przetwa- ducent�w tych układ�w, Hitachi,
łanie systemu, wi�c sterowniki rzania ramek formatu standardo- Intel, Motorola, NSC, Philips, SGS,
tego rodzaju mogą byĘ uływane wego. Niemniej w pełni nadają Siemens, Temic i Texas Instru-
tylko systemach z ramkami wy- si� do ułytku w systemach hyb- ments.
łącznie standardowymi. rydowych. EE
Elektronika Praktyczna 3/2000
16