le bus can le bus can e. derendinger. raisons et intérêts du bus can depuis les années 1960 la...
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Le Bus CANLe Bus CAN
E. DERENDINGER
Raisons et Intérêts du Bus CAN Raisons et Intérêts du Bus CAN
Depuis les années 1960 la longueur de câble utilisée dans l’automobile ne cesse de croître pour dépasser 2000 m en 1995. Le nombre des connexions atteint 1800 à cette même date. La fiabilité et la sécurité sont menacés.
Les normes en matière de pollution et de consommation d’énergie obligent les constructeurs à multiplier les capteurs et actionneurs intelligents dans leur véhicules accélérant ce processus de multiplication des câbles et connexion depuis une vingtaine d ’années.
Le besoin de sécurité accrue (ABS, ESP, AIR-BAG…) et la demande de confort (mémorisation des réglages de conduite, climatisation régulée par passager, système de navigation…) ne font que renforcer cette tendance.
La société BOSCH développe dès le début des années 1980 une solution de multiplexage des informations circulant à bord de la voiture. Le bus CAN apparaîtra et sera normalisé dans les années qui suivent (dès 1983).
Les composants CAN se démocratisent et investissent d’autres secteurs de l’industrie (moissoneuses, pelleteuse, médical, produits numériques, systèmes electrotechnique…). E. DERENDINGER
Applications du bus CANApplications du bus CAN
CAN
E. DERENDINGER
Topologie du bus CANTopologie du bus CAN
Câblage traditionnel
CANSimple&
Léger
2 câbles pour l’alimentation électrique 12 V DC
1 paire torsadée pour les transferts d’informations
E. DERENDINGER
Topologie du bus CANTopologie du bus CAN
Nœud 3
Nœud 2
CAN_H
CAN_L
Bus CAN
Nœud 1
Nœud 4
Nœud 4
Nœud 3
CAN_H
CAN_L
Bus CAN
Nœud 1
Nœud 7
Nœud 11
Nœud 21
Avantages• Configuration simple
• Câblage réduit
• Ordre des nœuds indifférent
Désavantages
• L’ensemble des nœuds est affecté en cas de défaut
• Une défaillance est plus délicate à diagnostiquer
• Outils de diagnostique et de maintenance spécialisés
E. DERENDINGER
Topologie du bus CANTopologie du bus CAN
Support de transmission
Codage de l ’information amplitude, timing, synchro
Codage des messages arbitrage, gestion erreurs
Applications constructeurs
Câbles électriques, fibres optiques, Liaisons infrarouges, liaison hertziennes
Niveaux des signaux : hauteur et largeur des bits portant l’information
Protocole de transmission
Définition d’un langage entre les composant CAN
Norme CAN
ISO 11898Haute vitesse
ISO 11519Basse vitesse
E. DERENDINGER
Bus CAN : codage de l’informationBus CAN : codage de l’information
Nœud 1 Nœud n
120120
CAN_H
CAN_L5
3
2
4
1
CAN_H
CAN_L
RecessifDomminant Dominant
Nœud 1 Nœud n
2.2K CAN_H
CAN_L
5
3
2
4
1
CAN_H
CAN_L
RecessifDominant Dominant
2.2K
3.25V
1.75V
ISO11898 : High Speed CAN
125Kbps - 1Mbps
ISO11519-2 : Low Speed CAN Fault Tolerant
-125Kbps
VCAN_H > VCAN_L + 0,5 V => 1 logique (récessif)
VCAN_H < VCAN_L + 0,5 V => 0 logique (dominant)E. DERENDINGER
Bus CAN : codage de l’informationBus CAN : codage de l’information
1 bit correspond à 32 coup d’horloge
La lecture du bit devra être faite au 20éme coup d’horloge
1bit = 4µs
Propagation Phase1Synch Phase2
Bit valide
32 time quantum
ISO11898 : High Speed CAN
25O Kbps
Quantum = 4 µs/32 = 125 ns -> Fhorloge = 1/125 10-9 = 8 Mhz
E. DERENDINGER
Bus CAN : codage des messagesBus CAN : codage des messagesCAN 2.0 A
Le bus CAN est libre : état récéssif depuis au moins 10 bits consécutifs
Bit de début de message état dominant pendant 1bit
Bits d’arbitration du bus CAN et d’identification du message (11 bits)
Bit dominant pour un envoi de données
Bit récessif pour une demande de données
2 bits réservés + 4 bits spécifiant la longeur du champ de données (compris entre 0 et 8)
0 à 8 octets de données soit 0 à 64 bits
Les mots sont emis en commençant par le poids fort
4µs
4µs
2 à
3 V
E. DERENDINGER
Bus CAN : codage des messagesBus CAN : codage des messagesCAN 2.0 A Aquisition d’une trame avec un oscilloscope de terrain
E. DERENDINGER
Bus CAN : codage des messagesBus CAN : codage des messagesCAN 2.0 A
0 à 8 octets de données soit 0 à 64 bits
Bits de contrôle de transmission des données (15 bits de CRC + 1 délimiteur)
Bit d’accusé de réception l’emmetteur envoi un récessif qui doit être écrasé par le dominant du nœud ayant interprété le message
Bit délimiteur de réception
Les donnée sont emises dans l’ordre 1ere, 2nd, 3eme etc
Fin de message : état récéssif de 7 bits consécutifs
Entre deux messages 3 bits récéssifs au minimum
E. DERENDINGER
Bus CAN : codage des messagesBus CAN : codage des messagesCAN 2.0 A
11
38D
0 1 1 1 0 1 1 10 0 0
IDENTIFIANT
Bit
de
dé
bu
t d
e m
es
sa
ge
Exemple envoi de 5 données sans synchronisation (stuffing) et sans arbitrage
4µs
5 3A 2FB
it d
om
ina
nt
po
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un
en
vo
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on
né
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0
1er b
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11
bit
s)
2n
d b
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erv
é N
ON
UT
ILIS
E NOMBRE
1 10 0 0
DONNEE N°1 DONNEE N°2
1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0
CALCULATRICEE. DERENDINGER
Bus CAN : codage des messagesBus CAN : codage des messagesCAN 2.0 A
1 0 1 1 10 0 0
Exemple envoi de 5 données sans synchronisation (stuffing) et sans arbitrage
CHAMP DE VERIFICATION CRC
1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
3A
DONNEE N°5
1 1 1 10 0 0 0
Bit
d’a
cc
us
é d
e r
éc
ep
tio
n
Dé
lim
ite
ur
du
ch
am
p d
e C
RC
Bit
dé
lim
ite
ur
de
ré
ce
pti
on Fin de message : état récéssif de
7 bits consécutifs + délais inter-trame de 3 bits minimum
CALCULATRICEE. DERENDINGER
Bus CAN : codage des messagesBus CAN : codage des messagesCAN 2.0 A Exemple d’arbitrage
11 0 1 1 1 0 1 1 10 0 00
11 0 1 1 1 0 1 1 10 0 00
11 0 1 1 1 1 1 1 10 0 00
11 0 1 1 1 0 1 1 10 0 00
EMETTEUR
RECEPTEUR
NŒUD N°1
EMETTEUR
RECEPTEUR
NŒUD N°2
Deux emetteurs (nœud n°1 et nœud n°2) prennent le bus au même moment. Le premier présentant un bit récessif sur le bus devra laisser le bus à l’autre.Dans l’exemple ci-contre le nœud n°2 laisse le bus au nœud n°1 au 5ème bit car il voit qu’il n’y a pas coïncidence entre ce qu’il emmet et ce qu’il lit sur le bus. Il en déduit qu’un emetteur plus prioritaire est aussi sur le bus et cesse d’émettre immédiatement. Il continue tout de même à lire le message et, dès que le bus sera libre il fera une nouvelle tentative d’émission.E. DERENDINGER
Bus CAN : codage des messagesBus CAN : codage des messagesCAN 2.0 A Ajout d’un bit de synchronisation ``stuffing’’
Lorsque 5 bits consécutifs sont au même état logique l’émetteur ajoute 1 bit de resynchronisation que les recepteurs ne prendront pas en considération. Ce bit de “stuffing” en noir prend l’état opposé aux 5 bits qui le précédent.
11 0 1 1 1 0 0 0 10 0 S
38D
IDENTIFIANT
4µs
3 FF
DONNEE N°1NOMBRE
1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 1 1 1 1100 S S S
CALCULATRICEE. DERENDINGER
Bus CAN : outils d’investigationBus CAN : outils d’investigation
CAN Bus
Analyseur de protocole
B.S.I. testeur
Traceur de données
Oscilloscope numérique
Outil : CVX 200 ou MUXTESTER
Outil : Diag 2000 de PSA
Outil : CANscope ou CAN bus signal analyser
Outil : MUXTRACE ou CANalyser + Carte CAN
E. DERENDINGER
Bus CAN : analyseur de protocoleBus CAN : analyseur de protocoleAnalyse de l’état du bus avec un outil de terrain
Node 1Node nMax. 30
120120
CAN_H
CAN_L
ANALYSEURProtocole
E. DERENDINGER
Bus CAN : traceur de donnéesBus CAN : traceur de donnéesObservation des échanges sur le bus avec une carte spécialisée
Node 1Node nMax. 30
120120
CAN_H
CAN_L
TRACEUR
E. DERENDINGER
Bus CAN : oscilloscope numériqueBus CAN : oscilloscope numérique
Node 1Node nMax. 30
120120
CAN_H
CAN_L
+
-
Differential probe
Mesure des tensions différentielles
Dominant : Low level 0
Recessive : High level 1
Observation des signaux et des échanges sur le bus
E. DERENDINGER
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