DIBUJO
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Indice
Objetivo
Historia
¿Qué
es CAN BUS y en que consiste el protocolo CAN BUS?
Propiedades
del CAN
Componentes del sistema CAN-BUS.
Funcionamiento
del sistema CAN-BUS
·
Suministro
de datos:
· Trasmisión de datos
· Recepción del mensaje:
· Mensaje
· Trasmisión de datos
· Recepción del mensaje:
· Mensaje
Diagnóstico de
protocolo CAN-BUS
Tipos de can bus
·
CAN de alta velocidad
·
CAN de baja velocidad tolerante a fallos
·
Niveles
de tensión del bus
Cable y conectores
Sincronización de bits
Capa
de enlace de datos
Acceso al medio (arbitraje)
Tipos de trama
·
Trama de datos
·
Trama remota
·
Trama de error
·
Trama de sobrecarga
Separación entre tramas
Conclusión
CAN-BUS
Objetivo
Aplicar los
conocimientos adquiridos de este informe, ya que can bus tiene como objetivo
reducir la cantidad de cables de comunicación. Además de hacer que la
información sea más efectiva y rápida a la hora que se traspasa de un sistema a
otro dentro dela automóvil.
Historia
El protocolo CAN fue una idea de
Bosch en 1982 y el primer modelo de producción en montarlo fue el Mercedes-Benz
Clase E de 1992. El CAN bus se ha convertido en un estándar de facto
y en la actualidad se emplea en la inmensa mayoría de automóviles que se
fabrican y también comienza a introducirse en el sector de las motocicletas.
¿Qué
es CAN BUS y en que consiste el protocolo CAN BUS?
De hecho,
tal es la cantidad de dispositivos que en la actualidad, para garantizar la
rapidez y robustez de las comunicaciones, no suele haber un solo
bus CAN si no que hay varios sub-buses en el
vehículo. Un bus para la gestión electrónica del motor, otro para climatización
y entretenimiento, otro para temas de seguridad (alarmas, cierre
centralizado, ABS) etc…
Cualquier
dispositivo electrónico conectado al bus puede mandar mensajes y el resto le
escuchan. Cada tipo de mensaje lleva un identificador. Los oyentes deciden qué
mensajes les interesan y cuáles no. Para que la cosa funcione, los dispositivos
eléctricos se van turnando para “hablar” de uno en uno.
Propiedades
del CAN
•
Priorización del mensaje
• Garantía
de los: tiempos de retardo
•
Flexibilidad de la configuración
•
Recepción múltiple con: tiempos de sincronización
• Robustez
en sistemas de amplios datos
•
Multimaestro
•
Detección de error y señalización
•
Retransmisión automática de mensajes corruptos tan pronto como el bus está
libre de nuevo.
•
Distinción entre errores temporales y fallos permanentes de nodos, y
desconexión automática de nodos defectuosos.
Componentes del sistema CAN-BUS.
Cables: La información circula por dos cables trenzados que unen todas las unidades
de control que forman el sistema. Esta información se trasmite por diferencia
de tensión entre los dos cables, si uno de los dos falla el que sigue en
funcionamiento se compara con tierra y el sistema se mantiene operando con uno
de los cables.
Elemento de cierre o terminador: Son resistencias
conectadas a los extremos de los cables. Sus valores se obtienen de forma
empírica y permiten adecuar el funcionamiento del sistema a diferentes
longitudes de cables y número de unidades de control abonadas, ya que impiden
fenómenos de reflexión que pueden perturbar el mensaje.
Controlador: Es el elemento encargado de la comunicación entre
el microprocesador de la unidad de control y el trasmisor-receptor. Trabaja
acondicionando la información que entra y sale entre ambos componentes.
Este determina la velocidad de trasmisión de los
mensajes, que será más o menos elevada según el compromiso del sistema.
Así, en la línea de Can-Bus del motor, frenos, o cambio automático es de 500
[Kbaudios], y en los sistema de confort de 62.5 [Kbaudios].
Transmisor – Receptor: El trasmisor-receptor es
el elemento que tiene la misión de recibir y de trasmitir los datos,
además de acondicionar y preparar la información para que pueda ser
utilizada por los controladores. Esta preparación consiste en situar los
niveles de tensión de forma adecuada.
Funcionalmente
está situado entre los cables que forman la línea Can-Bus y el controlador.
Funcionamiento del sistema CAN-BUS.
El sistema Can-Bus está orientado hacía el
mensaje y no al destinatario. La información en la línea es trasmitida en
forma de mensajes estructurados en la que una parte del mismo es un
identificador que indica la clase de dato que contiene. Todas las unidades de
control reciben el mensaje, lo filtran y solo lo emplean las que necesitan
dicho dato.
Cuando el bus está libre cualquier unidad
conectada puede empezar a trasmitir mensaje.
El proceso de trasmisión de datos se
desarrolla siguiendo un ciclo de varias fases:
Suministro de
datos: Una unidad de mando recibe información
de los sensores que tiene asociados (r.p.m. del motor, velocidad, temperatura
del motor, puerta abierta, etc.)
Su microprocesador pasa la información al
controlador donde es gestionada y acondicionada para a su vez ser pasada al
trasmisor-receptor donde se transforma en señales eléctricas.
Trasmisión de
datos: El controlador de dicha unidad
transfiere los datos y su identificador junto con la petición de inicio de trasmisión.
Para trasmitir el mensaje el bus debe estar libre de lo contrario tener una
prioridad mayor. A partir del momento en que esto ocurre, el resto de unidades
de mando se convierten en receptoras.
Recepción del
mensaje: Cuando la totalidad de las unidades
de mando reciben el mensaje, verifican el identificador para determinar si el
mensaje va a ser utilizado por ellas. Las unidades de mando que necesiten los
datos del mensaje lo procesan, si no lo necesitan, el mensaje es ignorado.
El
sistema Can-Bus dispone de mecanismos para detectar errores en la trasmisión de
mensajes. Esto hace que las probabilidades de error en la emisión y recepción
de mensajes sean muy bajas, por lo que es un sistema extraordinariamente
seguro.
Mensaje
El mensaje es una sucesión de bit`s y tiene
una serie de campos de diferente tamaño que permiten llevar a cabo el proceso
de comunicación entre las unidades de mando. Estos permiten identificar a la
unidad de mando, indicar el principio y el final del mensaje, mostrar los
datos, permitir distintos controles etc.
Diagnóstico
de protocolo CAN-BUS
Es posible localizar fallos en el Can-Bus consultando el
sistema de auto-diagnosis del vehículo, donde se podrá averiguar desde el
estado de funcionamiento del sistema hasta las unidades de mando asociadas al
mismo, pero necesariamente se ha de disponer del equipo de chequeo apropiado.
Tipos
de can bus
La especificación de los buses CAN esta recogida en el conjunto de
estándares ISO 11898. Dicha especificación define las dos primeras capas,
la capa física y lacapa de enlace de datos, del modelo OSI de interconexión de sistemas. En
base a dichos estándares, los buses CAN se pueden clasificar en dos tipos:
·
CAN de alta velocidad (hasta
1 Mbit/s).
·
CAN de baja velocidad tolerante a
fallos (hasta 125 kbit/s).
CAN de alta velocidad
ISO 11898-2, también llamado CAN de alta velocidad, usa un único bus lineal
terminado en cada extremo con sendas resistencias de 120 Ω. Es importante
que el valor de las resistencias de terminación coincida con la impedancia característica del bus, definida en 120 Ω, para
evitar reflexiones en la línea que podrían perturbar la comunicación. Con esta
configuración la velocidad del bus es de un máximo de 1 Mbit/s.
CAN de baja velocidad tolerante a fallos
ISO 11898-3, también llamado CAN de baja velocidad tolerante a fallos, puede
utilizar un bus lineal, un bus en estrella o múltiples buses en estrella
conectados por un bus lineal. El bus está terminado en cada nodo por una
fracción de la resistencia de terminación total. La resistencia de terminación
total debería ser un valor próximo a 100 Ω, pero no inferior a 100 Ω.
Este estándar permite velocidades de hasta 125 kbit/s.
Bus
CAN de baja velocidad tolerante a fallos. ISO 11898-3
Capa física
Define los aspectos del medio físico para la transmisión de datos
entre nodos de una red CAN, las características materiales y eléctricas y la
transmisión del flujo de bits a través del bus.
Niveles de tensión del bus
La transmisión de señales en un bus CAN se lleva a cabo a través
de dos cables trenzados. Las señales de estos cables se denominan CAN_H (CAN
high) y CAN_L (CAN low) respectivamente. El bus tiene dos estados
definidos: estado dominante y estado recesivo. En estado recesivo, los dos
cables del bus se encuentran al mismo nivel de tensión (common-mode voltage),
mientras que en estado dominante hay una diferencia de tensión entre CAN_H y
CAN_L de al menos 1,5 V. La transmisión de señales en forma de tensión
diferencial, en comparación con la transmisión en forma de tensiones absolutas,
proporciona protección frente a interferencias electromagnéticas.
La tensión en modo común puede estar, según la especificación, en
cualquier punto entre -2 y 7 V. La tensión diferencial del bus (la
diferencia entre CAN_H y CAN_L) en modo dominante debe estar entre 1,5 y
3 V. No se especifica, en cambio, que la tensión de modo común cuando el
bus está en modo recesivo deba estar comprendida entre la tensión de CAN_L y la
tensión de CAN_H cuando el bus está en modo dominante. Esto permite la conexión
directa entre nodos que operen a distintas tensiones, e incluso nodos que
sufran diferencia de tensión entre sus respectivas tierras.
Cable y conectores
Los distintos nodos de un bus CAN deben estár interconectados
mediante un par de cables trenzados con una impedancia característica de 120 Ω, y puede ser cable
apantallado o sin
apantallar. El cable trenzado proporciona protección frente a interferencias
electromagnéticas externas. Y si, además, está apantallado, la protección será
mayor pero a cambio de un incremento en el coste del cable.
El estándar CAN, a diferencia de otros estándares como el USB, no
especifica ningún tipo de conector para el bus y por lo tanto cada aplicación
puede tener un conector distinto. Sin embargo, hay varios formatos comúnmente
aceptados como el conector D-sub de 9 pines, con la señal CAN_L en
el pin 2 y la señal CAN_H en el pin 7.
Las propiedades de la línea de transmisión limitan el ancho de
banda de los datos. Orientativamente, se aceptan los siguientes valores como
límite de longitud del bus en función de la tasa de transferencia:
Longitud del bus
(m) |
Tasa de transferencia
(kbit/s) |
40
|
1000
|
100
|
500
|
200
|
250
|
500
|
100
|
1000
|
50
|
Sincronización de bits
Todos los nodos de un bus CAN deben trabajar con la misma tasa de
transferencia nominal. Dado que el bus CAN no usa una señal de reloj separada,
factores como la deriva de
reloj y la
tolerancia de los osciladores causan que haya una diferencia
entre la tasa de transferencia real de los distintos nodos. Por ello es
necesario un método de sincronización entre los nodos. La sincronización es
especialmente importante en la fase de arbitraje ya que durante el arbitraje
cada nodo debe ser capaz de observar tanto los datos transmitidos por él como
los datos transmitidos por los demás nodos.
El requisito mínimo para un bus CAN es que dos nodos, estando en
sendos extremos de la red con el máximo retardo de propagación entre ellos, y
cuyos controladores CAN tienen unas frecuencias de reloj en los límites
opuestos de la tolerancia de frecuencia especificada, sean capaces de recibir y
leer correctamente todos los mensajes transmitidos por la línea. Esto incluye
que todos los nodos muestreen el valor correcto de cada bit.
El controlador CAN espera que una transición del bus de recesivo a
dominante ocurra en un determinado intervalo de tiempo. Si la transición no
ocurre en el intervalo esperado, el controlador reajusta la duración del
siguiente bit en consecuencia. Dicho ajuste se lleva a cabo dividiendo cada bit
en intervalos o cuantos de tiempo (del latín quantum) y asignando
los intervalos a los cuatro segmentos de cada bit: sincronización, propagación,
segmento de fase 1 y segmento de fase 2.
·
Segmento de sincronización: es el
intervalo de tiempo en el que se supone que ocurren las transiciones de
recesivo a dominante.
·
Segmento de propagación: es el
intervalo de tiempo que compensa los retardos de propagación a lo largo de la
línea.
·
Segmentos de fase 1 y 2: Se usan para
llevar a cabo la resincronización de los nodos. El segmento de fase 1 puede ser
alargado o el 2 acortado para la resincronización. El punto de muestreo del bit
se encuentra inmediatamente después del segmento de fase 1. El punto de
muestreo se encuentra habitualmente cerca del 75 % de la duración total
del bit.
La configuración de los segmentos del bit se hacen en base a la
frecuencia de reloj de cada controlador CAN. Los segmentos se configuran
individualmente para cada controlador en un mismo bus. A efectos prácticos, la
configuración de los segmentos del bit supone un compromiso entre la tasa de
transferencia y tolerancia de los osciladores.
Capa de enlace de datos
El protocolo CAN proporciona un acceso multimaestro al bus con una
resolución determinista de las colisiones. La capa de enlace de datos define el
método de acceso al medio así como los tipos de tramas para el envío de
mensajes.
Acceso al medio (arbitraje)
La especificación del CAN usa los términos “dominante” y
“recesivo” para referirse a los bits, donde un bit dominante equivale al valor
lógico 0 y un bit recesivo equivale al valor lógico 1. El estado inactivo del
bus es el estado recesivo (valor lógico 1). Cuando dos nodos intentan
transmitir bits diferentes se denomina colisión y el valor del bit dominante
prevalece sobre el valor del bit recesivo. En ese caso el nodo que intentaba
transmitir el valor recesivo detecta la colisión y pasa a modo pasivo, es decir,
deja de transmitir para escuchar lo que transmite el otro nodo. Por esta razón
es importante que todos los nodos estén sincronizados y muestreen todos los
bits del bus simultáneamente.
El arbitraje se produce durante los primeros bits de una trama o mensaje,
durante la transmisión de lo que se conoce como identificador del mensaje. Al
final del proceso de arbitraje sólo debe quedar un nodo con el control del bus.
Por ello cada nodo debe manejar identificadores únicos. Cuando un nodo pierde
el arbitraje aplaza la transmisión de su trama para intentarlo de nuevo cuando
finalice la trama actual. Conociendo los identificadores de todos las tramas
que intentan ser transmitidas, se puede establecer de manera determinista el
orden en el que son transmitidas. Así, una trama CAN con identificador más bajo
(mayor número de bits dominantes en las primeras posiciones) tiene más
prioridad que una trama con identificador más alto.
Tipos de trama
Existen cuatro tipos de trama CAN:
Trama de datos
Una trama de datos CAN puede ser de uno de los dos siguientes
formatos:
·
Formato base: con identificador de 11
bits.
·
Formato extendido: con identificador
de 29 bits.
El estándar dice que un controlador CAN debe aceptar tramas en
formato base, y puede o no aceptar tramas en formato extendido. Pero en
cualquier caso debe tolerar tramas en formato extendido. Es decir, que si un
controlador está configurado para que sólo acepte tramas en formato base no
debe lanzar un error cuando reciba una trama en formato extendido, sino que simplemente
no transmitirá el mensaje al procesador central.
El formato de la trama es el siguiente:
Formato extendido
En el formato extendido los dos campos de identificador se
combinan para formar el identificador de 29 bits. El formato de la trama es el
siguiente:
Trama remota
Generalmente los datos se transmiten como trama de datos. Sin
embargo, es posible que un nodo requiera unos datos desde otro nodo. En ese
caso, el primero puede enviar una trama remota para pedir el envío de algún
dato. El nodo que requiere la información envía entonces una trama con una
petición de transmisión remota (RTR = 1; recesivo). Las tramas remotas o de
petición de transmisión remota sólo se diferencian de las tramas de datos en
que las tramas remotas no tienen campo de datos.
Trama de error
La trama de error es una trama especial que viola las reglas de
formato de las tramas CAN. Se transmite cuando un nodo detecta un mensaje
erróneo, y provoca que los demás nodos también transmitan una trama de error.
Un complejo mecanismo de contadores de error integrado en el controlador
asegura que un nodo no bloquee el bus con continuas tramas de error.
Trama de sobrecarga
Es similar a la trama de error en cuanto a que viola el formato de
las tramas CAN. Es transmitida por un nodo que se encuentra muy ocupado y el
bus proporciona entonces un retardo extra entre tramas.
Separación entre tramas
Las tramas de datos y remotas están separadas por al menos tres
bits recesivos (1). Después de eso, si se detecta un bit dominante (0), es
considerado como el inicio de una nueva trama. Las tramas de error y de
sobrecarga no respetan el espaciado entre tramas.
Conclusión
Como podemos observar tenemos muchísima información sobre lo que nos ofrece CAN-BUS pues que como hemos visto que este protocolo es de gran ayuda para que el automóvil tenga mejor transferencia en la comunicación de sus elementos del auto, debemos tener en cuenta que aun cuando este protocolo nos ofrece muchas cosas buenas este puede llegar a tener fallas cuando no esta en buenas condiciones o por descuido de algun elemento o incluso del usuario.https://onedrive.live.com/redir?resid=1551431B0D97AE2A!159&authkey=!AEsYWl0UWupmUPs&ithint=file%2cpptx
