CAN

busz can en: control area network

A CAN buszt eredetileg a Robert Bosch GmbH feljesztette ki Zuffenhausenben, 1983-ban. A protokoll hivatalos bemutatója 1986-ban történt meg, a Society of Automotive Engineers (SAE) kongresszuson, Detroit-ban (Michigan). Az első CAN vezérlő chipet 1987-ben dobta piacra az Intel - Philips duó. A Bosch által továbbfejlesztett változat 1991-ben debütált CAN 2.0 néven. A CAN teljesíti az amerikai OBD-II jármű diagnoszikai standard előírásait, mely 1996-tól érvényes az USA-ban, és az EOBD standard-ot, mely az európai benzinüzemű járművekre 2001-től, dízelekre pedig 2004-től alkalmazható.

A CAN célja elsősorban az volt, hogy az akkoriban robbanásszerűen fejlődő autoipar rendszer-decentralizációs törekvéseihez megbízható eszközként szolgáljon, ezért az alábbi célkitűzéseknek kellett megfelelnie:

nagy üzembiztonság, akár szélsőségek körülmények között is
igen rövid ciklusidő, viszonylag magas átviteli sebesség mellett
minimális adatmennyiség továbbítása
broadcasting támogatás
gyors és egyszerű átkonfigurálás lehetősége
alacsony ár

Az ambíciózus tervek ellenére a CAN busz rendesen megállta a helyét, jelenleg is folyamatosan fejlesztik, és a járműiparban egyeduralkodóvá nőtte ki magát. Nagyon gyakran kerül olyan gyártósorokon, technológiai rendszerekben is alkalmazásra, ahol a kis mennyiségű adat rövid ciklusidővel való továbbítása az elsődleges szempont, bár napjainkban ezt a pozícióját rendesen szorongatja a Profinet.

A CAN busz egy multi-master broadcast serial busz, melynek elsődleges feladata az ECU-k (electronic control units) összekapcsolása. Egy autóban jelenleg akár 70 ECU is lehet. A legnagyobb ezek közül szinte mindig a motor ECU-ja, de jellemzően az ajtóknak, fékeknek, világításnak, műszereknek, , az airbag-nek, az audio-rendszernek és a riasztónak is saját ECU-ja van.

A CAN-busznak rögtön két protokollja is létezik, a gyors ISO 11898 és a lassú 11519-2. A két protokoll csak a fizikai szinteken tér el egymástól - ergo vezetéken összekötve nem kompatibilisak. A CAN-ekre alkalmazott OSI táblázat ezáltal így néz ki:

Az OSI-ról bővebbenitt olvashat.

réteg	name	név	al-réteg	egységek	normák
7	Application layer	Alkalmazási réteg
6	Presentation Layer	Megjelenítési réteg
5	Session Layer	Viszonylati réteg
4	Transport Layer	Forgalmazási réteg		Retransmission control	nincs standardizálva az ISO 11898 és ISO11519-2 által

3	Network Layer	Hálózati Réteg
2	Data Link Layer	Adatkapcsolati réteg	LLC	Received message selection Overload notification Error recovery	Ezek a szintek azonos módon kerültek definiálásra a ISO11898-ban és az ISO11519-2-ben.
MAC	Message framing Connection control method Arbitration for data collision Spread of failure suppression function Error notification Error detection Response method Communication method
1	Physical Layer	Fizikai réteg	PLS	Bit encoding (NRZ) Bit timing Synchronization method
PMA		A két alsó szint eltérő módon került definiálásra a ISO11898-ban és az ISO11519-2-ben.
MDI
		A fizikai átviteli közeg nincs standardizálva

alréteg megnevezések:

LLC: Logical Link Control
MAC: Medium Access Control
PLS: Physical Signaling Sub-layer
PMA: Physical Medium Attachment
MDI: Medium Dependent Interface

A gyakorlati különbségeket a következő fejezet fejti ki részleteiben.

A CAN Busz a jelátvitelhez két vezetéket alkalmaz, a CAN H és CAN L vezetéket (ellensodrott, esetleg árnyékolt). A zavarvédelem miatt az ezeken futó jelek ellenfázisúak, lásd egy kicsit lejjebb.

A CAN-Busz fizikai szintje két normával, az ISO11898 és ISO11519-2-vel definiálható. Ezeknek az összehasonlítása látható a lenti táblázatban.

Fizikai szintek	ISO 11898 (High speed)						ISO 11519-2 (Low speed)
Max. sebesség	1 Mbps						125 kbps
Jellemző sebesség	125 kbps - 1 Mbps						10 kbps - 125 kbps
Maximális távolság	40 m / 1 Mbps						1 km / 40 kbps
Állomások max. száma	30						20
busz topológia
	recesszív (1)			domináns (0)			recesszív (1)			domináns (0)
min	nom	max	min	nom	max	min	nom	max	min	nom	max
CAN_High ( V )	2,00	2,50	3,00	2,75	3,50	4,50	1,60	1,75	1,90	3,85	4,00	5,00
CAN_Low ( V )	2,00	2,50	3,00	0,50	1,50	2,25	3,10	3,25	3,40	0,00	1,00	1,15
Pot.diff H-L (V)	-0,50	0	0,05	1,50	2,00	3,00	-0,30	-1,50	-	0,30	3,00	-
Technikai jellemzők	UTP vagy FTP Zárt (LOOP) busz Z = 120 Ω busz fajlagos ellenállás: 70 MΩ/m busz késleltetési idő: 5 ns/m véglezárás: 120 Ω (Min. 85 Ω, Max. 130 Ω)						UTP vagy FTP Nyitott (OPEN) busz Z = 120 Ω busz fajlagos ellenállás: 90 MΩ/m busz késleltetési idő: 5 ns/m véglezárás: 2.20 Ω (Min. 2.09 Ω, Max. 2.31 Ω) CAN_L és GND kapacitás: 30 pF/m CAN_H és GND kapacitás: 30 pF/m

ISO 11898 (High speed)	ISO 11519-2 (Low speed)
jelszintek

kötésrajz

A zavarvédelem miatt a CAN_L, CAN-H vezetékeken futó jelek ellenfázisúak, azonos szingálokra ellenkező feszültségszint irányokba térnek ki.

Az eddig ismertetett két CAN szabvány ( ISO 11898 és ISO11519-2) szerencsére csak a fizikai szint egy részén térnek el, a táviratok felépítését tartalmazó adatkapcsolati réteg szerencsére mindkét esetben azonos.

Normál üzenetkeret
Kibővített üzenetkeret
Kérés üzenetkeret
Hiba üzenetkeret
Túlterheltség üzenetkeret

en: Base frame format

Mező neve	Hossza (bit)	Értéke	Leírás
Start-of-frame (SOF)	1	0	Az adatátvitel megkezdését jelző bit. Ennek értéke fix 0. A buszon alapból 1-es érték van kinn, így ennek a lehúzása jelzi az átvitel kezdetét.
Identifier (Arbitrációs mező)	11	-	Arbitrációs mező.
Remote transmission request (RTR)	1	0	Kérés üzenetkeret jelzése. Ez esetben inaktív.
Identifier extension bit (IDE)	1	0	Nem bővitett telegram.
Reserved bit (r0)	1	0	Tartalék bit.
Data length code (DLC)*	4	0..8	Adatbájtok száma
Data field (Adatmező)	0-8 byte		Adatmező (hosszát a DLC mező definiálja)
CRC	15		Cyclic Redundancy Check : ellenőrző kód
CRC delimiter	1	1
ACK slot	1		Nyugtázó bit
ACK delimiter	1	1
End-of-frame (EOF)	7	1 (7×)

en: Extended frame format

Mező neve	Hossza (bit)	Értéke	Leírás
Start-of-frame (SOF)	1	0	Az adatátvitel megkezdését jelző bit. Ennek értéke fix 0. A buszon alapból 1-es érték van kinn, így ennek a lehúzása jelzi az átvitel kezdetét.
Identifier A	11		Arbitrációs mező. Bővebb leírásaitt található.
Substitute remote request (SRR)	1	1	Buszvonalon egyszerre lehet normál és kibővített üzenetfajta, SRR bit csak akkor írható át dominánsra, ha az első 11 arbitrációs bit alapján a kérő a legmagasabb prioritású és adni akar: SRR=0, a verseny eldőlt, a többiek csak vevők lehetnek, de ha csak adatkérő, akkor a verseny folytatódik (SRR=1), IDE értéke mutatja, hogy az arbitrációs mező (verseny) folytatódik-e a kibővített formátumú állomások között. A kibővített formátumú állomás akkor nyerhet, ha adatokat akar küldeni (RTR=0), de ha RTR=1, akkor az alaprendszer adatkérése a győztes. Tehát a kettős üzemmód esetén az alapváltozat üzenetei élveznek prioritást a bővített változattal szemben.
Identifier extension bit (IDE)	1	1	Bővített telegramm jelzése.
Identifier B	18		Az arbitációs mező második része.
Remote transmission request (RTR)	1	0
Reserved bits (r0, r1)	2	0	Tartalék bitek
Data length code (DLC)*	4	0..8	Adatbájtok száma
Data field	0-8 byte		Adatmező (hosszát a DLC mező definiálja)
CRC	15		Cyclic Redundancy Check : ellenőrző kód
CRC delimiter	1	1
ACK slot	1		Nyugtázó bit
ACK delimiter	1	1
End-of-frame (EOF)	7	1 (7×)

en: arbitration, hu: döntőbíráskodás

Ez az eljárás a CSMA/CR közeghozzáférési eljárás része. Feladata eldönteni, hogy melyik állomás (node) forgalmazhat. Az eljárás akkor élesedik, amikor több állomás nagyjából egyszerre kezd adni. A CSMA/CR egyidejűleg csak egy állomásnak engedi meg a forgalmazást, de ehhez meg kell tudni állapítani, hogy melyiküknek magasabb a prioritása (alacsonyabb az Identifier értéke). Az Identifier mező hossza normál üzenetkeret esetén 11 bit (2048 azonosító kód), kibővített üzenetkeret esén 29 bit (536 870 912 azonosító kód). A fenti esetben 3 versenyző (node) kezd vetélkedni az adás jogáért. Az SOF (start of frame) után mindhárom egyidejűleg kezdi adni a saját azonosító kódját, és figyelik, hogy mi történik a buszon. Ha bármelyikük 0-t ad, az domináns adásnak számít, azaz elnyomja a többiek recesszív „1”-es értékét. Először a node 2 adja fel a meccset az 5. azonosító bitnél, mert a saját recesszív értékével szemben a buszon egy domináns jelet lát, így innen visszalép, csak hallgatózik a továbbiakban. A node 1 a 2. bitnél dobja be a törölközőt, mert a buszról visszaolvasott információk szerint a node 3 itt is le tudta húzni a buszon a jelszintet, azaz magasabb prioritást bírt produkálni. Tapsoljuk meg a győztes node 3-at, megkapta az adás jogát.