Расстановка точек над соединением по шине контроллеров SmartWeb и Kromschröder E8.
Контроллеры SmartWeb и Kromschröder E8 соединяются по шине CAN, к этому соединению есть определенные требования.
Если эти требования не выполнять, то может быть система будет работать.
Но, если что-то не работает, то прежде всего надо убедиться, что требования соблюдены
Все участники сети (в т.ч. SmartWeb, Kromschröder E8, Datalogger, Caleon и TM-E8) должны быть соединены друг с другом последовательно, в линейной топологии.
“Звездой”, “кругом”, “паутинкой” соединять нельзя.
Ответвления от основной “линии” длиной до 3 м — допустимы. Общая длина проводов не должна превышать 500 м.
На обоих концах линии должен быть терминирующий резистор 120 Ом, между проводами H и L.
На контроллерах SmartWeb резистор можно вставить в свободный парный порт шины CAN.
На контроллерах Kromschröder E8 резистор можно включить или выключить, используя настройку ТЕХНИК - СХЕМА - ИЗОЛ ШИНЫ.
Особенности:
SmarWeb S/L/X — можно воткнуть резистор в свободный парный порт шины.
DataLogger — можно воткнуть резистор в свободный парный порт шины или включить резистор замыканием соответствующего джампера на плате.
Kromschröder E8.0634 — по умолчанию этот резистор программно включен
Kromschröder E8.1124 — по умолчанию этот резистор программно выключен
Lago FB, BM8 — нет возможности включить резистор. Либо устанавливать вручную, либо не ставить их в конце линии
TM-E8 — резистор установлен на плате и выключить его нельзя, поэтому TM-E8 обязательно должен быть на конце линии.
Рекомендуемая схема подключения следующая: SmartWeb S/L/X — DataLogger — TM-E8
или E8.0634 — E8.1124 — Lago FB — BM8 — TM-E8
Несмотря на то, что европейские производители не устанавливают защиту CAN-шины от всплесков напряжения на свои контроллеры, на практике в России это точно лучше делать. Для этого, воспользуйтесь модулем защиты CAN-Z.
Этот модуль также можно использовать и в качестве терминирующего резистора.
Нельзя прокладывать витую пару в непосредственной близости от кабелей 220 В.
Использовать для соединения витую пару пятой категории, толщиной AWG 24.
При использовании FTP Cat. 5e или STP Cat. 5e, оплетку или экран кабеля, а также неиспользованные провода, надо заземлять на одном конце кабеля.
Иначе, если не заземлить или заземлить на двух концах, будет хуже.
При использовании UTP Cat. 5e, оплетки нет и заземлять ничего не надо, результат хороший, можно рекомендовать для несложных условий.
При использовании кабеля витой пары с двумя или четырьмя витыми парами, необходимо использовать только одну из них для шины данных.
Соединять витую пару вместе и использовать как единый провод недопустимо!
Если “звезды” не избежать, то можно использовать следующую схему.
Так как обычно используется кабель с 4-мя витыми парами, можно использовать одну из них для прохода сигнала “туда”, а вторую для прохода сигнала “обратно”.
Таким образом, можно сохранить линейную топологию даже при физически проложенном кабеле “звездой”.
На контроллерах SmartWeb обычно нет клемм для подключения CAN-проводов, вместо них там парный ножевой микроразъем.
Поэтому, в комплекте с каждым контроллером SmartWeb идет небольшой кусок провода, обжатого таким микроразъемом с одной стороны и свободными концами с другой стороны.
Для соединения контроллеров используйте следующую схему:
Ножевой микроразъем для CAN (2шт)
Провод CAN (в комплекте)
Витая пара
Белый — CAN H
Коричневый — CAN L
Винтовые или пружинные клеммы
Кроме того, желательно найти на контроллере слаботочный минус (GND) и объединить этот минус с другими контроллерами сети CAN, отдельным проводом.
Полюсы “+” и “-” на клемме шины данных Кромшредера нужны только для питания Lago FB и BM8, но лучше всегда их прокладывать вместе с CAN-шиной, для объединения минусов и усиления питания на клемме «+».
“+” и “-” можно прокладывать по соседней витой паре с шиной данных.
При проблемах проверьте следующее:
Проложен ли кабель последовательно, не звездой, нет ли веток длиннее 3 м.
Есть ли на концах кабеля терминирующие резисторы
Нет ли каких-то лишних резисторов на шине, не на концах, а в середине. Всего на шине должно быть два резистора, не больше, не меньше.
Соединены ли все контроллеры между собой также и по слаботочному минусу, т.е. всего должно быть проложено как минимум три провода - CAN H, CAN L, GND. В некоторых случаях найти GND на приборе сложно, тогда допускается не соединять этот провод.
Желательно, а если выходит из строя CAN-шина, то и обязательно - использовать защитные платы CAN-Z на каждом отдельном контроллере без встроенной защиты в сети CAN.
Вы можете объединить несколько групп контроллеров SmartWeb, находящихся в разных CAN-сетях, одной локальной сетью Ethernet. Для этого в каждой группе должно находиться по одному контроллеру DataLogger (или SmartWeb X).
Соответственно, такие контроллеры DataLogger должны находиться в одной сети Ethernet. В настройках DataLogger должна быть включена опция «Режим CAN-UDP моста».
Такая функция может пригодиться в том случае, когда нет возможности проложить кабель для шины данных CANbus, чтобы соединить контроллеры SmartWeb.
Например, требуется соединить два контроллера (две группы) SmartWeb при помощи радиоканальной связи. В этом случае потребуется два Wi-Fi-маршрутизатора.
Установите их в местах соединения контроллеров SmartWeb. Убедитесь, что эти маршрутизаторы могут быть соединены по Wi-Fi.
Разные маршрутизаторы имеют разную мощность радиосигнала, и, соответственно, разную дальность действия. В некоторых случаях для усиления сигнала может потребоваться дополнительное оборудование. Подключите к маршрутизаторам по одному контроллеру DataLogger. В свою очередь, к ним подключите контроллеры SmartWeb.
Аналогично можно объединить контроллеры SmartWeb уже имеющейся на объекте проводной локальной сетью Ethernet.
CAN-шина не имеет никакого отношения к автомобильным покрышкам. Дело в том, что в электронике "шиной" называют систему, по которой передаются данные. Это своего рода река с ручейками, если говорить проще. Что касается аббревиатуры, расшифровывающейся как Controller Area Network (сеть контроллеров), то за ней стоит стандарт промышленной сети для объединения в единую сеть различных исполнительных устройств и датчиков.
CAN-шина, будучи системой цифровой связи и управления электронными устройствами, позволяет осуществлять обмен информацией между блоками управления. Сеть имеет три основных режима работы – активный при включенном зажигании, спящий при выключенном зажигании и, наконец, режим пробуждения и засыпания, когда зажигание включают и выключают.
CAN-шина выполняет ряд задач, среди которых ускорение передачи сигналов к разным системам, механизмам и устройствам, уменьшение количества проводов, упрощение подсоединения и работы дополнительных устройств.
Существует три основных вида.
Силовые обеспечивают синхронизацию и обмен данными между ЭБУ двигателя и основными агрегатами и системами автомобиля – коробкой передач, зажиганием и другими. "Комфортные" нужны, соответственно, для работы опций комфорта. Например, климатической системы, электропривода зеркал и обогрева сидений.
Информационно-командные введены для обмена данными между ЭБУ и такими вспомогательными информационными комплексами как навигационная система.
Итак, CAN-шина представляет собой сеть, по которой происходит обмен информацией между устройствами. Возьмем для примера блок управления двигателем – он имеет не только основной микроконтроллер, но и CAN-устройство, которое формирует и рассылает импульсы по шинам H (CAN-высокий) и L (CAN-низкий), которые называются витая пара.
Сигналы рассылаются по витой паре трансивером или приемопередатчиком. Он нужен для целого ряда задач – усиления сигналов, защиты линии в случае повреждения CAN-шины, создания условий помехозащищенности передаваемых импульсов и регулировки скорости их передачи. В автомобильной промышленности применяются передатчики двух типов с говорящими названиями High Speed и Fault Tolerant. Первый обеспечивает передачу данных на высокой скорости, до 1 мегабита в секунду. Второй не столь быстрый и передает в секунду до 120 килобит в секунду, но при этом допускает отклонение от параметров CAN-шины и не столь чувствителен к ее качеству.
Каждый подключенный к CAN-шине блок имеет определенное входное сопротивление, в результате образуется общая нагрузка шины CAN.
Общее сопротивление нагрузки зависит от числа подключенных к шине электронных блоков управления и исполнительных механизмов.
Рис. 2. Фрагмент CAN-шины с распределением нагрузки в проводах: CAN High CAN Low
Системы и блоки управления автомобиля имеют не только различные нагрузочные сопротивления, но и скорости передачи данных, все это может препятствовать обработке разнотипных сигналов.Для решения данной технической проблемы используется преобразователь для связи между шинами.Такой преобразователь принято называть межсетевым интерфейсом, это устройство в автомобиле чаще всего встроено в конструкцию блока управления, комбинацию приборов, а также может быть выполнено в виде отдельного блока.
Рис. 3. Блок-схема межсетевого интерфейса
Такая схема подключения устройств называется параллельной схемой подключения. Для достижения максимальной скорости волновые сопротивления блоков должны согласовываться. Если выходит из строя один из блоков (трансмиттеров), этот блок может «завалить» всю шину.
Все сообщения, которые передаются по шине, имеют определенный цифровой код.
Это позволяет производить компьютерную диагностику при помощи опроса блоков по шине.
Диагностическое устройство преобразует цифровые коды и сигнал в абсолютные значения либо коды ошибок.
В спящем режиме CAN-шина полностью не бездействует. Большинство автомобилей используют шину для организации сбора информации дла системы сигнализации и охраны, собирая информацию по шине о датчиках проникновения, контактных устройствах.
//www.youtube.com/embed/6awrwsCX24U?rel=0&controls=0&showinfo=0
Существуют разные типы представленного устройства.
Протоколом предусматривается использование при обмене информацией посредством шины CAN четырех типов команд.
I - CAN-шина;
II - резистор сопротивления;
III - интерфейс.
В процессе приема-передачи информации на проведение одной операции отводится определенное время. Если оно вышло, формируется фрейм ошибки. Error Frame также длится определенное количество времени. Неисправный блок автоматически отключается от шины при накоплении большого количества ошибок.
Команда состоит из 3 разделов: имени, значения события, времени наблюдения за переменной величиной.
Ключевое значение придается переменной показателя. Если в сообщении нет данных о времени, тогда это сообщение принимается системой по факту его получения.
Когда компьютер коммуникационной системы запрашивает показатель состояния параметра, он посылается в приоритетной очередности.
Когда сигналы, поступающие на шину, приходят на несколько контроллеров, система выбирает, в какой очередности будет обработан каждый. Два или более устройства могут начать работу практически одновременно. Чтобы при этом не возник конфликт, производится мониторинг. CAN-шина современного автомобиля производит эту операцию в процессе отправки сообщения.
Существует градация сообщений по приоритетной и рецессивной градации. Информация, имеющая самое низкое числительное выражение поля арбитража, выиграет при наступлении конфликтного положения на шине. Остальные передатчики постараются отослать свои фреймы позже, если ничего не изменится.
В процессе передачи информации время, указанное в нем, не теряется даже при наличии конфликтного положения системы.
Устройство шины состоит, помимо кабеля, из нескольких элементов.
Микросхемы приемопередатчика часто встречаются от компании Philips, а также Siliconix, Bosch, Infineon.
Для этого на конец проводников устанавливаются резисторы сопротивления по 120 Ом. Это необходимо, дабы устранить отражения сообщения на конце шины и убедиться, что она получает соответствующие уровни тока.
Сам проводник в зависимости от конструкции может быть экранированным или неэкранированным. Концевое сопротивление может отходить от классического и находиться в диапазоне от 108 до 132 Ом.
Все составляющие сети CAN должны иметь единую скорость передачи информации. Однако данный стандарт не задает одного определенного параметра, ограничиваясь лишь максимальным пределом – 1Мбит/с. Изменения объема передаваемого кадра должно успеть распространиться по всей длине сети, что ставит в обратную зависимость скорости от протяженности – чем длиннее провод, тем ниже скорость. Для передачи 1Мбита за 1секунду нужная длина должна составлять не менее 40 метров. Добавьте к этому объективные факторы, снижающие скорость – защита от помех и разветвленная сеть, где происходят множественные отражения сигнала.
В угоду ускорения процесса разработчики уменьшают протяженность проводов, одновременно увеличивая число цепей с возможностью подключения большего количества приборов. Например, общая длина шины, составляющая 10 метров, способна пропускать через себя кадры, со скоростью 2 Мбит/c, с 64 подключенными приборами. Если автомобиль снабжен большим числом электрооборудования, то добавляется одна, две цепи или более.
Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 10 чел.
Средний рейтинг: 4.4 из 5.
Вам нужно простое практическое введение в CAN FD?
В этом руководстве мы представляем CAN FD (CAN Гибкая скорость передачи данных) - вкл. Кадры CAN FD, накладные расходы и эффективность, примеры приложений и варианты использования журналов.
Примечание: CAN FD может показаться сложным.
Прочтите ниже, чтобы полностью понять CAN FD.
Вы также можете посмотреть наше вводное видео о CAN FD выше или получить PDF-файл.
Автор: Мартин Фальх
(обновлено в марте 2022 г. )
Протокол CAN существует с 1986 года и пользуется популярностью: Практически любая машина, которая перемещает , сегодня использует CAN - будь то автомобили, грузовики, лодки, самолеты или роботы.
Но с появлением современных технологий «Классический» протокол CAN (официальный термин, используемый в ISO 11898-1:2015) оказывается под давлением:
В частности, классический CAN борется со значительными накладными расходами (> 50%), поскольку каждый кадр данных CAN может содержать только 8 байтов данных. Кроме того, скорость сети ограничена 1 Мбит/с, что ограничивает реализацию функций по производству данных.
CAN FD решает эти проблемы , делая его перспективным.
Протокол CAN FD был предварительно разработан компанией Bosch (совместно с отраслевыми экспертами) и выпущен в 2012 г. Он был улучшен путем стандартизации и теперь соответствует стандарту ISO 1189.8-1:2015. Исходная версия Bosch CAN FD (не ISO CAN FD) несовместима с ISO CAN FD.
CAN FD предлагает четыре основных преимущества:
#1 Увеличенная длина
CAN FD поддерживает до 64 байта данных на кадр данных против 8 байтов данных для классического CAN. Это уменьшает накладные расходы протокола и приводит к повышению эффективности протокола.
#2 Повышенная скорость
CAN FD поддерживает два битрейта: номинальный (арбитражный) битрейт, ограниченный 1 Мбит/с, как в классическом CAN, и битрейт данных, который зависит от топологии сети/трансиверов. На практике достигаются скорости передачи данных до 5 Мбит/с.
#3 Лучшая надежность
CAN FD использует улучшенную проверку циклическим избыточным кодом (CRC) и "защищенный счетчик заполняющих битов", которые снижают риск необнаруженных ошибок . Это напр. имеет жизненно важное значение в приложениях, критически важных с точки зрения безопасности, таких как транспортные средства и промышленная автоматизация.
#4 Плавный переход
CAN FD и Classical CAN только ЭБУ могут быть смешаны при определенных условиях. Это позволяет постепенно внедрять узлы CAN FD, значительно снижая затраты и сложность для OEM-производителей.
На практике CAN FD может улучшить пропускную способность сети на 3-8x по сравнению с классической CAN, создавая простое решение для увеличения объема данных.
Итак, CAN FD кажется довольно простым: Ускорить передачу данных и упаковать больше данных в каждое сообщение, верно?
Однако на практике все не так просто. Ниже мы обрисовываем основные проблемы, которые должно было решить решение CAN FD.
Перед просмотром кадра данных CAN FD важно понять две основные части классического CAN, которые мы хотим поддерживать:
Почему бы просто не упаковать кадры классического CAN с 64 байтами данных ?
Это уменьшит накладные расходы и упростит интерпретацию сообщений. Однако, если скорость передачи не изменится, это также заблокирует шину CAN на более длительное время, что может привести к задержке критически важных кадров данных с более высоким приоритетом.
Таким образом, для отправки большего количества данных в одном сообщении требуется большая скорость.
Но почему бы не ускорить все сообщение CAN (а не только фазу данных)?
Это происходит из-за «арбитража»: если 2+ узла передают данные одновременно, арбитраж определяет, какой узел имеет приоритет. «Победитель» продолжает передачу (без задержек), в то время как остальные узлы «отстаивают» во время передачи данных.
Во время арбитража «время передачи битов» обеспечивает достаточную задержку между каждым битом, чтобы каждый узел в сети мог отреагировать. Чтобы быть уверенным, что каждый узел будет достигнут в течение битового времени, сеть CAN, работающая со скоростью 1 Мбит/с, должна иметь максимальную длину 40 метров (на практике 25 метров). Ускорение арбитражного процесса сократит максимальную длину до неприемлемого уровня.
С другой стороны, после арбитража остается "пустая магистраль" - включение высокой скорости при передаче данных (когда шинопроводами управляет только один узел). Перед слотом ACK, когда несколько узлов подтверждают правильный прием кадра данных, скорость должна быть снижена до номинального значения.
Короче, надо найти способ только увеличить скорость при передаче данных.
Протокол CAN FD вводит скорректированный кадр данных CAN, позволяющий использовать дополнительные байты данных и гибкие скорости передачи данных.
Ниже мы сравниваем 11-битный кадр Classical CAN с 11-битным фреймом CAN FD (также поддерживается 29-битный): RRS: Запрос удаленной передачи (RTR) используется в классической CAN для идентификации кадров данных и соответствующих удаленных кадров. В CAN FD удаленные фреймы вообще не поддерживаются — всегда доминирует подстановка удаленного запроса (RRS) (0).
r0 по сравнению с FDF: В классическом CAN r0 является зарезервированным и доминирующим (0). В CAN FD он называется FDF и рецессивный (1).
После бита r0/FDF протокол CAN FD добавляет «3 новых бита». Обратите внимание, что узлы, которые не поддерживают CAN FD, создают кадр ошибки после бита FDF.
res: Этот новый зарезервированный бит играет ту же роль, что и r0, т. е. в будущем он может быть установлен как рецессивный (1) для обозначения нового протокола.
BRS: Переключатель скорости передачи данных (BRS) может быть доминирующим (0), что означает, что кадр данных CAN FD отправляется с арбитражной скоростью (т. е. до макс. 1 Мбит/с). Установка его на рецессивный (1) означает, что оставшаяся часть фрейма данных отправляется с более высокой скоростью передачи данных (до 5 бит/с). Мбит/с).
ESI: Бит индикатора состояния ошибки (ESI) по умолчанию является доминирующим (0), т. е. «активна ошибка». Если передатчик становится «пассивным к ошибкам», он будет рецессивным (1), чтобы указать, что он находится в пассивном к ошибкам режиме.
DLC: Как и в классическом CAN, CAN FD DLC состоит из 4 бит и обозначает количество байтов данных в кадре. В приведенной выше таблице показано, как два протокола последовательно используют DLC до 8 байтов данных. Для поддержки 4-битного DLC CAN FD использует оставшиеся 7 значений из 9до 15 для обозначения количества используемых байтов данных (12, 16, 20, 24, 32, 48, 64).
SBC: Счетчик битов заполнения (SBC) предшествует CRC и состоит из 3 битов с кодировкой Грея и бита четности. Следующий фиксированный бит заполнения можно рассматривать как второй бит четности. SBC добавлен для повышения надежности связи.
CRC: Проверка циклическим избыточным кодом (CRC) является 15-битной в классическом CAN, а в CAN FD — 17-битной (до 16 байтов данных) или 21-битной (для 20-64 байтов данных). В классическом CAN в CRC может быть от 0 до 3 битов заполнения, в то время как в CAN FD всегда есть четыре фиксированных бита заполнения для повышения надежности связи.
ACK: Фаза данных (также известная как полезная нагрузка) кадра данных CAN FD останавливается на бите ACK, который также отмечает конец потенциально увеличенной скорости передачи данных.
Как видно, дополнительные функциональные возможности CAN FD добавляют много дополнительных битов по сравнению с классическим CAN — как это может привести к уменьшению накладных расходов на и ?
Ответ заключается в том, что это не так. См. приведенную ниже визуализацию классического CAN и CAN FD для 3 байтов данных. На самом деле эффективность CAN FD не превышает классического CAN до пересечения 8 байтов данных. Однако при переходе к 64 байтам данных эффективность может возрасти с ~ 50 % до ~ 9 байт.0% (подробнее об этом ниже).
Как уже упоминалось, отправка 64 байтов данных на обычной скорости заблокирует шину CAN, что снизит производительность в реальном времени.
Чтобы решить эту проблему, можно включить переключение скорости передачи , чтобы разрешить отправку полезной нагрузки с более высокой скоростью по сравнению с арбитражной скоростью (например, 5 Мбит/с против 1 Мбит/с). Выше мы иллюстративно визуализируем эффект для сценариев с 3 байтами данных и 64 байтами данных.
Обратите внимание, что более высокая скорость применяется к разделу кадра данных, начиная с в бите BRS и заканчивается разделителем CRC.
Кроме того, большинство транспортных средств сегодня используют скорость 0,25–0,5 Мбит/с, а это означает, что при скорости 5 Мбит/с CAN FD в 10 раз превысит скорость передачи полезной нагрузки.
Как упоминалось ранее, узлы Classical CAN и CAN FD могут использоваться одновременно при определенных условиях. Это позволяет осуществлять пошаговый переход на CAN FD вместо того, чтобы переключать каждый ЭБУ за один раз.
Существует два сценария:
100% Система CAN FD: Здесь контроллеры CAN FD могут свободно смешивать кадры данных Classic CAN и CAN FD.
Некоторые узлы являются устаревшими классическими CAN: Здесь контроллеры CAN FD могут переключиться на классическую связь CAN, чтобы избежать реакции кадров ошибок от классических узлов CAN. Кроме того, во время, например. ЭБУ мигает, классические узлы CAN могут быть отключены, чтобы разрешить временный переход на связь CAN FD.
Сбивающим с толку аспектом CAN FD является максимальная скорость передачи данных на этапе полезной нагрузки, поскольку в разных статьях упоминаются разные уровни.
Некоторые утверждают, что практические приложения обеспечивают скорость до 8 Мбит/с и теоретически 15 Мбит/с. Другие заявляют до 12 Мбит/с. Кроме того, Daimler заявляет, что скорость выше 5 Мбит / с сомнительна - как из-за отсутствия стандарта для этого, так и из-за того, что ожидается, что недорогой автомобильный Ethernet (10 BASE-T1) ограничит спрос на CAN FD на более высокой скорости.
Так что правильно?
Это зависит. Глядя на ISO 11898-2 (стандарт микросхем приемопередатчика), он определяет два набора параметров симметрии. Рекомендуется использовать трансиверы с улучшенными параметрами симметрии, часто рекламируемые как трансиверы 5 Мбит/с. Достижимая скорость передачи данных на этапе передачи данных зависит от многих факторов. Одним из наиболее важных является желаемый температурный диапазон. Прошивка ЭБУ не требует поддержки низких температуры. Это означает, что для перепрошивки ЭБУ можно подняться до 12 Мбит/с. Еще одно важное ограничение скорости передачи данных связано с выбранной топологией. Топология «шина» с очень короткими ответвлениями обеспечивает значительно более высокие скорости передачи по сравнению с гибридными топологиями с длинными ответвлениями или даже звездами. Большинство многоабонентских шинных сетей ограничены скоростью 2 Мбит/с в диапазоне температур от -40 до +125°С. град С. CiA предоставляет соответствующие эмпирические правила в рекомендациях по проектированию сети CiA 601-3. Сюда входят рекомендации по установке точек выборки на этапе данных.
Для получения более подробной технической информации о CAN FD мы можем порекомендовать следующие учебники и руководства:
Для подробного понимания CAN FD эффективность и средний битрейт , мы рекомендуем проверить наш калькулятор CAN FD.
Калькулятор CAN FD
Короче говоря, CAN FD позволяет системе обрабатывать больше данных с большей скоростью.
Это жизненно важно для ряда все более актуальных вариантов использования:
Электромобили и гибриды используют новые концепции трансмиссии, которые требуют гораздо более высоких скоростей передачи данных. Дополнительная сложность возникает из-за новых блоков управления, связанных с инвертором DC/DC, аккумулятором, зарядным устройством, расширителем диапазона и т. д. Ожидается, что к 2025 году требуемая скорость передачи данных превысит CAN — и с резким ростом электромобилей, это может быть острием развертывания CAN FD.
Программное обеспечение автомобиля становится все более сложным. Таким образом, выполнение обновлений ECU через, например. порт OBD2 сегодня может занять несколько часов. С CAN FD такие процессы можно ускорить более чем в 4 раза. Этот вариант использования был одним из первых драйверов спроса на CAN FD со стороны OEM-производителей автомобилей.
В некоторых приложениях используется синхронизация по времени. роботы-манипуляторы с несколькими осями. Такие устройства часто используют CANopen и требуют, чтобы каждый контроллер отправлял несколько кадров CAN (PDO) с синхронизацией по времени (без прерывания кадрами с более высоким приоритетом). При переходе на CAN FD данные могут быть отправлены за один раз. кадр для эффективности.
Расширенные системы помощи водителю (ADAS) все чаще внедряются в легковые и коммерческие автомобили. Это увеличивает нагрузку на шину Classical CAN, но ADAS является ключом к повышению безопасности. Здесь CAN FD станет ключом к повышению безопасности вождения в ближайшем будущем.
Грузовики и автобусы используют длинные шины CAN (10-20 метров). В результате они полагаются на низкие скорости передачи данных (250 кбит/с или 500 кбит/с в соответствии с J19).39-14). Ожидается, что грядущий протокол J1939 FD позволит значительно улучшить характеристики коммерческих автомобилей, в т.ч. например АДАС.
Как показали недавние хакерские атаки на CAN, классическая CAN уязвима. Если хакеры получат доступ к шине CAN (например, по беспроводной сети), они могут, например, отключить важные функции. Аутентификация CAN FD через модуль защищенной бортовой связи (SecOC) может быть драйвером развертывания ключа.
С появлением CAN FD будет несколько вариантов использования для регистрации данных CAN FD:
По мере внедрения CAN FD в новых автомобилях, регистраторы данных CAN FD станут ключевыми для OEM R&D и диагностики
Регистратор CAN FD
Телематика j1939
По мере развертывания CANopen FD новому промышленному оборудованию потребуются регистраторы CAN FD IoT для прогнозирования и предотвращения поломок
Профилактическое обслуживание
Регистратор CAN FD может служить «черным ящиком», например. новые прототипы транспортных средств, предоставление данных для диагностики и НИОКР
черный ящик шины CAN
У вас есть вариант использования CAN FD для регистрации? Участвуйте в бесплатных спаррингах!
Свяжитесь с нами
При регистрации данных CAN FD важны следующие соображения:
До ISO 11898-1:2015 в стандарте CAN FD обнаружена уязвимость, связанная с проверкой ошибок. Контроллеры, соответствующие обновленному стандарту, иногда называют «ISO CAN FD».
При записи данных из раннего прототипа системы CAN FD вам может потребоваться включить режим «NON-ISO CAN FD», если ваше устройство поддерживает это.
По умолчанию ваш регистратор данных CAN FD может обрабатывать как классические сообщения данных CAN, так и сообщения данных CAN FD — без предварительной настройки между ними. Точно так же вам не нужно предварительно указывать, включено ли или выключено переключение битрейта только для целей ведения журнала.
Однако при передаче данных по шине CAN необходимо указать, следует ли использовать переключение скорости передачи данных или нет. Если эта функция включена, полезные данные передаются со второй скоростью передачи данных системы, которая обычно составляет 2 или 4 Мбит/с.
CAN FD сводит к минимуму необходимость обработки многопакетных сообщений. Это может значительно упростить разработку программного обеспечения для преобразования необработанных данных CAN FD в удобочитаемую форму в интересах конечных пользователей анализаторов CAN FD.
Кроме того, стандартный формат базы данных CAN, DBC, также поддерживает правила преобразования CAN FD. Таким образом, всегда рекомендуется собирать правила масштабирования в файле DBC, чтобы обеспечить легкий переход между различным программным обеспечением CAN, таким как, например. asammdf и т. д.
CANedge позволяет легко записывать данные CAN FD на SD-карту емкостью 8–32 ГБ. Просто подключите его к приложению CAN FD, чтобы начать регистрацию, и обработайте данные с помощью бесплатного программного обеспечения/API.
Купить Регистрация данных CAN FD.
Конечно, устаревшие приложения без требований к полосе пропускания и полезной нагрузке по-прежнему будут использовать классический CAN. Кроме того, сообщество CAN уже разрабатывает следующее поколение уровня канала передачи данных CAN, поддерживающего полезную нагрузку до 2048 байт. Этот подход можно рассматривать как альтернативу 10 Мбит/с Ethernet. Таким образом, еще предстоит точно определить, какую роль CAN FD будет играть в будущее - но оно определенно будет на подъеме.
Дополнительные вводные сведения см. в разделе наших руководств или загрузите «Полное руководство» в формате PDF.
Необходимо зарегистрировать данные CAN FD?
Получите регистратор CAN FD уже сегодня!
Купить сейчас Свяжитесь с нами
Эта статья является частью серии вводных статей о шине CAN, состоящей из трех частей:
Узел шины CAN состоит из трех основных компонентов:
Контроллер CAN-шины реализует все низкоуровневые функции сетевого протокола ISO 11898–1, а трансивер взаимодействует с физическим уровнем. Для разных физических уровней требуются разные приемопередатчики, такие как высокоскоростной can, низкоскоростной отказоустойчивый can или высокоскоростной can с переменной скоростью передачи данных.
В типичной реализации контроллер шины CAN и микропроцессор объединены в микроконтроллер с поддержкой CAN. На рынке доступны внешние контроллеры CAN-шины с интерфейсом SPI, в основном производства Microchip, но они часто могут добавить ненужную стоимость и сложность.
В этой статье мы рассмотрим схемотехнику от трансивера до разъема CAN-шины. Пришло время запачкать руки и спроектировать нашу схему CAN-шины!
Все приемопередатчики CAN-шины работают одинаково, поскольку они расположены между микроконтроллером (или FPGA), реализующим контроллер CAN-шины, и самой CAN-шиной. Тем не менее, есть несколько отличий, которые вы должны тщательно рассмотреть.
Быстрый поиск по соответствующей категории Octopart показывает, что ведущими производителями приемопередатчиков CAN-шины являются (в порядке убывания количества предлагаемых ИС) NXP Semiconductors, Microchip, Texas Instruments, Maxim Integrated, Analog Devices и ST Microelectronics.
Все эти приемопередатчики похожи друг на друга, но все они различаются по своим характеристикам и характеристикам.
Первые трансиверы CAN-шины на рынке имели очень слабую защиту от электростатического разряда (электростатического разряда). Они требовали, чтобы вся защита ввода-вывода была реализована с помощью внешних компонентов.
К счастью, это уже не так. Вот несколько случайных микросхем и их устойчивость к электростатическому разряду HBU (модель человеческого тела) на выводах шины:
| Номер детали | Производитель | Допуск ESD HBM |
| Л9616 | СТ Микроэлектроника | 6кВ |
| IFX1050G | Инфинеон | 6кВ |
| ТДЖА1051 | NXP Полупроводник | 8кВ |
| LTC2875 | Линейная технология | 25кВ |
| МАКС14883Э | Максим Интегрированный | 22кВ |
Более высокая устойчивость к электростатическому разряду может позволить вам сэкономить на внешней защите, но вы должны знать, что несколько дополнительных центов, потраченных на качественные диоды TVS, могут значительно повысить надежность.
Если ваше приложение ограничено по пространству и вам не нужно иметь дело с большим количеством электростатических разрядов, то вам подойдет вариант «все в одном». В моем случае я выбрал внешний телевизор и более доступный трансивер.
Большинство трансиверов на рынке работают при напряжении 5 В, но микросхемы, рассчитанные на 3,3 В, также чрезвычайно популярны. Более низкие напряжения питания невозможны без повторного использования преобразователей постоянного тока. Некоторые ИС, такие как MAX14883E от Maxim Integrated, имеют вход питания логического уровня, обеспечивающий взаимодействие с устройствами на 1,8 В независимо от питания трансивера.
Рис. 1. Упрощенная блок-схема MAX14883E, любезно предоставлена Maxim IntegratedВ моем случае мой MCU работает при напряжении 3,3 В, поэтому я выберу его и для приемопередатчиков CAN-шины.
Все высокоскоростные приемопередатчики CAN-шины могут работать со скоростью до 1 Мбит/с в небольших сетях. Приемопередатчики CAN-FD могут работать на скорости до 5 Мбит/с, но многие из них ограничены более низкими скоростями, такими как 2 Мбит/с.
Окончательная скорость передачи данных системы будет ограничена емкостью шины, распределением идентификаторов шины CAN и типом передаваемых кадров CAN. В худшем случае эффективная скорость передачи обычно составляет одну треть от максимальной.
Изолированный приемопередатчик шины CAN может потребоваться либо по требованиям безопасности. Например, введение гальванической развязки может защитить низковольтную часть ваших цепей в случае контакта шины с опасным напряжением. Та же самая изоляция может также улучшить связь, разорвав контуры заземления и позволив более существенную разницу в потенциале земли между узлами.
Конечно, для изолированных приемопередатчиков CAN-шины потребуется аналогичный изолированный источник питания.
Многие трансиверы имеют вход для выбора режима, который можно использовать для снижения энергопотребления микросхемы и отключения передатчика. Обычно приемник остается активным, а вывод RXD можно использовать для запуска прерывания пробуждения в микроконтроллере.
Вход выбора режима иногда дублируется как контроль наклона, когда он подтягивается к высокому или низкому уровню через резистор по крайней мере в несколько кОм. Уменьшение наклона сигнала, хотя и может ограничить полосу пропускания, позволяет приемопередатчику ограничить количество создаваемых им электромагнитных помех.
Все приемопередатчики, соответствующие стандарту ISO 11898-2, должны выдерживать напряжения постоянного тока на CANH и CANL в диапазоне от -3 В до +32 В относительно земли без разрыва, выдерживать переходные процессы от -150 В до 100 В и быть может работать с синфазным напряжением шины от -2В до +7В.
Практически все имеющиеся на рынке микросхемы превосходят эти требования, а в фоновом режиме идет неформальное соревнование, кто покажет самые значимые числа.
Вот несколько примеров:
| Номер детали | Производитель | Напряжение постоянного тока на CANH и CANL |
| Л9616 | СТ Микроэлектроника | от -5 В до +36 В |
| IFX1050G | Инфинеон | от -40 В до +40 В |
| ТДЖА1051 | NXP Полупроводник | от -58 В до +58 В |
| LTC2875 | Линейная технология | +60В до +60В |
| МАКС14883Э | Максим Интегрированный | +63В до +63В |
Напряжение выше 50 В теперь является стандартным, так как многие автомобили оснащены гибридными силовыми агрегатами, работающими от 48 В, и трансивер должен выдерживать короткое замыкание шины на шину питания более высокого напряжения системы.
Не существует жестких правил относительно того, сколько узлов вы можете разместить в сети, но одним из наиболее важных параметров будет входной импеданс между CANH и CANL на вашем приемопередатчике.
Высокое входное сопротивление оказывает незначительное влияние на шину и позволяет использовать большее количество узлов.
В некоторых трансиверах реализованы расширенные функции защиты, такие как:
Большинство приемопередатчиков CAN-шины имеют режим только прослушивания, который возвращает TXD в RXD без фактического управления шиной. Эта функция часто используется для автоматического определения скорости передачи данных по шине.
В моем проекте я выбрал TJA1051, в основном потому, что я дешевый, и это одна из самых доступных микросхем на рынке. Страница продукта находится здесь.
С помощью панели «Поиск деталей производителя» я сразу нашел модели компонентов с посадочными местами и 3D и поместил их на схему. Модель была автоматически загружена из облачных библиотек Altium 365®.
Рис. 2. Панель поиска деталей производителя в Altium Designer.Мне не нужно упоминать, что нам понадобятся локальные шунтирующие конденсаторы, не так ли?
Кроме того, некоторые дополнительные конденсаторы малой емкости, как правило, от 40 до 100 пФ на линиях CANH и CANL и подключенные к земле, могут помочь поглотить энергию электростатического разряда и повысить устойчивость к электромагнитным помехам. Как всегда, с увеличением емкости шины снижается скорость шины, увеличивается нагрузка на выходной каскад трансивера и увеличивается энергопотребление.
Шина CAN должна быть терминирована на каждом конце резистором 120 Ом. Конечно, мы могли бы правильно рассчитать мощность (1/4 Вт стандартно, 1/2 Вт, если мы параноики), поставить наш симпатичный маленький резистор и на этом закончить. Но зачем упрощать?
Более сложный метод, принятый почти во всех проверенных в отрасли платах CAN-шины, которые я видел до сих пор, — это раздельное окончание.
В разделенной оконечной нагрузке два резистора по 60 Ом используются последовательно, что в сумме составляет 120 Ом. Электрический узел между двумя резисторами соединен с землей через конденсатор, обычно емкостью 4,7 нФ.
Значение конденсатора было рассчитано для получения предельной частоты -3 дБ на основной частоте сети.
В моем случае скорость передачи данных в сети должна быть 1 Мбит/с. Предполагая наихудший сценарий, когда сеть передает последовательность чередующихся битов (01010101), сигнал будет представлять собой прямоугольную волну с частотой 500 кГц или равной половине скорости передачи в бодах.
Мы знаем сопротивление при 60 Ом, таким образом, мы можем рассчитать конденсатор.
Если нам нужно приблизить значение нашего конденсатора, то конденсатор немного меньшего размера будет меньше мешать нашему драгоценному сигналу. Следовательно, 4,7 нФ, что является наиболее широко принятым значением.
Если вам нужна библиотека пассивных компонентов, я искренне рекомендую Небесную библиотеку Марка Харриса. Это бесплатно, обширно и тщательно отобрано.
Если ваша система не подвержена сильному электростатическому разряду, встроенная защита в микросхеме приемопередатчика может быть всем, что необходимо. Диоды
TVS (подавитель переходного напряжения) являются обычным выбором из-за их низкой эквивалентной параллельной емкости.
Другие устройства защиты от перенапряжения, такие как MOV, часто имеют высокую паразитную емкость, которая может ограничивать скорость передачи данных по шине, особенно для шин с большим количеством узлов.
На рынке доступны несколько диодов TVS, специально разработанных для CAN-шины, например, NUP2105L от ON Semiconductor, который я решил использовать в этой конструкции.
Что касается трансивера, я разместил модель одним щелчком мыши из библиотек Altium 365, используя панель поиска производителя, без необходимости рисовать схематический символ и посадочное место.
Рис. 3. Размещение TVS-диода NUP2105L с помощью панели поиска производителя. Если бы ваша цепь была без защиты, весь ток электромагнитных помех попадал бы прямо в трансивер через разъем, а затем обратно через заземляющий слой. Это то, что хочет сделать ток, потому что это путь наименьшего сопротивления.
Все компоненты защиты должны располагаться как можно ближе к этому пути, чтобы не увеличивать площадь контура. Кроме того, вся защита должна располагаться как можно ближе к разъему и краю платы, чтобы предотвратить попадание помех в остальную часть схемы.
Естественно все не запихать в непосредственной близости от разъема, поэтому надо расставлять приоритеты. Общее эмпирическое правило заключается в том, чтобы сначала размещать компонент, который должен иметь дело с «наихудшим» нарушителем EMI.
В нашем случае диоды TVS должны иметь дело с высокоскоростными сильноточными событиями. Поскольку быстрые импульсы богаты высокочастотными компонентами, если их не остановить, чтобы проникнуть в наши платы, они будут соединяться со всеми доступными дорожками и нарушать работу.
Таким образом, TVS ходит первым.
Если бы у нас не было согласующих резисторов посередине, синфазный дроссель был бы вторым.
Рис. 4. Пример маршрутизации. В нашем примере печатной платы еще есть место для улучшения. Диод TVS можно повернуть на 180 градусов, чтобы еще больше уменьшить площадь контура электростатического разряда. Конденсаторы C5 и C6 также можно было повернуть на 180 градусов и немного сдвинуть вправо.
В каждом руководстве по компоновке печатных плат написано «заземление плоскостей это» или «заземление плоскостей того», и если вы хотите, чтобы эти электромагнитные помехи не попадали на гибкий живот ваших плат, от этого никуда не деться. .
Прямо под любым сигналом, который вы зажимаете, должна быть заземляющая пластина, чтобы путь наименьшего импеданса был как можно короче. Ваши диоды TVS должны отводить импульсы непосредственно на заземляющий слой, подключенный к экрану кабеля (если имеется) через соединение с низкой индуктивностью.
Нет особого смысла тратить все наши с трудом заработанные деньги на конденсаторы, если их эффект будет сведен на нет индуктивностью заземляющих дорожек.
В этой конструкции я использовал переходные отверстия на краю контактной площадки. В отличие от технологии via-in-pad, она не требует дополнительного этапа изготовления печатной платы и, следовательно, не увеличивает стоимость. Виа должна быть накрыта; в противном случае паяльная паста будет затекать внутрь, и контактная площадка не будет должным образом смачиваться.
Вы можете найти документацию по Altium Designer через свойства здесь.
Рис. 6. Детальный вид конструкции с низкой индуктивностью.Допустим, мы потратили часы на чтение статей, написанных сомнительными личностями, исследование приемопередатчиков, тестирование и проверку нашей идеальной подсхемы CAN-шины. Что теперь?
С помощью Altium Concord Pro™ вы можете поделиться своими листами схем со всей своей организацией, и это займет всего несколько секунд.
Первым шагом является проектирование вашей схемы в одном документе схемы с использованием портов для ввода и вывода, аналогично тому, что вы делаете для иерархического проектирования.
Рис. 7. Полная схема с входными и выходными портами.Используя панель проводника, создайте новую папку «Managed Schematic Sheets».
Рис. 8. Окно добавления папки в панели проводника.После того, как ваша папка будет создана, все пользователи вашей организации получат к ней доступ, и вы сможете приступить к загрузке листа схемы.
Рис. 9. Панель проводника с недавно добавленным управляемым листом схемы.Теперь управляемый лист схемы можно разместить в любом проекте.
Рис. 10. Команда «Поместить управляемый лист схемы».Ваш новый управляемый лист схемы будет отмечен зеленым символом «повторное использование».
Рис. 11. Управляемый лист схемы, помещенный в SchDoc. Если вы хотите узнать, почему все вокруг синее, а не желтое и красное, прочтите мою предыдущую статью о стилях дизайна.
Необязательная «слабая» оконечная нагрузка, например, 1,3 кОм, может помочь повысить устойчивость к электромагнитным помехам узлов с большим расстоянием между шлейфами. Однако то же самое сопротивление увеличивает нагрузку на сеть, уменьшая количество узлов, уменьшая конечное номинальное сопротивление шины и снижая максимальную скорость.
Если вы не стеснены в средствах и защита входа имеет для вас первостепенное значение, вам следует рассмотреть возможность добавления второго уровня защиты:
MOV (металлооксидный варистор) или GDT (газоразрядная трубка) для «поглощения» более высокой энергии чем то, что может выдержать TVS.
Некоторое устройство ограничения тока между MOV/GDT и приемопередатчиком, такое как высокоимпульсный резистор, варистор или TBU® (причудливый полупроводниковый варистор, продаваемый Bourns).
Было бы полезно, если бы вы всегда помнили, что эти устройства могут увеличить эквивалентную емкость шины, снизить скорость передачи данных и увеличить потребление тока.
Стандартные дроссели являются наиболее распространенным типом фильтров, используемых на CAN-шине, и они прекрасно работают, но у них есть некоторые недостатки, которые следует учитывать.
Синфазные дроссели могут создавать резонансы с паразитной емкостью шины CAN, что приводит к увеличению шума в некоторых определенных частотных диапазонах. Этот эффект может сделать свойства электромагнитных помех устройств CAN-шины непредсказуемыми, поскольку индуктивность в синфазных дросселях редко указывается точно, а паразитная емкость может сильно различаться в зависимости от длины кабеля. Если используется неэкранированный кабель, емкость может варьироваться в зависимости от близости кабеля к заземленным металлическим поверхностям.
Как мы все знаем, синфазные катушки индуктивности ведут себя как синфазные катушки индуктивности. Дух. Некоторые условия неисправности, такие как короткое замыкание на цепь питания или землю, могут вызывать высокие переходные синфазные токи. В некоторых случаях перенапряжение, создаваемое индуктивностью синфазного дросселя, может вывести из строя приемопередатчики CAN-шины. Эти перенапряжения могут быть довольно неприятными для отладки, так как они создаются после защиты от перенапряжения, которая обычно размещается на краю платы.
Третий недостаток дросселей… они могут быть дорогими. Для высокоскоростных дифференциальных сигналов требуется очень малая утечка тока.
Некоторые производители интегральных схем, в частности Texas Instruments, продвигают изолированные и высокоустойчивые к электромагнитным помехам устройства для «бесдроссельных» сетей CAN-шины.
Мне они очень нравятся, поэтому я решил использовать синфазный дроссель, специально разработанный для приложений с шиной CAN.
Должно быть, я влюблен в CAN-шину. Благодаря своей бесконечной гибкости и экстремальной устойчивости к электромагнитным помехам это, без сомнения, один из самых захватывающих стандартов в мире.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
