Wilmar oliveira de queiroz pucgoi s 2012
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REDES INDUSTRIAIS CAN. Wilmar Oliveira de Queiroz PUCGoiás 2012. CAN. É um protocolo de comunicação serial; Desenvolvido inicialmente pela Bosch (1986) para aplicações automotivas;

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Wilmar Oliveira de Queiroz PUCGoiás 2012

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Wilmar oliveira de queiroz pucgoi s 2012

REDES INDUSTRIAISCAN

Wilmar Oliveira de Queiroz

PUCGoiás 2012


Wilmar oliveira de queiroz pucgoi s 2012

CAN

  • É um protocolo de comunicação serial;

  • Desenvolvido inicialmente pela Bosch (1986) para aplicações automotivas;

  • Como método de acesso ao barramento usa o protocolo CSMA/CR (Carrier Sense Multiple Access/Collision Resolution), também chamado de CSMA/CD + AMP (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection and Arbitration on Mesage Priority);

  • Foi adotado em 1993/94 como padrão mundial ISO11898;

  • CiA (CAN in Automation) é uma associação de fabricantes de controladores CAN e de microcontroladores com controladores CAN integrados.


Wilmar oliveira de queiroz pucgoi s 2012

CAN

  • Características gerais

    • Mensagens de dados são pequenas (até 8 bytes);

    • Taxa de até 1 Mbps;

    • Priorização de mensagens;

    • Pode transmitir em broadcast;

    • Recepção multicast com sincronização;

    • Detecção de erros;

    • Sinalização e retransmissão automática de mensagens;

    • CAN 2.0A especifica identificadores de 11 bits;

    • CAN 2.0B suporta mensagens estendidas com identificadores de 29 bits;

    • É constituído somente de duas camadas: Enlace de dados e Física. A Camada de Aplicação é especificada pelo projetista.


Wilmar oliveira de queiroz pucgoi s 2012

CAN

  • Características gerais:

    • O controle do acesso ao barramento é feito por um esquema de arbitragem binária não destrutiva (bitwise arbitration) descentralizada, baseada na adoção dos níveis dominante (0) e recessivo (1);

    • Não há endereço explícito nas mensagens. Cada mensagem carrega um identificador que controla sua prioridade no barramento e também identifica seu conteúdo;

    • Esquema de tratamento de erros com retransmissão de mensagens;

    • Isola falhas e remove nós com problema do barramento;

    • Filtra mensagens (endereçamento);

    • Os meios físicos podem ser o par metálico, a fibra óptica e radiofrequência;

    • Possui capacidade multimestre;

    • Distingue entre erros temporários e erros permanentes;

    • Flexibilidade de configuração.


Wilmar oliveira de queiroz pucgoi s 2012

CAN

  • Arquitetura

    • Define duas camadas:

      • Camada de enlace de dados

        • LLC – Logic Link Control

          • Controle de aceitação de mensagens

          • Notificações de sobrecarga do nó à rede

        • MAC – Medium Access Control

          • Controle do acesso ao meio físico

          • Detecção e sinalização de erros

          • Reconhecimento de mensagens recebidas

          • (Des)encapsulamento de mensagens

      • Camada física

        • Define o nível do sinal de transmissão

        • Ajuste do tempo de bit (bit timing)

        • Sincronização entre os nós


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CAN

  • Camada Física

    • Versões: 1.0 e 2.0A Padrão (com identificadores de 11 bits) e 2.0B Estendida (com identificadores de 29 bits);

    • A versão 2.0B pode ser:

      • Passiva: envia e recebe somente quadros padrão (11 bits);

      • Ativa: envia e recebe quadros tanto padrão quanto estendida.


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CAN - Frames

  • SOF – Start of Frame (1 bit) – início da mensagem e sincronismo dos nós

  • Identificador (11 ou 29 bits) – define a identificação e a prioridade da mensagem

  • RTR – Remote Transmission Request (1 bit) – indica uma requisição de transmissão remota

  • IDE – Identifier Extension (1 bit) – indica se haverá ou não extensão do identificador

  • r0 – Reservado (1 bit)

  • DLC – Data Length Code (4 bits) – contém o número de bytes de dados a serem transmitidos

  • Data (64 bits) – contém os dados da mensagem

  • CRC – Cyclic Redundancy Check (16 bits) – código de detecção de erros

  • ACK – Acknowledge (2 bits) – reconhecimento do recebimento de uma mensagem sem erros

  • EOF – End of Frame (7 bits) – indica o fim de um frame

  • IFS – Inter Frame Space (7 bits) – contém a quantidade de tempo requerido pelo controlador CAN para mover um frame para a posição dele na memória.

  • SRR – Substitute Remote Request (1 bit) – substitui o RTR

  • r1 - Reservado


Can formatos de frame

CAN – Formatos de frame

  • Frame de dados: transmite os dados entre os nós da rede CAN (emissor e o receptor). O campo DLC indica o tamanho da mensagem (carga útil);

  • Frame remoto: é enviado por um nó da rede que necessita de uma dada mensagem. O campo RTR terá valor 1. Não existe carga útil;

  • Frame de erro: notifica um erro no recebimento de um frame e pode ser enviado por qualquer nó da rede;

  • Frame de sobrecarga: sinaliza sobrecarga em um nó, impossibilitando-o de receber frames de dados


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CAN – Processo de arbitragem

  • A prioridade é especificada pelos identificadores

  • O identificador de menor valor numérico tem maior prioridade

  • O protocolo CAN permite acesso simultâneo ao barramento por diferentes nós. Nesse caso a arbitragem é requerida

  • Se o barramento estiver ocupado o nó atrasa sua transmissão

  • O método de acesso é o CSMA/CA with NDA(Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance with Non-Destructive Arbitration)

  • Os conflitos são resolvidos através da arbitragem bit a bit dos identificadores das mensagens

  • Cada nó observa a rede bit a bit utilizando o mecanismo bitwise em que o estado dominante (“0”) se sobrepõe ao estado recessivo (“1”)

  • O nó que está transmitindo um bit dominante tem prioridade sobre o nó que está transmitindo um bit recessivo

  • Todos os nós perdedores tornam-se imediatamente receptores da mensagem com maior prioridade e somente voltam a tentar transmitir quando a rede estiver livre


Wilmar oliveira de queiroz pucgoi s 2012

CAN – Processo de arbitragem no barramento CAN

R

T

R

S

O

F

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Escuta

Nó 1

Nó 2

Escuta

Nó 3

Nó 3 ganha a arbitragem

Sinal no

barramento


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CAN – Processo de arbitragem no barramento CAN


Can barramento

CAN - Barramento

Os dados são representados por bits Dominantes (nível 0, Vdif>=0,9V) e bits Recessivos (nível 1, Vdif =<0,5V), criados em função da condição presente nos fios CAN_H e CAN_L.


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CAN - Barramento


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CAN – Interface com microcontrolador

  • O controlador CAN pode estar conectado diretamente a um microcontrolador comum

  • Os microcontroladores CAN possuem um controlador CAN interno

  • Um nó, geralmente, é conectado a um barramento através de um transceiver

  • O transceiver transforma os bits que entram no barramento em uma tensão diferencial para diminuir a EMI


Wilmar oliveira de queiroz pucgoi s 2012

CAN – Interface com microcontrolador com controlador embutido


Can conex o ao barramento

CAN – Conexão ao barramento

  • Os nós são conectados ao barramento através dos fios CAN_H e CAN_L

  • Pose-se usar conectores de 9 pinos


Protocolos de alto n vel em can

Protocolos de alto nível em CAN

  • CAN oferece somente os serviços de transferência e requisição de dados

  • A aplicação HLP (High Layer Protocol) deve especificar:

    • Os identificadores

    • Inicialização dos nós

    • Estabelecimento da comunicação

    • Transmissão de dados com mais de 8 bytes

    • Endereçamento dos nós

    • Controle de fluxo


Alguns protocolos hlp abertos

Alguns protocolos HLP abertos

  • Automotivos

    • Volcano

    • J1939

  • Industriais

    • CANopen

    • SDS – Smart Distributed Systems

    • CANKingdom

    • DeviceNet


Can para sistemas automotivos

CAN para sistemas automotivos

  • Vários sensores, atuadores, sistemas de segurança, sistemas de telemetria, ...

  • Os controladores espalhados reduzem o tamanho do cabeamento e gerenciam o tráfego das informações constituindo a Rede intraveicular (In-Vehicle Networking)

  • Vantagens de uma rede intraveicular:

    • Cabeamento menor

    • Compartilhamento de sensores

    • Flexibiliza o projeto

  • Padrões: CAN, SAE, VAN, ABUS


Wilmar oliveira de queiroz pucgoi s 2012

CAN para sistemas automotivos

  • Padrão SAE (Society of Automotive Engineers) define três classes:

    • Classe A:

      • Baixa velocidade (até 10 Kbps)

      • Aplicações típicas: entretenimento, áudio...

      • Implementada com uma UART (RS232)

    • Classe B:

      • Média velocidade (até 125 Kbps)

      • Aplicações típicas: monitoramento de pressão, temperatura..

      • Protocolo SAE J1850

    • Classe C:

      • Alta velocidade (acima de 125 Kbps)

      • Aplicações típicas: controle de servomecanismos em tempo real (suspensão inteligente, controle aerodinâmico..)

      • Protocolo CAN 2.0


Exemplo de aplica o para sistema automotivo

Exemplo de aplicação para sistema automotivo


Wilmar oliveira de queiroz pucgoi s 2012

Sensores de

velocidade e

aceleração

Controlador

CAN principal

Motor

Transmissão

Freios

Reservatório

de combustível


Wilmar oliveira de queiroz pucgoi s 2012

Exemplo de aplicação para sistema automotivo


Wilmar oliveira de queiroz pucgoi s 2012

Exemplo de aplicação para sistema automotivo


Refer ncias bibliogr ficas

Referências bibliográficas

  • LUGLI, Alexandre B. e SANTOS, Max M. D. SISTEMAS FIELDBUS para Automação Industrial: Devicenet, CANopen, SDS e Ethernet. 1ª ed. Editora Érica, São Paulo, 2009.

  • http://www.pcs.usp.br/~laa/Grupos/EEM/CAN_Bus_Parte_3.html

  • http://www.fipai.org.br/Minerva%2001%2801%29%2001.pdf


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