moisesrodriguez: Informe Mes de Septiembre

CAN-BUS:

CAN (Controller Area Network), es un protocolo de comunicaciones desarrollado por la firma alemana Robert Bosch GmbH, basado en una topología bus para la transmisión de mensajes en ambientes distribuidos, además ofrece una solución a la gestión de la comunicación entre múltiples CPUs (unidades centrales de proceso).

OBJETIVO:

Este informe se hace con la finalidad de dar a conocer la red can-bus, con este informe podremos saber como fue la necesidad de encontrar o aplicar esta red, su funcionalidad, sus ventajas, su modo de transmisión de datos y su velocidad, sus protocolos de funcionalidad etc.
Con esto nos ayudara a conocer una nueva red util que nos ayudara a nuestro desarrollo profesional.

INDICE:

FUNCIONAMIENTO.
CARACTERÍSTICAS.
TRANSMISIÓN DE DATOS.
COMPONENTES DEL CAN BUS.
DATOS DE TRANSMISIÓN.
PROTOCOLO DE COMUNICACIONES CAN.
DETECCIÓN Y SEÑALIZACION DE ERRORES
TIPOS DE TRAMAS.
IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA
RESUMEN.
MAPA MENTAL.
REFERENCIAS

DESARROLLO:

1, FUNCIONAMIENTO:

La transmisión de datos a través del CAN-Bus funciona de un modo parecido al de una conferencia telefónica. Una unidad de control modula sus datos, introduciéndolos en la red, mientras que los demás coescuchan estos datos. Para ciertos abonados resultan interesantes estos datos, en virtud de lo cual los utilizan. A otras unidades de control pueden no interesarles esos datos específicos.

Inicialmente se pensó en el como bus de campo, pero donde realmente encontró utilidad fué en el sector del automóvil, para interconectar el bus de confor, seguridad, etc. El Mercedes Clase E fue el primer coche en incorporar el bus CAN,

El protocolo de comunicaciones CAN proporciona los siguientes beneficios:

Es un protocolo de comunicaciones normalizado, con lo que se simplifica y economiza la tarea de comunicar subsistemas de diferentes fabricantes sobre una red común o bus.

El procesador anfitrión (host) delega la carga de comunicaciones a un periférico inteligente, por lo tanto el procesador anfitrión dispone de mayor tiempo para ejecutar sus propias tareas.

Al ser una red multiplexada, reduce considerablemente el cableado y elimina las conexiones punto a punto.

Para simplificar aun más la electrónica del coche se puede utilizar una subred más simple, que se conecta a la red CAN, llamada LIN.

En el área de la tracción forman un sistema global:

La unidad de control del motor
La unidad de control para cambio automático
La unidad de control ABS

En el área de confort constituyen un sistema global:

La unidad de control central
Las unidades de control de puertas

2. CARACTERÍSTICAS:

La comunicación está basada en mensajes y no en direcciones.
Un mensaje es diferenciado por el campo llamado identificador, que no indica el destino del mensaje, pero sí describe el contenido del mismo.
No hay un sistema de direccionamiento de los nodos en el sentido convencional. Los mensajes se envían según su prioridad.
La prioridad entre los mensajes la define el identificador. Se trata de una prioridad para el acceso al bus.
Es un sistema multimaestro. Cuando el bus está libre, cualquier nodo puede empezar la transmisión de un mensaje, y el mensaje con mayor prioridad gana la arbitración del bus.
Todos los nodos CAN son capaces de transmitir y recibir datos y varios pueden acceder al bus de datos simultáneamente.
Un nodo emisor envía el mensaje a todos los nodos de la red, cada nodo, según el identificador del mensaje, lo filtra y decide si debe procesarlo inmediatamente o descartarlo. Como consecuencia el sistema se convierte en multicast en el cual un mensaje puede estar dirigido a varios nodos al mismo tiempo.

3. TRANSMISIÓN DE DATOS:
En este momento hay dos tipos de posibilidades:

1. Cada información se intercambia a través de un cable propio.
Como pueden ver para cada información se necesita un cable propio. Por lo tanto, con cada información adicional crece también la cantidad de cables y pines en las unidades de control. Por ese motivo, este tipo de transmisión de datos sólo es practicable con una cantidad limitada de informaciones a intercambiar.

En la imagen anterior se ilustra la informacion que se transmite através de un cable propio, esto quiere decir que se necesitaran 5 cables.

2. Toda la información se intercambia a través de dos cables como máximo, que constituyen el CAN-Bus entre las unidades de control.
Con el CAN-Bus se transmite toda la información a través de dos cables. En ambos cables bidireccionales del CAN-Bus se transmiten los mismos datos.
Con este tipo de transmisión de datos se maneja toda la información a través de dos cables. Independientemente de la cantidad de unidades de control abonadas y de la cantidad de información transmitida. Por ese motivo es conveniente transmitir los datos con un CAN-Bus cuando se intercambia una gran cantidad de información entre las unidades de control.

4. COMPONENTES DEL CAN BUS:

Consta de un controlador, un transceptor, dos elementos finales del bus y dos cables para la transmisión de datos. Con excepción de los cables del bus, todos los componentes están alojados en las unidades de control.

En el funcionamiento conocido de las unidades de control no se ha modificado nada.

Controlador CAN:

Recibe del microprocesador, en la unidad de control, los datos que han de ser transmitidos. Los acondiciona y los pasa al transceptor CAN. Asimismo recibe los datos procedentes del transceptor CAN, los acondiciona asimismo y los pasa al microprocesador en la unidad de control.

Transceptor CAN:

(Transmisor-receptor) Transforma los datos del controlador CAN en señales eléctricas y transmite éstas sobre los cables del CAN-Bus. Asimismo recibe los datos y los transforma para el controlador CAN.

Elemento final del bus de datos (Terminadores):

Es una resistencia (Casi siempre de 120Ω, aunque las resistencias de terminación no necesariamente son de aprox. 120 Ω, depende de la topología específica del ramal de cables). Evita que los datos transmitidos sean devueltos en forma de eco de los extremos de los cables y que se falsifiquen los datos.

Cables del bus de datos:

Funcionan de forma bidireccional y sirven para la transmisión de los datos. Se denominan con las designaciones CAN-High (señales de nivel lógico alto) y CAN-Low (señales de nivel lógico bajo).

5. DATOS DE TRANSMISIÓN:

Longitud máxima de 1000m (a 40Kbps).
Velocidad máxima de 1Mbps (con una longitud de 40m)
En los coches se uTIliza a 125kbit/s y a 500kbit/s.

Conexiones:
• Único hilo
• Dos hilos diferenciales
• Fibra óp:ca, etc.

6. PROTOCOLO DE COMUNICACIONES CAN:

Fue desarrollado, inicialmente para aplicaciones en los automóviles y por lo tanto la plataforma del protocolo es resultado de las necesidades existentes en el área de la automoción.
La Organización Internacional para la Estandarización (ISO, International Organization for Standarization) define dos tipos de redes CAN: una red de alta velocidad (hasta 1 Mbps), bajo el estándar ISO 11898-2, destinada para controlar el motor e interconectar la unidades de control electrónico (ECU); y una red de baja velocidad tolerante a fallos (menor o igual a 125 Kbps), bajo el estándar ISO 11519-2/ISO 11898-3, dedicada a la comunicación de los dispositivos electrónicos internos de un automóvil como son control de puertas, techo corredizo, luces y asientos.
CAN es un protocolo de comunicaciones serie que soporta control distribuido en tiempo real con un alto nivel de seguridad y multiplexación. El establecimiento de una red CAN para interconectar los dispositivos electrónicos internos de un vehículo tiene la finalidad de sustituir o eliminar el cableado. Las ECUs, sensores, sistemas antideslizantes, etc. se conectan mediante una red CAN a velocidades de transferencia de datos de hasta 1 Mbps. De todas las características eléctricas que define la capa física, es importante conocer los denominados niveles lógicos del bus. Al tratarse de un bus diferencial, éste está formado por dos señales y la diferencia que existe entre estas dos señales determinan el estado del bus. Por tanto, el CAN dispone de dos niveles lógicos. Normalmente en los sistemas digitales de dos niveles se conocen estos dos estados por nivel alto y nivel bajo, sin embargo en este caso se denominan nivel dominante y nivel recesivo:

Dominante. La tensión diferencial entre los pines de comunicación (CAN_H - CAN_L) ha de ser del orden de 2 V. Para conseguir esto es necesario que CAN_H tenga 3,5 V y CAN_L sea de 1,5 V (nominales). De hecho, si el voltaje de la línea CAN_H es al menos 0,9 V mayor que CAN_L, entonces ya se detectará la condición de bit dominante.

Recesivo. La tensión diferencial entre los pines de comunicación (CAN_H - CAN_L) ha de ser del orden de 0 V. Para conseguir esto es necesario que CAN_H y CAN_L tengan 2,5 V (nominales). Aunque realmente el bus detectará una condición de recesivo si el voltaje de la línea CAN_H no es más alto que el voltaje de la línea CAN_L más 0,5 V.

7. DETECCIÓN Y SEÑALIZACIÓN DE ERRORES:

Trama de error:
Son generadas por cualquier nodo que detecte un error definido. Es una trama de dos campos, por un lado el Flag de error y por otro el delimitador. Éste último consiste en 8 bits recesivos consecutivos que le permite a los nodos iniciar limpiamente la transmisión.
El formato de esta trama es el siguiente:

La condición o indicador de error será distinto según el estado o flag de error del nodo que detecte el error. Existen dos estados o flags de error de nodo: "Activo" y "Pasivo".

El Activo consiste en seis bits dominantes consecutivos y el Pasivo consiste en seis bits recesivos consecutivos, a no ser que estén sobrescritos por otros bits dominantes de otros nodos. Si un nodo en estado de error "Activo" detecta un error en el bus interrumpe la comunicación del mensaje en proceso generando un "Indicador o Condición de error activo" que consiste, como ya se ha comentado antes, en una secuencia de 6 bits dominantes sucesivos y continuos.

Si un nodo en estado de error "Pasivo" detecta un error, el nodo transmite un "Indicador o Condición de error pasivo" seguido, de nuevo, por el campo delimitador de error. El indicador de error de tipo pasivo consiste en 6 bits recesivos seguidos y, por tanto, la trama de error para un nodo pasivo es una secuencia de 14 bits recesivos (6 del flag más 8 del delimitador). De aquí se deduce que la transmisión de una trama de error de tipo pasivo no afectará a ningún nodo en la red, excepto cuando el error es detectado por el propio nodo que está transmitiendo.

8. TIPOS DE TRAMAS:

Una vez vistas las tramas, se va proceder a ver como las utiliza el protocolo CAN para detectar los errores y señalizarlos. En el protocolo CAN se ha realizado un importante sistema de manejo de errores. Este sistema permite detectar errores en los mensajes que se transmiten para así en el caso que sea necesario se retransmitan los mensajes erróneos. Si un controlador del bus detecta un error, enviará un flag de error para avisar del mismo y así destruir el tráfico del bus. Los otros nodos posteriormente, detectarán un error debido a la violación de la regla del bit stuffing (relleno) en el flag de error y enviarán otros flags de error. El protocolo CAN define cinco tipos de detección de errores, dos de estos modos son al nivel de bit y el resto al nivel de trama:

Error de bit: Cuando un nodo está transmitiendo, éste monitoriza el nivel del bus y si el bit que lee en el bus no coincide con el que ha transmitido, es que se ha producido un error, así que se señala un "Error de bit". En el siguiente tiempo de bit el nodo transmisor envía una trama de error, entonces, la trama fallida será reenviada después del espacio de intermisión.

Error de Stuff: Como ya se pudo ver, este error detecta si dentro del área codificada por el método del bit stuffing, existen seis bits consecutivos del mismo nivel. El nodo que detecte esto, enviará una trama de error justo en el tiempo de bit siguiente al de detectar el sexto bit del mismo nivel. La trama fallida será retransmitida después del espacio de intermisión.

Error CRC: Tanto este método para detectar errores como los dos siguientes (ACK y Forma) se realizan mediante el chequeo de la misma trama de datos a través de los campos correspondientes. El CRC es un campo de las tramas que contiene un código de redundancia cíclica el cual comprueba si hubo errores en la recepción del mensaje. Con el CRC podemos detectar errores aleatorios en hasta 5 bits o una secuencia seguida de 15 bits corruptos. Si el CRC calcula en el nodo receptor no coincide con el CRC enviado (el que contiene la trama), entonces el receptor descarta el mensaje recibido y envía una trama de error, pidiendo una retransmisión de la trama.

Error ACK: Otro campo que se encuentra en las tramas. En esta ocasión se trata de dos bits que indican si el mensaje fue recibido satisfactoriamente. El nodo transmisor manda el ACK en recesivo esperando a que el nodo receptor lo sobrescriba en dominante, de lo contrario se le considera una trama corrupta y lo retransmitirá. Así, si el transmisor detecta un ACK positivo, es decir, un bit dominante durante el campo ACK, sabrá que al menos un nodo ha recibido correctamente el mensaje.

Error de forma: Algunas partes de los mensajes en CAN tienen formas fijas. Estas zonas son: el delimitador de CRC, el delimitador de ACK, EOF y el espacio de intermisión (IFS). Los bits de estas zonas deben ser recesivos. Si algún controlador de CAN detecta que alguno de estos bits es dominante, genera una Trama de Error porque se ha producido un "Error de forma", esta trama se enviará en el tiempo de bit siguiente al bit erróneo.

9. IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA:

10. RESUMEN:

Ante el incremento del numero de dispositivos electrónicos en los automóviles, las necesiadades de cableado y su complejidad fueron aumentando.

No tardo mucho en que se vió la posibilidad de conectar todos los dispositivos a un bus que debía de ser fiable, robusto, alta inmunidad al ruido, etc.

Además, el bus debía poder permitir altas velocidades de transmisión en entornos dificiles por la temperatura, vibraciones, interferencias, etc.

Este sistema esta diseñado para que los datos enviados atraves de los nodos vayan a su lugar de destino correcto esto por medio del identificador.
Este sistema es flexible en cuanto la configuración y tiene un método de detección de errores temporales o de fallos de los nodos, para una desconexión inmediata de ellos .
En cuanto a la transmisión se envía una trama remota de petición, y se contesta con otra trama. Ambas tienen el mismo identificador.
Cuando una trama de datos y una trama remota se inician al mismo tiempo prevalece la primera.
En todos los nodos CAN se implementan medidas especiales para la detección de errores, señalización y auto- chequeo como son el CRC,Bit Stuffing, Chequeo de trama de mensaje.

11.MAPA MENTAL: