Fakultät für Technik Bereich Informationstechnik Labor Bussysteme Versuch 3 CAN 2 Teilnehmer: Vorname Nachname Matrikel Nummer Datum:

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1 Fakultät für Technik Bereich Informationstechnik Versuch 3 CAN 2 Teilnehmer: Vorname Nachname Matrikel Nummer Datum:

2 Inhalt 1 Vorbemerkungen Einleitung Ziel des Versuchs Vorbereitung Einleitung Analysewerkzeuge für Bussysteme CANoe Durchführung Aufbau Laborplatz Digitale Messtechnik CAN Datenbank Anwendung

3 1 Vorbemerkungen 1.1 Einleitung Der CAN-Bus ist in den Bereichen Automobil und Automatisierungstechnik ein Standard. Im Rahmen des Labors dient er als Prototyp für Feldbussysteme. Sie lernen die wichtigsten Eigenschaften des CAN sowie der entsprechenden Messtechnik kennen. 1.2 Ziel des Versuchs Im ersten Versuch (CAN 1) haben Sie mit Hilfe eines Oszilloskops den CAN-Bus untersucht und sich mit den grundlegenden Eigenschaften des CAN-Bus vertraut gemacht. Bei diesem Versuch (CAN 2) lernen Sie ein weiteres Werkzeug, welches für die Analyse und Projektierung von CAN-Netzwerken sehr hilfreich ist, kennen. Solche Werkzeuge stehen heute für eine Vielzahl von verschiedenen Bussen (PROFIBUS, Ethernet, EtherCAT, usw.) zur Verfügung. Das Erlernte soll Ihnen daher zukünftig die Arbeit mit anderen bzw. neuen Bussystemen erleichtern. Das bei diesem Versuch verwendete Analysewerkzeug besteht aus einer speziellen PC-Software und einer Hardware, welche die physikalische Verbindung zwischen dem Bus und dem PC herstellt. Durch die Auswertung protokollierter Daten lernen Sie den Umgang mit diesem Analysewerkzeuge, sowie die Analyse von Busprotokollen in Grundzügen kennen. 3

4 2 Vorbereitung 2.1 Einleitung Bereiten Sie sich gründlich auf den Versuch vor. Dazu gehört selbstverständlich eine selbstständige Einarbeitung in die Thematik. Bringen Sie zur Versuchsdurchführung die schriftliche Ausarbeitung der unten gestellten Fragen mit. Als Vorbereitung sollten Sie ein genaues Messprogramm erstellt haben. Dieses umfasst genaue Angaben, was Sie wie messen wollen (einschließlich der dazugehörigen Skizzen und Tabellen). Damit der Aufbau durch falsche Handhabung keinen Schaden nimmt, sollten sie sich vor Beginn Ihrer Messungen mit dem Aufbau und der Bedienung gründlich vertraut machen. Ihre Ergebnisse und Skizzen tragen Sie am Versuchstag handschriftlich in Ihre vorbereiteten Tabellen und Aufzeichnungen ein. Hinweis: Es kann sehr hilfreich sein, sich vorab mit einem System bzw. Aufbau vertraut zu machen. 2.2 Analysewerkzeuge für Bussysteme Beantworten Sie zur Vorbereitung die folgenden Fragen. Sie möchten mehrere Geräte über einen Bus miteinander verbinden, um darüber Nachrichten auszutauschen. Skizzieren Sie den prinzipiellen Aufbau und erklären Sie eventuell zusätzlich benötigte Hardwarekomponenten. Welche Verbindungen dieser Art kennen Sie aus dem täglichen Leben? Für die Verbindung mehrerer Geräte z.b. PCs verwendet man oft Serielle-Schnittstellen (Serielle- Busse). Welche kennen Sie? Welche ist Ihnen aus dem Labor Mikrocontroller bekannt? Sie arbeiten im Labor mit einem Werkzeug (CANoe), das speziell für die Entwicklung, Simulation und Analyse von Bussystemen ausgelegt ist. Erklären Sie in diesem Zusammenhang den Begriff Restbussimulation? 4

5 Bei der Projektierung eines CAN-Netzwerks erhält man eine so gennannte Kommunikationsmatrix. Die folgende Abbildung zeigt beispielhaft eine CAN-Botschaft mit dem Identifier 29h mit ihren Signalen aus einer solchen Kommunikationsmatrix. Abbildung 1: CAN-Botschaft TIM Welchen DLC hat diese Nachricht? Das Layout der Botschaft ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Abbildung 2: Layout der Botschaft TIM 5

6 2.3 CANoe CANoe ist ein Software-Werkzeug, mit dem Netzwerke simuliert, gemessen und analysiert werden können. Im Rahmen dieses Versuches werden alle drei Möglichkeiten genutzt. CANoe wird mit Hilfe einer speziellen Hardware (CANcaseXL) mit dem Netzwerk verbunden. CANoe kann im reinen Beobachtungsbetrieb (Listen Only Mode) benutzt werden und fungiert dann als Busmonitor. Ebenso ist es möglich Botschaften auf dem Bus zu senden. Die Steuerung geschieht entweder interaktiv oder durch Programme, die in der speziellen Programmiersprache CAPL geschrieben werden. Zur Analyse und Messtechnik stehen verschiedene Funktionen zur Verfügung. Arbeiten Sie zur Vorbereitung die Kapitel 5.1 bis 5.5 und 5.8 sowie die Kapitel 6 und 7 des CANoe- Handbuches durch. 6

7 3 Durchführung 3.1 Aufbau Laborplatz Am Laborplatz stehen Ihnen folgende Mittel zur Verfügung. 1. PC bzw. Laptop mit CANoe Mit Hilfe von CANoe werden verschiedene Busteilnehmer simuliert. 2. CANcaseXL Der CANcaseXL enthält u.a. einen realen Buscontroller und dient der Ankopplung von CANoe an den realen Bus. 3. Reales Bordnetzsteuergerät SAM_F 4. Busoszilloskop 5. Handmultimeter 6. Prototypensteuergerät SAM_R 7. Abschlusswiderstände Der Laborplatz hat folgenden Aufbau. Hilfsknoten SAM_F SAM_R Abbildung 3: Aufbau Laborplatz Die logische Struktur des Aufbaus ist in der folgenden Graphik dargestellt. 7

8 Hilfsknoten SAM_F SAM_R Abbildung 4: Logischer Aufbau Die grün dargestellten Knoten werden mittels CANoe simuliert. Diese Konfiguration kommt bei Aufgabe 3.4 zum Einsatz. Zum Aktivieren des Busverkehrs muss die Restbussimulation in CANoe laufen. Dazu ist jeweils die Konfiguration angegeben, die Sie mit den Buttons und starten bzw. anhalten. 8

9 3.2 Digitale Messtechnik 1. Öffnen Sie das Programm CANoe und laden Sie die Konfiguration Configuration1.cfg. 2. Öffnen Sie den Konfigurationsdialog zum Einstellen des Bit-Timing für den CANcaseXL (configuration Network Hardware ). Abbildung 5: Konfiguration des Buscontrollers Modifizieren Sie den Abtastzeitpunkt. Welche Auswirkung stellen Sie fest? Machen Sie die Versuche mit und ohne Abschlusswiderstände. 3. Öffnen Sie in CANoe den Reiter Messaufbau. Fügen Sie ein Statistik-Fenster und ein Statistik-Fenster / Frame-Histogramm ein. Starten Sie eine Messung (ca. 5 Sekunden) und ermitteln Sie die Busstatistik. Welche Auslastung hat der Bus? In welchem Zyklus werden welche Botschaften gesendet? 4. Analysieren Sie den Busverkehr mit Hilfe des Trace-Fensters ( Spur ). Sie können die Nachrichten bezüglich der Zeit in verschiedenen Modi anzeigen lassen. Wann verwenden Sie welchen Modus? 5. Ergänzen Sie den Messaufbau durch einen Loggin-Block, der die Daten in die Datei D:\temp\canTrace01.asc schreibt. Achtung: Setzen Sie das Format auf ASCII. 6. Fügen Sie einen Filter ein, so dass ein weiterer CAN-Trace geschrieben wird, der nur die Botschaften enthält, deren Identifier größer/gleich 400h ist. 7. Fügen Sie einen Interaktiven Generatorblock ein und erzeugen Sie auf diese Weise Fehlerbotschaften. Triggern Sie mit dem Oszilloskop auf diese Botschaft. Wie lang ist das Error- Flag? 9

10 3.3 CAN Datenbank Die Codierung der Botschaften kann dem Programm bekannt gemacht werden. Dazu muss eine CAN Datenbank eingelesen werden. 1. Lesen Sie die vorbereitete Datenbank LaborBus_Master_ohne_TIM.dbc in die Konfiguration ein und öffnen Sie den Datenbank-Editor. 2. Öffnen Sie die von Ihnen aufgezeichneten Verläufe. 3. Ergänzen Sie die Datenbank um die Botschaft TIM mit dem Identifier 29h. Layout der Botschaft gemäß der Vorbereitung. 3.4 Anwendung Der Laboraufbau zeigt das Zusammenspiel von vier Steuergeräten im Automobil. Dabei handelt es sich um das Zündschloss, den Lenkstockhebel und zwei Bordnetzsteuergeräte. Das real vorhandene Steuergerät bedient die vorderen Fahrtrichtungsanzeiger (FRA) sendet abhängig von Zündung und Lenkstockhebel eine Anforderung an das zweite Bordnetzsteuergerät. Dieses bedient die hinteren FRA. Die SG Zündschloss und Lenkstockmodul werden im Messaufbau simuliert (Restbussimulation). Zur Steuerung des Verhaltens existieren Bedienoberflächen. 1. Öffnen Sie die vorbereitete Simulationsumgebung CANoe_Restbussimulation. 2. Starten Sie die Simulation und bedienen Sie das Zündschloss. Welche Reaktion stellen Sie fest? 3. Bringen Sie den Messaufbau durch Bedienung des Lenkstockmoduls zum Blinken. 4. Zeichnen Sie den Busverkehr auf und identifizieren Sie die Botschaft, die das Blinken des hinteren Lichtes auslöst. Fügen Sie für eine genauere Analyse ein zweites Trace-Fenster mit einem Filter am Eingang ein. Konfigurieren Sie den Filter so, dass nur die Botschaften für das Blinken des hinteren Lichtes aufgezeichnet werden. Wie erklären Sie sich den zeitlichen Ablauf der Botschaften? 5. Stellen Sie den relevanten Ablauf mit Hilfe eines Message Sequence Charts dar. 6. Ergänzen Sie den Messaufbau um einen Interaktiven Generatorblock. Konfigurieren Sie diesen so, dass bei Drücken der Taste t das hintere Licht für zwei Sekunden angeschaltet wird. 10