Дигитална магистрала података CAN (Mercedes-Benz C-Class W203)

Аутобуска комуникација CAN

Основни подаци

Аутомобил користи неколико мрежних аутобуса за размену података CAN (Controller Area Network) између управљачких јединица (модула) различитих система и контролера актуатора возила.

Појединачне контролне јединице су повезане једна са другом у заједничку мрежу и могу да размењују податке.

Аутобус је двосмерни, тј. било који уређај повезан са њим може да прима и преноси поруке.

Сигнал са осетљивог елемента (сензора) улази у најближу контролну јединицу, која га обрађује и преноси на магистралу података CAN.

Било која контролна јединица повезана на магистралу података CAN, може прочитати овај сигнал, израчунати вредност контролног дејства на основу њега и контролисати сервомеханизам актуатора.

Предности

Уз конвенционално каблирање електричних и електронских уређаја, свака контролна јединица је директно повезана са свим сензорима и актуаторима од којих прима мерења или их контролише.

Све већа сложеност контролног система доводи до превелике дужине или више кабловских водова.

У поређењу са стандардним кабловима, магистрала података пружа:

• Смањење броја каблова. Жице од сензора се протежу само до најближе контролне јединице, која измерене вредности претвара у пакет података и преноси га на магистралу CAN.
• Актуатором може управљати било која управљачка јединица која је повезана преко магистрале CAN прима одговарајући пакет података, и на основу њега израчунава вредност контролног дејства на сервомеханизам.
• Побољшана електромагнетна компатибилност.
• Смањење броја прикључака утикача и смањење броја контактних пинова на управљачким јединицама.
• Губитак тежине.
• Смањење броја сензора, јер сигнале са једног сензора (на пример, са сензора температуре расхладне течности) могу користити различити системи.
• Побољшане дијагностичке могућности. Јер сигнале једног сензора (на пример, сигнал брзине) користе различити системи, онда ако сви системи који користе овај сигнал издају поруку о грешци, обично је сензор или контролна јединица која обрађује своје сигнале неисправна. Ако порука о квару долази само из једног система, иако овај сигнал користе и други системи, онда узрок квара најчешће лежи у управљачкој јединици обраде или сервомеханизму.
• Велика брзина преноса података - до 1 Мбит/с могућа са максималном дужином линије од 40 м. Тренутно на возилима Mercedes-Benz брзине преноса података крећу се од 83 Кбпс до 500 Кбпс.
• Неколико порука се може пренети узастопно преко исте линије.

Сабирница података CAN састоји се од двожилне жице направљене у облику упреденог пара. Сви уређаји (контролне јединице уређаја) су повезани на ову линију.



Пренос података се врши дуплирањем на обе жице, а логички нивои магистрале података имају зрцалну слику (то јест, ако се логички нулти ниво (0) преноси дуж једне жице, онда је логички један ниво (1) преноси се дуж друге жице и обрнуто).

Двожични преносни круг се користи из два разлога: за откривање грешака и као основа за поузданост.

Ако дође до скока напона само на једној жици (због проблема ЕМЦ (електромагнетне компатибилности), на пример), пријемне јединице могу то да идентификују као грешку и игноришу скок напона.

Ако дође до кратког споја или прекида у једној од две жице магистрале података CAN, онда ће захваљујући интегрисаном систему поузданости софтвера и хардвера, прекидач прећи на једножични режим рада. Оштећени далековод се неће користити.

Редослед и формат порука које преносе и примају корисници (претплатници) дефинисан је протоколом размене података.

Основна карактеристика магистрале података CAN у поређењу са другим системима сабирница заснованим на принципу адресирања претплатника, ово је адресирање везано за поруке.

То значи да свака порука на магистрали података CAN додељена му је стална адреса (идентификатор), означавајући садржај ове поруке (на пример: температура расхладне течности). Протокол магистрале података CAN омогућава пренос до 2048 различитих порука, а адресе од 2033 до 2048 су трајно додељене.

Количина података у једној поруци на магистрали података CAN је 8 бајтова.

Блок пријемника обрађује само оне поруке (пакете података) које су ускладиштене у његовој листи података примљених преко магистрале CAN поруке (контрола прихватљивости).



Пакети података се могу преносити само ако је дата магистрала CAN бесплатно (тј. ако је после последњег пакета података следио интервал од 3 бита и ниједна контролна јединица не почне да емитује поруку).

У овом случају, логички ниво магистрале података мора бити рецесиван (логички "1").

Ако више управљачких јединица истовремено почне да емитује поруке, ступа на снагу принцип приоритета према којем се порука на магистрали података CAN са највећим приоритетом ће се прво пренети без губитка времена или битова (арбитража захтева за приступ заједничкој магистрали података).

Свака контролна јединица која изгуби права арбитраже аутоматски прелази на пријем и понавља свој покушај да пошаље своју поруку чим магистрала података CAN биће поново слободан.

Поред пакета података, постоји и пакет захтева за одређену поруку на магистрали података CAN.

У овом случају, контролна јединица, која може да обезбеди тражени пакет података, одговара на овај захтев.

Формат пакета података

У нормалном режиму преноса, пакети података имају следеће блок конфигурације (оквире):

• Data Frame (оквир поруке) за пренос порука преко магистрале података CAN (нпр. температура расхладне течности).
• Remote Frame (оквир захтева) за захтев за поруке преко магистрале података CAN из друге контролне јединице.
• Error Frame (оквир грешке) све повезане контролне јединице су обавештене да је дошло до грешке и последња порука на магистрали података CAN је неважећи.

Протокол магистрале података CAN подржава два различита формата оквира порука преко магистрале података CAN, који се разликују само по дужини идентификатора:

• стандардни формат;
• проширени формат.

Тренутно DaimlerChrysler користи само стандардни формат.



Пакет података за пренос порука на магистрали података CAN састоји се од седам узастопних поља:

• Start of Frame (почетни бит): Означава почетак поруке и синхронизује све модуле.
• Arbitration Field (идентификатор и захтев): Ово поље се састоји од идентификатора (адресе) од 11 битова и 1 контролног бита (Remote Transmission Request-Bit). Овај контролни бит означава пакет као Data Frame (оквир поруке) или како Remote Frame (оквир захтева) без бајтова података.
• Control Field (контролни битови): Контролно поље (6 битова) садржи IDE-бит(Identifier Extension Bit) да препозна стандардни и проширени формат, резервни бит за накнадна проширења и - у последња 4 бита - број бајтова података садржаних у Data Field (поље са подацима).
• Data Field (подаци): Поље података може да садржи од 0 до 8 бајтова података. Порука сабирнице података CAN 0 бајтова се користи за синхронизацију дистрибуираних процеса.
• CRC Field (контролно поље): Поље CRC (Cyclic-Redundancy-Check Field) садржи 16 бита и користи се за препознавање контролне грешке током преноса.
• ACK Field (потврда пријема): Поље ACK (Acknowledgement Field) садржи сигнал потврде за све пријемне јединице које су примиле поруку преко магистрале CAN нема грешака.
• End of Frame (крај оквира): Означава крај пакета података.
• Intermission (интервал): Интервал између два пакета података. Интервал мора бити најмање 3 бита. Након тога, било која контролна јединица може пренети следећи пакет података.
• IDLE (режим мировања): Ако ниједна контролна јединица не шаље поруке, бус CAN остаје у режиму мировања док се не пренесе следећи пакет података.

Приоритети

Да би се подаци обрађивали у реалном времену, мора бити омогућено њихово брзо преношење.

Ово претпоставља не само присуство линије са високом физичком брзином преноса података, већ захтева и брзо обезбеђивање приступа заједничкој магистрали CAN, ако више управљачких јединица треба истовремено да преноси поруке.

Да би се разликовали подаци који се преносе преко магистрале CAN поруке по степену хитности, са различитим приоритетима за појединачне поруке.

Време паљења, на пример, има највећи приоритет, вредности клизања имају средњи приоритет, а спољна температура ваздуха има најнижи приоритет.

Приоритет са којим се порука преноси на магистралу CAN, одређује се идентификатором (адресом) одговарајуће поруке.

Идентификатор који одговара мањем бинарном броју има већи приоритет, и обрнуто.

Протокол магистрале података CAN заснива се на два логичка стања: Битови су или "рецесивни" (логички "1") или "доминантни" (логичка "0"). Ако доминантни бит преноси најмање један модул, онда се рецесивни битови које преносе други модули преписују.

Пример

Ако више контролних јединица истовремено почне да емитује податке, конфликт приступа заједничкој магистрали података се решава кроз "арбитражу захтева за дељене ресурсе засновану на битовима" коришћењем одговарајућих идентификатора.

Приликом преноса поља идентификатора, јединица предајника након сваког бита проверава да ли још увек има право на пренос, или да ли друга контролна јединица већ емитује преко магистрале података CAN порука са вишим приоритетом.



Ако се рецесивни бит који преноси први блок предајника замени доминантним битом другог блока предајника, тада први блок предајника губи право на пренос (арбитража) и постаје блок пријемника.



Прва контролна јединица (НИ) губи арбитражу од 3. бита.

Трећа контролна јединица (Н III) губи арбитражу од 7. бит.

Друга контролна јединица (Н II) задржава право приступа магистрали података CAN и може да пренесе своју поруку.

Друге контролне јединице ће покушати да пошаљу своје поруке преко сабирнице података CAN тек пошто је поново слободна. У овом случају, право преноса ће поново бити додељено у складу са приоритетом поруке на магистрали података CAN.

Препознавање грешке

Сметње могу довести до грешака у преносу података. Такве грешке у преносу треба препознати и исправити.

Протокол магистрале података CAN разликује два нивоа препознавања грешке:

• механизама на нивоу Data Frame (оквир поруке);
• механизми на нивоу бита.

Механизми нивоа Data Frame

Cyclic-Redundancy-Check

На основу података пренетих преко магистрале CAN поруку, блок предајник израчунава контролне битове који се преносе заједно са пакетом података у пољу "CRC Field" (контролне суме). Јединица пријемника поново израчунава ове контролне суме на основу података примљених на магистрали CAN поруке и упоређује их са контролним битовима примљеним заједно са овом поруком.

Frame Check

Овај механизам проверава структуру пренетог блока (фрама), односно поново се проверавају битна поља са датим фиксним форматом и дужином оквира.

Препознат по функцији Frame Check грешке су означене као грешке формата.

Механизми на нивоу бита

Мониторинг

Сваки модул прати логички ниво магистрале података приликом преноса поруке CAN и одређује разлике између пренетих и примљених битова. Ово осигурава поуздану идентификацију глобалних и локалних грешака битова које се јављају у јединици предајника.

Bit Stuffing

У сваком пакету података између поља "Start of Frame" и крај поља "CRC Field" не сме бити више од 5 узастопних битова са истим поларитетом.

После сваке секвенце од 5 идентичних битова, блок предајника додаје један бит са супротним поларитетом у ток битова.

Блокови пријемника уклањају ове битове након пријема поруке на магистрали података CAN.

Решавање проблема

Ако било који модул сабирнице података CAN препозна грешку, прекида тренутни процес преноса података слањем поруке о грешци. Порука о грешци се састоји од 6 доминантних битова.

Захваљујући поруци о грешци, сви су се повезали на магистралу података CAN контролне јединице се обавештавају о локалној грешци и сходно томе игноришу претходно послату поруку.

Након кратке паузе, све контролне јединице ће поново моћи да преносе поруке преко магистрале података CAN, а порука са највишим приоритетом ће поново бити послата прва.

Управљачка јединица чија порука на магистрали података CAN изазвао грешку, такође почиње да поново емитује своју поруку (функција Automatic Repeat Request).

Типови гума CAN

За различите области управљања користе се различити аутобуси CAN. Они се међусобно разликују по брзини преноса података.

Брзина магистрале података CAN области "мотор и шасија" (CAN-C) је 125 Кбит/с, а магистрала података CAN "Салон" (CAN-B) због мањег броја посебно хитних порука, пројектован је за брзину преноса података од само 83 Кбит/с.

Размена података између два система магистрала врши се преко такозваних "гејтвеја", тј. контролне јединице повезане на обе магистрале података.

Оптичка магистрала D2B (Digital Daten-Bus) подаци примењени на област "Аудио/Комуникације/Навигација". Оптички кабл може пренети знатно већу количину информација од магистрале са бакарним каблом.

CAN Ц - аутобус "Мотор и шасија"

У терминалној контролној јединици са сваке стране налази се такозвани завршни отпорник магистрале података отпора од 120 ома, повезан између обе жице магистрале података.

Сабирница података CAN моторни простор се активира само када је контакт укључен.

До аутобуса CAN-Повезано је 7 управљачких јединица.

CAN Б - гума "Салон"

Неке контролне јединице повезане на магистралу података CAN унутрашњост, активирају се без обзира на укључено паљење (на пример: систем са једним закључавањем).

Стога магистрала података CAN унутрашњост мора бити у режиму функционалне спремности чак и када је контакт искључен, што значи да могућност преноса пакета података мора бити обезбеђена и када је паљење искључено.

Да би се што више смањила потрошња струје мировања, магистрала података CAN, у недостатку пакета података неопходних за пренос, прелази у пасивни режим приправности и поново се активира тек следећи пут када му се приступи.

Ако је у пасивном режиму приправности сабирница података CAN унутрашњост, нека контролна јединица (на пример, јединица за управљање једном бравом) преноси поруку преко магистрале података CAN, затим само главни системски модул (електронски прекидач за паљење, EZS). Блокирај EZS чува ову поруку у меморији и шаље сигнал за активирање (Wake-up) на све управљачке јединице повезане на магистралу података CAN салон.

Када се активира, EZS проверава присуство свих корисника магистрале података CAN, након чега преноси поруку претходно сачувану у меморији.

До аутобуса CAN-Повезано је 20 управљачких јединица.

Елементи мреже за размену података (CAN)

CAN Б (салон)
К1	Предња регистарска и контролна јединица са кутијом осигурача и релеја (SAM/SRB-V)
К2	Задња јединица за регистрацију и контролу са кутијом осигурача и релеја (SAM/SRB-H)
К3	Контролна јединица левог седишта (SSG)
К4	Контролна јединица десног седишта (SSG)
К5	Контролна јединица предњих левих врата (TSG)
К6	Контролна јединица предњих десних врата (TSG)
К7	Контролна јединица задњих левих врата (TSG)
К8	Контролна јединица задњих десних врата (TSG)
К9	Кровна контролна јединица (DBE)
К10	Горње контролно поље (OBF)
К11	Доње контролно поље (UBF)
К12	Електронски прекидач за покретање паљења (EZS)
К13	Контролна табла (KI)
К14	Систем COMMAND/аудио 10/аудио 30/аудио 30 APS
К15	Систем Parktronic (PTS)
К16	Уређај за вучу приколице (AAG)
К17	Мултифункционална контролна јединица за посебне моделе (MSS)
К18	Паркинг грејање
К19	Грејач (KKLA/BKLA – SA)
К20	Дистрибутер CAN-B RBA право
К21	Дистрибутер CAN-B RBA лево
К22	Дистрибутер CAN-B Cockpit
К23	Ваздушни јастуци са интегрисаним системом позива ARMINCA
CAN Ц (погон и шасија)
К12	Прекидач за паљење (EZS)
К13	Контролна табла (KI)
К24	Електронска контрола преноса (EGS или KGS)
К25	Контролна јединица мотора (MSG)
К26	Електронска јединица мењача (EMW)
К27	Дистрибутер CAN Класа-C RBA лево
К28	Електронски систем против клизања (ESP)
Није укључено у мрежу SG
К29	Аутоматско подешавање опсега светлости (ALWR)
К30	TV-тјунер

Елементи повезани на оптичку магистралу D2B

D2B (Аудио/Комуникација/Навигација)
Оптички кабл
К14	COMMAND/аудио 10/аудио 30/аудио 30 APS
К31	Телефонски систем (MINNA, хитни позив)
К32	Уређај за управљање гласом Linguatronic (SBS)
К33	Контролер мобилног телефона (интерфејс)
К34	Појачало звука
К35	CD-мењач
Није све приказано
A2	Радио или касетофон
A2/6	CD мењач
A40/3	Дисплеј и контролна јединица за рад система COMAND
A2/13	Појачало звука
A35/11	Контролна јединица система гласовне контроле
A59/1	Интерфејс D2B за мобилни/уграђени телефон
A35	Примопредајник за мобилни телефон (CTEL)/системи за хитне позиве TELE AID
A35/8	Контролна јединица TELE AID
A, B, C	Везе
M1	Оптички кабл 1
M2	Оптички кабл 2
M3	Оптички кабл 3
M4	Оптички кабл 4
M5	Оптички кабл 5
M6	Оптички кабл 6
M7	Оптички кабл 7
ws	Бели уметак
rt	Црвени уметак