شبکه محلی کنترلر

شبکه محلی کنترلر

اسلاید 1: شبکه محلی کنترلر Controller Area Network (CAN)

اسلاید 2: فهرست مطالبتاریخچهنياز به ارتباط سريال در وسايل نقليهاستفاده از شبکه CAN در وسايل نقليهکاربردهای صنعتی شبکه CANنحوه عملکرد شبکه CANپيغامهای CAN با فرمت توسعه يافتهپياده سازی پروتکل CANاتصال فيزيکی CAN

اسلاید 3: تاریخچهمعرفی توسط Robert Bosch در مجمع مهندسین خودرو (SAE) در سال 1986 با نام “Automotive Serial Controller area Network”استفاده برای ماشینهای بافندگی از سال 1990ساخت اولین چیپ CAN در سال 1987 توسط شرکت Intelادامه ساخت چیپهای CAN توسط شرکتهای Phillips Semiconductors، Motorola، NEC و امروز 15 شرکت قطعات نیمه هادی چیپهای CAN را تولید می کنند.انتشار استاندارد 11898ISO در سال 1993 جهت تعریف CAN برای استفاده صنعتیتشکیل گروه CAN in Automation (CiA) در سال 1992تعریف پروتکل برای ارسال برنامه ریزی شده پیغامهای CAN تحت عنوان Time Triggered CAN (TTCAN) در سال 2000.

اسلاید 4: نياز به ارتباط سريال در وسايل نقليهرشد سیستمهای کنترل الکترونیکی خودرو به دلیل نیاز به امنیت و راحتی بیشتر و کاهش مصرف انرژیکاربرد سیستمهای کنترل خودرو: تنظیم زمان موتور، جعبه دنده، کنترل سوپاپ کاربراتور، سیستم ضد قفل (ABS)، کنترل گیر شتاب (ASC)نیاز به تبادل اطلاعات با پیچیده شدن اعمال انجام شده در سیستمهااتصال ایستگاهها (کنترلرها، سنسورها و محرکها) با باس سریالپروتوکل CANمربوط به لایه دیتا لینک در مدل مرجع ISO/OSIمزایا: شناسایی و اصلاح خطاهای ارسال، ساختار ساده و عیب یابی مرکزیهدف: امکان ارتباط هر استگاه با دیگری بدون گذاشتن بار زیاد روی کامپیوتر کنترلر

اسلاید 5: استفاده از شبکه CAN در وسايل نقليهچهار کاربرد اصلی با نیازها و اهداف مختلفکنترلرهای شبکه ای برای تنظیم زمان موتور، انتقال، شاسی و ترمزها، (نرخ دیتا حدود 200kbit/s تا 1Mbit/s) اجزای شبکه دستگاههای الکترونیکی شاسی و دستگاههای الکترونیکی که راحتی خودرو را بیشتر می کند، مانند کنترل نور، تهویه هوا، قفل مرکزی، تنظیم صندلی وآینه استفاده از ارتباط سریال در ارتباط موبایل جهت اتصال اجزایی مانند رادیوها، تلفنها و سیستم ناوبری خودرو عیب یابی با استفاده از مدار واسطه بر طبق ISO9141

اسلاید 6: کاربردهای صنعتی شبکه CANمقایسه نیازمندیهای مطلوب سیستمهای باس وسیله نقلیه و سیستمهای فیلدباس صنعتی:هزینه کمعملکرد در محیط الکتریکی سخت و خشنقابلیتهای بالای real-time سهولت استفادهاستفاده استاندارد از CAN در کلاس s مرسدس بنز و تطبیق آن با کارخانجات صنعتی خودرو ایالات متحده برای ارسالات سریع تا 1Mbit/s ماشن آلات و تجهیزات کارخانجات موبایل، کشاورزی و کشتیرانیدستگاههای پزشکی، ماشینهای بافندگی و کنترل آسانسورگروههای سازندگان و استفاده کنندگان تکنولوژی CANCAN Textile Users GroupCAN in Automation

اسلاید 7: نحوه عملکرد شبکه CANتبادل اطلاعاتداوری غیر مخرب به طریق بیت (non destructive bitwise arbitration)کارایی تخصیص باسفرمتهای فریم پیغامخطاهای شناسایی و سیگنالینگقابلیت اعتماد دیتای پروتکل CAN

اسلاید 8: اصول تبادل دیتاعدم مشخص کردن آدرس ایستگاه هنگام ارسال دیتا با CAN معرفی محتوا (مانند سرعت یا دمای موتور) و تعیین اولویت یک پیغام با یک شناسه منحصر به فرد در شبکه برای تعیین اختصاص باس در زمان رقابت ایستگاههامراحل تبادل دیتاMake ready: رد کردن دیتای ارسالی و شناسه ها به چیپ CANSend Message: بازسازی و ارسال پیغام توسط چیپ CAN به محض دریافت تخصیص باسReceive Message: تمام ایستگاههای دیگر به عنوان گیرنده پیغام خواهند بود.Select: هر ایستگاهی که به درستی پیغام را دریافت کرده است بررسی می کند که آیا دیتای دریافتی مربوط به ان ایستگاه است؟Accept: در صورت دارای اهمیت بودن دیتا برای ایستگاه پردازش می شود.

اسلاید 9: ارسال Broadcast و فیلتر کردن پذیرش توسط گرههای CAN

اسلاید 10: مزایای اصول تبادل دیتا در CANانعطاف پذیری زیاد سیستم و ساختار به دلیل آدرس دهی بر اساس محتواامکان اضافه کردن راحت ایستگاهها به شبکه بدون اصلاحات سخت افزاری یا نرم افزاری پشتیبانی از اجزای الکترونیکی مدولار امکان داشتن چند گیرنده (broad cast, multi cast)امکان ارسال اندازه گیریها با شبکه و عدم نیاز به سنسور مجزا برای هر کنترلر

اسلاید 11: داوری غیر مخرب به طریق بیت (non destructive bitwise arbitration)ضرورت تبدل پیغامها در شبکه متفاوت است. کمیتها با تغییرات سریع (مانند بار موتور) نسبت به کمیتهای آهسته (مانند دمای موتور) دارای اولویت بیشتر ارسال می باشند.شناسه با عدد باینری کوچکتر دارای اولویت بیشتر است.مکانیزم wired andحالت غالب dominant: 0 منطقیحالت غیر غالب recessive: 1 منطقیدر رقابت جهت تخصیص باس ایستگاهها با ارسال بیت غیر غالب و مشاهده بیت غالب حذف می شوند.

اسلاید 12: داوری غیر مخرب به طریق بیت (non destructive bitwise arbitration)

اسلاید 13: کارایی تخصیص باسروشهای تخصیص باستخصیص با برنامه زمانی ثابت مانند token slot و token passingتخصیص بر حسب نیاز: بر اساس درخواستهای ارسالCSMA, CSMA/CD, flying master, round robin, bitwise arbitrationروش دسترسی باسغیر مخربمخرب

اسلاید 14: فرمتهای فریم پیغامپشتیبانی از دو فرمت فريم پيغامتفاوت اصلی در طول شناسه (ID)فرمت استانداردطول شناسه: 11 بیتفرمت طولانی (Extended)طول شناسه: 29 بیت

اسلاید 15: فرمت استاندارد فریم پیغامشامل هفت فيلد اصلیداوری (Arbitration) کنترل (Control)دیتا (Data)کد چرخشی (CRC) تصدیق (Ack)پایان (End of Frame)وقفه (Intermission)فیلد کنترلRemote transmission request (RTR)مشخص کننده فریم درخواست بدون بايتهای ديتاIdentifier extension (IDE)مشخص کننده فرمت استاندارد یا طولانیDLCتعداد بايتهای ديتا در فیلد ديتا

اسلاید 16: شناسايی خطاانجام سه مکانيزم در سطح پيغامCyclic Redundancy Check (CRC): محاسبه دوباره بیتها در گیرنده و مقایسه با بیتهای دریافتیFrame check: مقايسه فیلدهای بیت با فرمت ثابتACK errors: عدم دريافت تصديق توسط فرستندهانجام دو مکانیزم در سطح بیتMonitoring: مقایسه بیت ارسالی با بيت دريافتیBit stuffing: قرار دادن بیت با مقدار مکمل بعد از پنج بیت مساوی

اسلاید 17: قابلیت اعتماد دیتا در پروتکل CANهدف: جلوگیری از هر گونه موقعیت خطرناک برای راننده ناشی از تبادل ديتا در طول عمر خودرودسترسی به هدف در صورت بالا بودن قابلیت اعتماد دیتا یا کم بودن احتمال خطای باقیمانده قابلیت اعتماد در مورد دیتای سیستمهای باس: توانایی برای شناسایی دیتای خراب شده با عوامل ارسال

اسلاید 18: پيغامهای CAN با فرمت طولانیمعرفی شناساگر 29 بيتی، 11 بیت پایه و 18 بیت توسعه یافتهدو فرمت پیغام: استاندارد (2.0A) و توسعه یافته (2.0B)پیغام استاندارد نسبت به توسعه یافته اولویت دارد.کنترلرهای CAN که از فرمت طولانی پشتیبانی می کنند می توانند در فرمت استاندار پیغامها را ارسال و دریافت کنند.بیت IDE به صورت غالب در فرمت استاندارد و غیر غالب در فرمت طولانی می باشد.مقدار بیت RTR برحسب دیتای ارسالی یا درخواست پیغام خاص تعیین می شود.در فرمت طولانی برای دادن اولویت به پیغامهای فرمت استاندارد SRS به صورت غیر غالب ارسال می شود.

اسلاید 19: پيغامهای CAN با فرمت طولانی

اسلاید 20: پياده سازی پروتکل CANکنترلر CAN با بافر واسطهيک بافر فرستنده و دو بافر گيرندههزينه ساخت کمفضای کوچک چيپقبول تمام موارد در شبکه CANکنترلر CAN با حافظه خارجیسه بخش: شناسايی کننده، کد طول ديتا، ديتای مفيد اصلیفضای چيپ بزرگترهزينه بالااداره تعداد محدودی چيپ کنترلرهای برده CAN برای عمليات ورودی و خروجیSLIO (serial Link I/O)اداره با CAN Master

اسلاید 21: اتصالات فيريکی شبکه CANاستفاده از مدارات و چیپهای درايور بر طبق ISO 11898تعیین اتصالات مکانيکی (کابلها و کانکتورها) توسط International users and manufactures group (CiA)

اسلاید 22: اتصالات فيزيکی CAN طبق ISO11898

اسلاید 23: حالتهای dominant و recessiveRecessive state: CAN_L = CAN_H = 2.5VDominant state: CAN_L = 1.5V, CAN_H = 3.5V

اسلاید 24: بخش کنترل الکترونیکی Electron Control Unit (ECU)

اسلاید 25: اتصال اجزای کنترل الکترونیکی به شبکه CANECU 1ECU 2CAN_HCAN_LTBC_PWRTerminatorTerminatorTBC_RTNCAN_HCAN_LCAN_H

اسلاید 26: مقایسه سیم کشی معمولی و باس سريال

اسلاید 27: ماکزیمم نرخ بیت بر حسب طول باس