Digitalna CAN sabirnica podataka (Mercedes-Benz S-Class W220)

CAN rad

Razmjena podataka putem CAN sabirnice

Elementi komunikacijske mreže (CAN)

Elementi spojeni na D2B optičku sabirnicu

OC

Osnove

Vozilo koristi nekoliko CAN mrežnih sabirnica za razmjenu podataka (Controller Area Network) između upravljačkih jedinica (modula) raznih sustava i kontrolera aktuatora vozila.

Pojedinačne upravljačke jedinice međusobno su povezane u zajedničku mrežu i mogu razmjenjivati podatke.

Autobus je dvosmjeran, tj. bilo koji uređaj spojen na njega može primati i slati poruke.

Signal s osjetljivog elementa (senzora) ulazi u najbližu upravljačku jedinicu, koja ga obrađuje i prenosi na CAN sabirnicu podataka.

Bilo koja upravljačka jedinica spojena na CAN podatkovnu sabirnicu može očitati ovaj signal, na temelju njega izračunati vrijednost upravljačkog djelovanja i upravljati servomehanizmom aktuatora.

Prednosti

Konvencionalnim kabliranjem električnih i elektroničkih uređaja svaka je upravljačka jedinica izravno povezana sa svim senzorima i aktuatorima od kojih prima mjerenja ili njima upravlja.

Sve veća složenost sustava upravljanja dovodi do prekomjerne duljine ili više kabelskih linija.

U usporedbi sa standardnim kablovima, podatkovna sabirnica pruža:

• Smanjenje broja kablova. Žice od senzora protežu se samo do najbliže upravljačke jedinice, koja pretvara izmjerene vrijednosti u paket podataka i prenosi ih na CAN sabirnicu.
• Aktuatorom se može upravljati bilo kojom upravljačkom jedinicom koja putem CAN sabirnice prima odgovarajući paket podataka i na temelju toga izračunava vrijednost upravljačkog djelovanja na servomehanizam.
• Poboljšana elektromagnetska kompatibilnost.
• Smanjenje broja utičnih spojeva i smanjenje broja kontaktnih pinova na upravljačkim jedinicama.
• Gubitak težine.
• Smanjenje broja senzora, jer signale jednog senzora (na primjer, od senzora temperature rashladnog sredstva) mogu koristiti različiti sustavi.
• Poboljšane dijagnostičke mogućnosti. Jer signale jednog senzora (na primjer, signal brzine) koriste različiti sustavi, onda ako poruku o pogrešci izdaju svi sustavi koji koriste određeni signal, obično je neispravan senzor ili upravljačka jedinica koja obrađuje njihove signale. Ako poruka o kvaru dolazi samo iz jednog sustava, iako taj signal koriste i drugi sustavi, tada je uzrok kvara najčešće u upravljačkoj jedinici obrade ili servomehanizmu.
• Visoka brzina prijenosa podataka - moguća je do 1 Mbit/s uz maksimalnu duljinu linije od 40 m. Trenutno se na vozilima Mercedes-Benz brzina prijenosa podataka kreće od 83 Kbit/s do 500 Kbit/s.
• Nekoliko poruka može se slati uzastopno preko iste linije.

CAN sabirnica podataka sastoji se od dvožilne žice izrađene u obliku upletene parice. Svi uređaji su spojeni na ovu liniju (upravljačke jedinice uređaja).



Prijenos podataka provodi se dupliciranjem na obje žice, a logičke razine sabirnice podataka imaju zrcalnu sliku (to jest, ako se razina logičke nule (0) prenosi duž jedne žice, tada je razina logičke jedinice (1) prenosi duž druge žice, i obrnuto).

Dvožilni prijenosni krug koristi se iz dva razloga: za otkrivanje grešaka i kao osnova za pouzdanost.

Ako se skok napona dogodi samo na jednoj žici (na primjer zbog problema s EMC-om (elektromagnetska kompatibilnost)), tada prijemne jedinice mogu prepoznati ovo kao pogrešku i zanemariti ovaj skok napona.

Ako dođe do kratkog spoja ili prekida u jednoj od dvije žice CAN podatkovne sabirnice, tada će se zahvaljujući integriranom softverskom i hardverskom sustavu pouzdanosti sustav prebaciti u jednožilni način rada. Oštećeni dalekovod neće se koristiti.

Redoslijed i format onoga što korisnici prenose i primaju (pretplatnika) poruke definiran je u komunikacijskom protokolu.

Značajna značajka razlikovanja CAN sabirnice podataka u usporedbi s drugim sustavima sabirnice koji se temelje na principu adresiranja pretplatnika je adresiranje vezano uz poruke.

To znači da je svakoj poruci na CAN sabirnici podataka dodijeljena stalna adresa (identifikator), označavajući sadržaj ove poruke (na primjer: temperatura rashladne tekućine). Protokol CAN sabirnice podataka omogućuje prijenos do 2048 različitih poruka, s adresama od 2033 do 2048 koje su trajno dodijeljene.

Količina podataka u jednoj poruci preko CAN sabirnice podataka iznosi 8 bajtova.

Blok primatelja obrađuje samo te poruke (paketi podataka), koji su pohranjeni na njegovom popisu poruka primljenih putem CAN sabirnice podataka (prijemna kontrola).



Paketi podataka mogu se prenositi samo ako je CAN sabirnica podataka slobodna (tj. ako je nakon zadnjeg podatkovnog paketa uslijedio interval od 3 bita i niti jedna kontrolna jedinica ne počne slati poruku).

U tom slučaju logička razina sabirnice podataka mora biti recesivna (logička "1").

Ako više upravljačkih jedinica počne odašiljati poruke u isto vrijeme, na snagu stupa princip prioriteta prema kojem će poruka na CAN sabirnici podataka s najvećim prioritetom biti prva poslana bez gubitka vremena ili bitova (arbitraža zahtjeva za pristup zajedničkoj podatkovnoj sabirnici).

Svaka kontrolna jedinica koja izgubi pravo arbitraže automatski se prebacuje na primanje i ponovno pokušava poslati svoju poruku čim se CAN sabirnica podataka ponovno oslobodi.

Osim paketa podataka postoji i paket zahtjeva za određenu poruku na CAN sabirnici podataka.

U tom slučaju upravljačka jedinica, koja može dati traženi paket podataka, odgovara na ovaj zahtjev.

Format paketa podataka

U normalnom načinu prijenosa, podatkovni paketi imaju sljedeće konfiguracije blokova (okviri):


Data Frame (okvir poruke) za prijenos poruka putem CAN sabirnice podataka (npr.: temperatura rashladne tekućine).


Remote Frame (okvir zahtjeva) za traženje poruka putem CAN podatkovne sabirnice od druge upravljačke jedinice.


Error Frame (okvir pogreške) sve povezane upravljačke jedinice dobivaju obavijest da je došlo do pogreške i da je posljednja poruka na CAN sabirnici podataka nevažeća.

Protokol CAN podatkovne sabirnice podržava dva različita formata okvira poruke CAN podatkovne sabirnice, koji se razlikuju samo u duljini identifikatora:

• standardni format;
• prošireni format.

Trenutno DaimlerChrysler koristi samo standardni format.

Paket podataka za prijenos poruka putem CAN sabirnice podataka sastoji se od sedam uzastopnih polja (pogledajte ilustraciju 9.0c):

• Start of Frame (početak malo): Označava početak poruke i sinkronizira sve module.
• Arbitration Field (iD i zahtjev): Ovo polje se sastoji od identifikatora (adrese) od 11 bitova i 1 kontrolnog bita (Remote Transmission Request-Bit). Ovaj kontrolni bit označava paket kao podatkovni okvir (okvir poruke) ili kao daljinski okvir (okvir zahtjeva) nema podatkovnih bajtova.
• Control Field (kontrolni bitovi): Kontrolno polje (6 bita) sadrži IDE bit (Identifier Extension Bit) za prepoznavanje standardnog i proširenog formata, rezervni bit za naknadna proširenja i - u zadnja 4 bita - broj bajtova podataka pohranjenih u podatkovnom polju (podatkovno polje).
• Data Field (podaci): Polje podataka može sadržavati od 0 do 8 bajtova podataka. Poruka sabirnicom podataka CAN dužine od 0 bajtova koristi se za sinkronizaciju distribuiranih procesa.
• CRC Field (kontrolno polje): CRC polje (Cyclic-Redundancy-Check Field) sadrži 16 bitova i koristi se za prepoznavanje pogreške kontrole tijekom prijenosa.
• ACK Field (potvrda prijema): polje ACK (Acknowledgement Field) sadrži signal potvrde za sve prijamne jedinice koje su primile poruku preko CAN sabirnice bez grešaka.
• End of Frame (kraj okvira): Označava kraj podatkovnog paketa.
• Intermission (interval): Interval između dva paketa podataka. Razmak mora biti najmanje 3 bita. Nakon toga bilo koji blok za upravljanje može prenijeti na sljedeći paket podataka.
• IDLE (način odmora): Ako nijedna upravljačka jedinica ne šalje poruke, CAN sabirnica ostaje u stanju mirovanja do prijenosa sljedećeg paketa podataka.

Prioriteti

Za obradu podataka u stvarnom vremenu mora postojati mogućnost njihovog brzog prijenosa.



To zahtijeva ne samo prisutnost linije s visokom fizičkom brzinom prijenosa podataka, već također zahtijeva brzi pristup zajedničkoj CAN sabirnici ako nekoliko kontrolnih jedinica treba istovremeno slati poruke.

Kako bi se poruke koje se prenose CAN podatkovnom sabirnicom razlikovale prema stupnju hitnosti, predviđeni su različiti prioriteti za pojedine poruke.

Vrijeme paljenja, na primjer, ima najveći prioritet, vrijednosti klizanja imaju srednji prioritet, a temperatura vanjskog zraka ima najniži prioritet.

Prioritet s kojim se poruka prenosi preko CAN sabirnice određen je identifikatorom (adresom) odgovarajuće poruke.

Identifikator koji odgovara manjem binarnom broju ima veći prioritet i obrnuto.

Protokol CAN sabirnice podataka temelji se na dva logička stanja: Bitovi su ili "recesivni" (logička "1") ili "dominantni" (logička "0"). Ako dominantni bit prenosi barem jedan modul, tada se recesivni bitovi koje prenose drugi moduli prepisuju.

Primjer

Ako nekoliko kontrolnih jedinica istovremeno počne slati podatke, sukob pristupa zajedničkoj podatkovnoj sabirnici rješava se putem "bitske arbitraže zahtjeva za zajedničkim resursima" korištenjem odgovarajućih identifikatora.

Prilikom odašiljanja identifikacijskog polja, odašiljačka jedinica nakon svakog bita provjerava ima li još pravo odašiljanja ili neka druga upravljačka jedinica već odašilje poruku višeg prioriteta preko CAN sabirnice podataka.

Ako je recesivni bit koji prenosi prvi blok odašiljača prebrisan dominantnim bitom drugog bloka odašiljača, tada prvi blok odašiljača gubi svoje pravo prijenosa (arbitraža) i postaje blok prijamnika.

Prva kontrolna jedinica (NI) gubi arbitražu od 3. bita.

Treća kontrolna jedinica (N III) gubi arbitražu od 7. bita.

Druga upravljačka jedinica (N II) zadržava pravo pristupa CAN sabirnici podataka i može prenijeti svoju poruku.

Ostale upravljačke jedinice pokušat će poslati svoje poruke preko CAN podatkovne sabirnice tek nakon što se ponovno oslobodi. U tom će slučaju pravo prijenosa ponovno biti dodijeljeno u skladu s prioritetom poruke na CAN sabirnici podataka.

Prepoznavanje grešaka

Smetnje mogu dovesti do pogrešaka u prijenosu podataka. Takve pogreške u prijenosu treba prepoznati i ispraviti. Protokol CAN sabirnice podataka razlikuje dvije razine detekcije pogreške:

• mehanizama na razini podatkovnog okvira (okvir poruke);
• mehanizmi bitne razine.

Mehanizmi na razini podatkovnog okvira

Cyclic-Redundancy-Check

Na temelju poruke odaslane putem CAN podatkovne sabirnice, odašiljačka jedinica izračunava kontrolne bitove, koji se prenose zajedno s paketom podataka u polje "CRC polje" (kontrolni zbrojevi). Prijemna jedinica ponovno izračunava ove kontrolne bitove na temelju poruke primljene na CAN sabirnici podataka i uspoređuje ih s kontrolnim bitovima primljenim zajedno s ovom porukom.

Frame Check

Ovaj mehanizam provjerava strukturu odaslanog bloka (okvira), odnosno ponovno se provjeravaju polja bitova sa zadanim fiksnim formatom i duljina okvira.

Pogreške otkrivene provjerom okvira označavaju se kao pogreške formata.

Mehanizmi na razini bita

Praćenje

Svaki modul prilikom odašiljanja poruke prati logičku razinu CAN sabirnice podataka i utvrđuje razlike između poslanih i primljenih bitova. Ovo osigurava pouzdano otkrivanje globalnih i lokalnih pogrešaka u bitovima koje se javljaju u jedinici odašiljača.

Bit Stuffing

U svakom podatkovnom paketu između polja "Start of Frame" a kraj "CRC polja" ne smije biti više od 5 uzastopnih bitova istog polariteta.

Nakon svakog niza od 5 identičnih bitova, blok odašiljača dodaje jedan bit sa suprotnim polaritetom u tok bitova.

Prijemne jedinice brišu ove bitove nakon primanja poruke na CAN sabirnici podataka.

Rješavanje problema

Ako bilo koji modul CAN podatkovne sabirnice otkrije pogrešku, prekida trenutni proces prijenosa podataka slanjem poruke o pogrešci. Poruka o pogrešci sastoji se od 6 dominantnih bitova.

Zahvaljujući poruci o pogrešci, sve upravljačke jedinice spojene na CAN sabirnicu podataka dobivaju obavijest o lokalnoj pogrešci i stoga ignoriraju prethodno poslanu poruku.

Nakon kratke pauze, sve upravljačke jedinice ponovno će moći slati poruke putem CAN podatkovne sabirnice, pri čemu će se prva ponovno poslati poruka s najvećim prioritetom.

Upravljačka jedinica čija je poruka na CAN sabirnici podataka uzrokovala pogrešku također počinje ponovno slati svoju poruku (funkcija automatskog zahtjeva za ponavljanje).

Vrste CAN sabirnica

Za različita kontrolna područja koriste se različite CAN sabirnice. Međusobno se razlikuju po brzini prijenosa podataka.

Brzina prijenosa CAN podatkovne sabirnice motora i šasije (CAN-C) je 125 kbit/s, dok je unutarnja CAN podatkovna sabirnica (CAN-B) dizajnirana za brzinu prijenosa od samo 83 kbit/s zbog manjeg broja posebno hitnih poruka /With.

Razmjena podataka između dva sabirnička sustava odvija se preko takozvanih "gatewaya", tj. upravljačke jedinice spojene na obje podatkovne sabirnice.

Sučelje za dvije CAN podatkovne sabirnice nalazi se u elektroničkoj upravljačkoj jedinici prekidača paljenja (N73). Ova upravljačka jedinica također osigurava sučelje između upravljačkih jedinica CAN sabirnice podataka i DLC dijagnostičkog konektora (X11/4).

Prilikom zamjene, nova upravljačka jedinica mora biti kodirana pomoću dijagnostičkog alata.

Sve upravljačke jedinice CAN podatkovne sabirnice koriste standard "OSEK".

Svjetlovodna sabirnica D2B (Digital Daten-Bus) podaci primijenjeni na područje "Audio/Komunikacije/Navigacija". Svjetlovodni kabel može prenijeti znatno veću količinu informacija nego sabirnica s bakrenim kabelom.

CAN C - autobus "Motor i šasija"

U upravljačkoj jedinici terminala sa svake strane nalazi se tzv. završni otpornik sabirnice podataka s otporom od 120 Ohma, spojen između obje žice sabirnice podataka.

CAN sabirnica podataka u prostoru motora aktivira se samo kada je paljenje uključeno.

7 upravljačkih jedinica spojeno je na CAN-C sabirnicu.

CAN B - autobus "Salon"

Neke upravljačke jedinice spojene na unutarnju CAN podatkovnu sabirnicu aktiviraju se bez obzira na uključeno paljenje (na primjer: sustav s jednom bravom).

Dakle, unutarnja CAN podatkovna sabirnica mora biti u stanju funkcionalne pripravnosti čak i kada je kontakt isključen, što znači da mogućnost prijenosa paketa podataka mora biti osigurana i kada je kontakt isključen.

Kako bi se što više smanjila potrošnja struje mirovanja, CAN podatkovna sabirnica, u nedostatku paketa podataka potrebnih za prijenos, prelazi u pasivno stanje pripravnosti i ponovno se aktivira tek pri sljedećem pristupu.

Ako je u pasivnom stanju pripravnosti unutarnje CAN podatkovne sabirnice bilo koja upravljačka jedinica (npr. jedinica za upravljanje jednom bravom) prenosi poruku putem CAN sabirnice podataka, prima je samo glavni modul sustava (elektronički prekidač paljenja, EZS). Blok EZS sprema poruku u memoriju i šalje signal za aktivaciju (Wake-up) na sve upravljačke jedinice priključene na sabirnici podataka CAN salona.

Kada je aktiviran, EZS provjerava prisutnost svih korisnika CAN podatkovne sabirnice i zatim šalje poruku prethodno pohranjenu u memoriji.

Na CAN-B sabirnicu spojeno je 20 upravljačkih jedinica.