Controller-Area-Network

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Anton Zimmermann
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1 Controller-Area-Network Grundlagen, Protokolle, Bausteine, Anwendungen Herausgegeben von Konrad Etschberger Mit Beiträgen von Konrad Etschberger Roman Hofmann Christian Schlegel Joachim Stolberg Stefan Weiher 3., aktualisierte Auflage HANSER

2 IX Inhaltsverzeichnis 1 Datenkommunikation im Feldbereich Das Referenzmodell der Datenkommunikation Client-Server- und Producer-Consumer-Modell Teilnehmer- und nachrichtenorientierte Protokolle Buszugriffsverfahren Master-Slave-Verfahren Delegated Token Token-Passing Time Division Multiple Access (TDMA) Carrier Sense, Multiple Access (CSMA) Verteiltes Schieberegisterprinzip Datensicherungsverfahren und Fehlerkontrolle Netzwerktopologien Anforderungen und Einsatzbereiche von Feldbussystemen Datenkommunikation in der Produktionsautomatisierung Datenkommunikation in mobilen Systemen Datenkommunikation in Gebäuden Datenkommunikation in Embedded Systemen Kurzbeschreibung einiger Feldbussysteme CAN (Controller-Area-Network) PROFIBUS (Process Field Bus) AS-Interface (Aktor-Sensor-Interface) INTERBUS-S LON (Local Operating Network) FTP (Factory Instrumentation Protocol) 56 2 CAN-Datenübertragungsschicht Prinzip der Busarbitrierung 59

3 Inhaltsverzeichnis 2.2 Nachrichtenformate Datentelegramm (Data Frame) Datenanforderungstelegramm (Remote Frame) Fehlertelegramm (Error Frame) Überlasttelegramm (Overload Frame) Telegrammzwischenraum (Interframe Space) Übernahmezeitpunkt von Nachrichten Codierung der Bitfolge einer CAN-Nachricht Fehlererkennung und Fehlerbehandlung Fehlerkennungsmechanismen im CAN-Protokoll Fehlererkennungsfähigkeit Sicherstellung Datenkonsistenz Fehlererkennungszeit Eingrenzung defekter Knoten Erweitertes Übertragungsformat (Extended Format) Time-Triggered CAN Option 94 3 Physikalische Schicht Physikalische Signaldarstellung Signalcodierung Bittiming und Bitsynchronisation Dimensionierung der Bitzeitsegmente Oszillator-Toleranz Zusammenhang zwischen Bitrate und Buslänge Busmedien Elektrisches Busmedium Optisches Busmedium Netzwerktopologien Busankopplung Standards der physikalischen Schicht Standard ISO

4 Inhaltsverzeichnis XI Standard CiA DS Physikalische Standards für standardisierte höhere Protokolle und Profile Fehlertolerante Busankopplung entsprechend ISO Standard SAE J Standard ISO Maßnahmen zur Verbesserung der elektro-magnetischen Verträglichkeit (EMV) CAN-Protokollcontroller Übersicht Aufgaben eines CAN-Controllers Nachrichtenfilterung Nachrichtenverwaltung Bereitstellen von angeforderten Nachrichten Einsatzbereiche von BasicCAN und FullCAN-Controllern Verfügbare CAN-Protokollcontroller Stand-alone CAN-Protokollcontroller Mikrocontroller mit integriertem CAN-Protokollcontroller CAN-Transceiverbausteine Höhere Protokolle und Profile CAL - CAN Application Layer Protokollarchitektur CAN Message Specification (CMS) Zuordnung von Nachrichtenidentifiern Netzwerkmanagement (NMT) Layer Management (LMT) Zusammenfassung CANopen CANopen Kommunikationsmodell 266

5 XII Inhaltsverzeichnis Systemdienste CANopen Objekte und Objektverzeichnis Kommunikationsprofil Geräteprofile Netzwerkmanagement Zuordnung von CAN-Identifiern Dynamischer Aufbau von SDO-Verbindungen Konfigurieren von CANopen-Geräten und -Systemen Realisierung einer CANopen-Geräteschnittstelle DeviceNet Übersicht Objektemodell Nutzung der CAN-Identifier Kommunikationsmodell Aufbau von Verbindungen Netzwerkmanagement Geräteprofile Konfiguration Conformance Test SAEJ Übersicht Der Nachrichtenaufbau Nachrichtentypen Gruppenfunktionen (Group Functions) Netzwerkmanagement Anwendungsschicht (Application Layer) Time-Triggered CAN (TTC) Übersicht Das Prinzip des Time-Triggered CAN Senden und Empfangen von Nachrichten Fehlertoleranz und Bestimmung des aktiven Time Masters 438

6 Inhaltsverzeichnis XIII Synchronization der lokalen und globalen Zeit Implementierung von TTCAN Implementierungs- und Systemaspekte Projektierung von CAN-basierenden Systemen Implementierungsalternativen Entwurf von CAN-basierenden Netzwerken Echtzeitverhalten von CAN-Netzwerken Realisierung von CAN-Netzknoten Aspekte zur Wahl des CAN-Controllers Mikrocontroller-Netzknoten Hostsystem-Netzknoten Realisierungsbeispiel eines verteilten I/O-Systems Komponenten und Tools CAN-Interfacekarten Monitoring- und Analysewerkzeuge Baustein-Funktionsbibliotheken Protokollsoftware für höhere Protokollschichten Komponenten für den Aufbau von CAN-Netzwerken 489 Literatur 491 Index 501

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