CAN - BUS. Inhaltsverzeichnis
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- Jan Hertz
- vor 8 Jahren
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1 Inhaltsverzeichnis Überblick CAN Übersicht Bussysteme ISO / OSI Schichtenmodell Physical Layer (Hardwareschicht) Data Layer (Softwareschicht) Application Layer (Anwendungsschicht) Anwendungsgebiete Literaturverzeichnis Arnd Bensch, Bastian Böhme 1
2 Überblick CAN-BUS CAN = Controller Area Network nicht deterministisch Vorgestellt von Bosch/Intel im Jahr 1986 Entwickelt für Vernetzung von Steuergeräten Weltweit verwenden alle Automobilhersteller den CAN als Standard Neufahrzeuge haben ab 2008 den CAN-BUS als einzige zugelassene OBD-Schnittstelle (On-Board-Diagnostic) Arnd Bensch, Bastian Böhme 2
3 Brutto- Datenrate [kbits / s] Übersicht Bussysteme IDB * FlexRay MOST CAN -B CAN -C TTCAN Bluetooth 20 LIN SAE J1850 Klasse A Klasse B Klasse C Sicherheit Multimedia SAE-Klassen Arnd Bensch, Bastian Böhme 3
4 CAN - C Bussysteme im Auto FlexRay Motor ABS Getriebe X-by-Wire ECU I ECU II Kombi Antrieb / Fahrwerk Gateway MOST TV- Tuner Multimedia Navi Komfort CD- Player Telefon Tür Tür CAN - B Dach Sitz Sitz Klima Computer LIN Sensor Sensor Aktor Sensor / Aktoren Arnd Bensch, Bastian Böhme 4
5 Layer Anwendung Darstellung Kommunikation Transport ISO / OSI Schichtenmodell Anwendung Darstellung Kommunikation Transport 3 Vermittlung Vermittlung Vermittlung Vermittlung 2 Sicherung Sicherung Sicherung Sicherung 1 Bitübertragung Bitübertragung Bitübertragung Bitübertragung Endsystem Transitsysteme Endsystem Arnd Bensch, Bastian Böhme 5
6 CAN Layer nach ISO Part 1: Physical Layer (High / Low Speed CAN) Part 2: Data Link Layer (Bosch spez. CAN 2.0A und 2.0B) Part 7: Application Layer Arnd Bensch, Bastian Böhme 6
7 CAN Physical Layer (2-Draht) Highspeed-CAN 2-Draht System Abschlusswiderstände (120 Ohm) Masseleitung wird bei langen Leitungen mitgeführt Stichleitung max. als 30cm Unterschiedliche Pegel: CAN_H: dominant 3,5V CAN_L: dominant 1,5V rezessiv 2,5V Can_Hmit 3,5 V 2,5V 2,5V Can_Lmit 1,5 V rez. dom. rez Arnd Bensch, Bastian Böhme 7
8 CAN Physical Layer CAN_H ECU I Transceiver ECU II Transceiver ECU III Transceiver 120 Ω 120 Ω Transceiver ECU IV Transceiver ECU V CAN_L Verdrahtung CAN-B / C Arnd Bensch, Bastian Böhme 8
9 CAN Physical Layer (2-Draht) Kabelaufbau CAN_H CAN_L CAN_H und CAN_L Leitungen verdrillt Kabellängen km Kabellänge = * kbit / Bitrate s Bitrate Kabellänge 10 kbit/s 6,7 km 20 kbit/s 3,3 km 50 kbit/s 1,3 km 125 kbit/s 530 m 250 kbit/s 270 m 500 kbit/s 130 m 1 Mbit/s 40 m Arnd Bensch, Bastian Böhme 9
10 Eingeschränkte Fehlertoleranz Hardware: Software: CAN Physical Layer (HS-CAN) Fehlererkennung 2-Draht Ein Ausfall einer der beiden Leitungen hat zur Folge das der Knoten sich selbst abschaltet Bei Erkennung eines Fehlers, wird die Nachricht für ungültig erklärt, der Sender muss diese erneut senden Arnd Bensch, Bastian Böhme 10
11 CAN Physical Layer (2-Draht) Lowspeed-CAN 1 oder 2-Draht System Datenrate ist auf 125 kbit/s begrenzt Hardware Fehlererkennung hohe Fehlertoleranz Unterschiedliche Pegel: CAN_H: dominant 3,6V 2 1 CAN_L: dominant 1,4V CAN_H: rezessiv min. 4,8V CAN_L: rezessiv max. 0,2V min 4,8 V 3,6 V 1,4 V max 0,2 V rez. dom. rez Arnd Bensch, Bastian Böhme Volt CAN_L CAN_H
12 Hardware: CAN Physical Layer (LS - CAN) Fehlererkennung 2-Draht Funktionsfähig bei Unterbrechung CAN_H oder CAN_L Leitung Kurzschluss CAN_H oder CAN_L nach U B Kurzschluss CAN_H oder CAN_L nach Masse Software: Kurzschluss CAN_H nach CAN_L Wird die Nachricht für ungültig erklärt (der Sender muss diese erneut senden) Arnd Bensch, Bastian Böhme 12
13 CAN Physical Layer (1-Draht) ungeschirmte Eindrahtleitung gegen Masse geschaltet Datenrate liegt zwischen 33,33 Kbit/s und 83,33 Kbit/s Sleep Modus max. 32 Steuergeräte Pegel zwischen 0V und 4,1V dominant 4,1V rezessiv 0V rez. dom. rez Arnd Bensch, Bastian Böhme 13
14 Eingeschränkte Fehlertoleranz Hardware: Software: CAN Physical Layer (LS-CAN) Fehlererkennung 1-Draht Bei Ausfall der Leitung hat dies zur Folge das der Knoten sich selbst abschaltet Wird die Nachricht für ungültig erklärt (der Sender muss diese erneut senden) Arnd Bensch, Bastian Böhme 14
15 TJA1041 CAN-C Fehlertoleranter CAN-Controller (nicht 1-Draht-fähig) Arnd Bensch, Bastian Böhme 15
16 TJA1054 CAN-B Fehlertoleranter CAN-Controller (1-Draht fähig) Arnd Bensch, Bastian Böhme 16
17 CAN Layer nach ISO Part 1: Physical Layer (High / Low Speed CAN) Part 2: Data Link Layer (Bosch spez. CAN 2.0A und 2.0B) Part 7: Application Layer Arnd Bensch, Bastian Böhme 17
18 Data Link Layer (CAN-Frames) Nach ISO CAN-Frames: Datentelegramm (Data Frame) Enthält die angeforderte Information, RTR Bit dominant (log. 0) Datenanforderungstelegramm (Remote Frame) Keine Daten, RTR Bit rezessiv (log. 1) Fehlerdiagramm (Error Frame) Übermittelt ein Fehlersignal Überlasttelegramm (Overload Frame) Hält die Kommunikation zeitweise an Arnd Bensch, Bastian Böhme 18
19 Daten-Frame (standard) Data Link Layer (CAN 2.0A) Inter Frame Space (IFS) End of Frame (EOF) Acknowledge Field (ACK) Cyclic Redundancy Field (CRC) Data Field Control Field Arbitration Field (ARB) Start of Frame (SOF) Arnd Bensch, Bastian Böhme 19
20 Daten-Frame (extended) Data Link Layer (CAN 2.0B) 1 Erweitertes Identifier Field Identifier Extension Bit (IDE) Substitute Remote Request (SRR) -> hat das RTR Bit ersetzt Arnd Bensch, Bastian Böhme 20
21 Data Link Layer Arbitrierung dient zur Erkennung und Auflösung von Kollisionen Fehlererkennung (Software) bei Daten- und Remote-Frames CRC (Cyclic Redundancy Code) ACK (Acknowledge) Frame-Check Monitoring Bit-Stuffing Arnd Bensch, Bastian Böhme 21
22 Data Link Layer (Arbitrierung) Sie ist zerstörungsfrei und erfolgt bitweise Jeder Sender überwacht den Bus Es verbleibt immer nur 1 Sender am Bus Bei 2 gleichen Identifiern wird nicht sofort ein Error-Frame gesendet Arnd Bensch, Bastian Böhme 22
23 Data Link Layer (Arbitrierung) Arnd Bensch, Bastian Böhme 23
24 Data Link Layer (Arbitrierung) Arnd Bensch, Bastian Böhme 24
25 Data Link Layer (Arbitrierung) Arnd Bensch, Bastian Böhme 25
26 Data Link Layer (Arbitrierung) Arnd Bensch, Bastian Böhme 26
27 Data Link Layer (Arbitrierung) Arnd Bensch, Bastian Böhme 27
28 Data Link Layer (Arbitrierung) Arnd Bensch, Bastian Böhme 28
29 Data Link Layer (Arbitrierung) Arnd Bensch, Bastian Böhme 29
30 Data Link Layer (Arbitrierung) Arnd Bensch, Bastian Böhme 30
31 Data Link Layer (Arbitrierung) Arnd Bensch, Bastian Böhme 31
32 Data Link Layer (Arbitrierung) Arnd Bensch, Bastian Böhme 32
33 Data Link Layer (Arbitrierung) Arnd Bensch, Bastian Böhme 33
34 CAN Physical Layer (Arbitrierung) Arnd Bensch, Bastian Böhme 34
35 Data Link Layer (Arbitrierung) Arnd Bensch, Bastian Böhme 35
36 CAN Physical Layer (Arbitrierung) Arnd Bensch, Bastian Böhme 36
37 Data Link Layer (Fehlererkennung) Cyclic Redundancy Check CRC berechnet der Sender über alle Bits aus dem Datenfeld ein Polynom Diese ist im CRC-Feld kodiert Empfänger kontrolliert die Prüfsumme durch nachrechen Wenn die Prüfsummen nicht übereinstimmen, meldet der Empfänger einen CRC-Fehler Arnd Bensch, Bastian Böhme 37
38 Data Link Layer (Fehlererkennung) Acknowledge ACK Jeder Empfänger, der den CRC ohne Fehler ausgeführt hat, überschreibt das rezessive ACK-Bit des Senders mit einem Dominaten Bit. Das heißt jedoch nicht, dass die Nachricht von allen Teilnehmern fehlerfrei empfangen wurde. Das Delimiter-Bit bleibt rezessiv (Unterscheidung zwischen ACK und Error-Frame) Arnd Bensch, Bastian Böhme 38
39 Data Link Layer (Fehlererkennung) Frame-Check Format Jeder Empfänger prüft, den Aufbau einer empfangenen Nachricht Wenn der Aufbau nicht den Spezifikationen entspricht, liegt ein Formatfehler vor, dieser wird dann angezeigt Arnd Bensch, Bastian Böhme 39
40 Monitoring Data Link Layer (Fehlererkennung) Überwachung Dabei ist der Sender auch gleichzeitig Empfänger seiner Nachricht Durch den Vergleich der gesendeten und empfangenen Bits können lokale Fehler erkannt werden Arnd Bensch, Bastian Böhme 40
41 Bit Stuffing Data Link Layer (Fehlererkennung) Synchronisation Dieses Verfahren dient zur Resynchronisation von Teilnehmern Dabei fügt der Sender ein komplementäres Bit ein, wenn 5 Bits in folge gleich (rezessiv oder dominant) sind Diese Bits heißen Stuff-Bits Der Empfänger muss aus dem Datenstrom die Stuff-Bits heraus filtern Arnd Bensch, Bastian Böhme 41
42 CAN Layer nach ISO Part 1: Physical Layer (High / Low Speed CAN) Part 2: Data Link Layer (Bosch spez. CAN 2.0A und 2.0B) Part 7: Application Layer Arnd Bensch, Bastian Böhme 42
43 Application Layer Diese Schicht stellt dem Benutzer Dienste wie z.b. Schreiben und Lesen zur Verfügung Des Weiteren können auch vordefinierte Dienste wie Dateitransfer und Dateibearbeitung zur Verfügung stehen Dabei nimmt diese Schicht keine Rücksicht auf Probleme Arnd Bensch, Bastian Böhme 43
44 Anwendungsgebiete CAN-BUS Automobiltechnik (Komfort-, Unterhaltungs-, Antriebsstrang, Diagnose) Flugzeugtechnik (Flugsteuerung, Klimasystem, Toiletten- und Frischwassersystem, Frachtladesystem) Landmaschinen (Antriebsstrang und Aufbauten) Züge, Schiffe (Antriebsstrang und Hilfseinrichtungen) Automatisierungstechnik (zeitkritische Sensoren, Überwachungstechnik, Transportsysteme) Medizintechnik (Patientenpositionierung) Gebäudetechnik (Aufzüge) Arnd Bensch, Bastian Böhme 44
45 Ausblick Fahrzeuge von BMW der Baureihe F001/ F10 / F25 (Nachfolger X3) Ethernet Anschluss mit Enbedded Web Server und TCP/IP Protokoll bzw. Fast Ethernet Mit 500 MHz Prozessor und zu 1,5 GB Daten im Fahrzeug BMW X Arnd Bensch, Bastian Böhme 45
46 Literaturverzeichnis Bücher: [1] CAN Controller Area Network, Wolfhard Lawrenz [2] Bussysteme in der Fahrzeugtechnik, Werner Zimmermann & Ralf Schmidgall [3] Datenkommunikation im Automobil, Christoph Marscholik & Peter Subke [4] CAN-BUS, Horst Engels [5] Controller-Area-Network, Konrad Etschberger Internetseiten: [6] [7] [8] [9] Skript: [10] Daten und Bussysteme (DUB), Prof. Dr.-Ing. Manfred Krüger Arnd Bensch, Bastian Böhme 46
47 Vielen Dank Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!!! Arnd Bensch, Bastian Böhme 47
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