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Bus CAN (Controller Area Network) S. Meguellati | REALISE PAR : BRAHAM CHAOUCHE

Bus CAN (Controller Area Network) S. Meguellati | REALISE PAR : BRAHAM CHAOUCHE YOUCEF YESSAAD MOHAMED ELAMINE ACHOUR DJAMEL EDDINE Master 2 InformatiqueIndustrielle14/01/2013 Définition Introduction Protocole de communication CAN . Les différents types de trame. Représentation des trames CAN . Trame de données (Data Frame ) . Trame de requête (Remote Frame ) . Trame de surcharge Trame d’erreur. Techniques de détection, signalisation et traitement des erreurs . Quelques notions de base du BUS CAN . Modes de fonctionnement d’une station CAN. Can dans l’automobile Conclusion . Sommaire Master 2 InformatiqueIndustrielle14/01/2013 Définition Qu’est ce qu’un bus (de communication): lignes (physiques) de communication entre plusieurs équipements électroniques Que signifie CAN : Controller Area Network : Réseau de contrôleurs électroniques Protocole spécifique de communication Bus CAN : Terme générique désignant à la fois les médias physiques et le protocole Nœud CAN : Equipement électronique capable de dialoguer sur un bus CAN Réseau CAN : En simplifiant : Réseau d’équipements électroniques (nœuds) interconnectés utilisant le protocole CAN pour échanger des informations. Master 2 InformatiqueIndustrielle14/01/2013 Introduction Le bus CAN est un protocole de communication et de contrôle développé par la société allemande Robert BOSCH Gmbh pour la première fois, capable de relier un ensemble d’organes (Automates, machines, capteurs et actionneurs) suivant une topologie de raccordement propre pour construire un réseau de contrôle commande. Le protocole de communication CAN permettant d’assure une liaison série asynchrone, multiplexée temporellement horloge-données. La première application de ce bus a été implémentée dans l’industrie automobile pour un but de communications internes entre les équipements industriels. Master 2 InformatiqueIndustrielle14/01/2013 • Spécification du CAN : Robert Bosch Gmbh . • Respecte les spécifications : ISO/OSI . Emploi possible de CAN : partout ou le contrôle distribue est necessaire L’appellation CAN signifie en industrie un réseau de contrôle local capable de géreres systèmes en temps réel basé un protocole de communication fiable et une transmission de données série. Le bus CAN est classifié dans l’ensemble des RLI, et qui peut être caractérisé par plusieurs paramètres de base : (Vtmax=1Mbit/s, Vmin=20Kbit/s) qui peut ~ /a medium de Transmision ou / aux Nœuds connectes au bus . Introduction Master 2 InformatiqueIndustrielle14/01/2013 Protocole de Communication CAN Master 2 InformatiqueIndustrielle14/01/2013 Protocole de Communication CAN La couche physique (couche 1) : elle comporte trois sous-couches essentielles : La sous-couche PLS (Physical signalling); La sous-couche PMA (Physical Medium Access); La sous-couche MDI (Medium Dependent Interface). La couche liaison (ou communication) de données (couche2): cette couche est subdivisée en deux sous couches différentes • La sous-couche LLC (Logic Link Control) . • La sous-couche MAC (Medium Access Control) . Couche application (couche 3): cette couche presque supposée vide dans la plupart d’applications. Support de transmission paire torsadée simple ou blindée ; Emission des signaux en différentiel sur la paire ; Débit de transfert 50Kbit/s pour une langueur de 1Km et 1Mbit/s pour une longueur de 40m ; L’architecture CAN est en bus et ne nécessite; Le bus CAN supporte un nombre de stations esclaves maximal de 32 avec liaison physique RS485 L’accès au bus basé sur l’algorithme d’écoute Caractéristiques industrielles Master 2 InformatiqueIndustrielle14/01/2013 Trame de données (data frame) Trame de données (data frame) CAN standard (2.0A) : Ident. sur 11 bits CAN étendu (2.0B) : Ident. sur 19 bits Trame de requête (Remote frame) Trame d’erreurs (error frame) Trame de surcharge (overload frame) Les différents types de trame Master 2 InformatiqueIndustrielle14/01/2013 Le principe de communication dans les réseaux locaux CAN est fondé sur un ensemble de fonctions effectuées par plusieurs trames, chaque trame (trame de données, trame de requêtes, trame des erreurs) permettant de fournir une information spécifique. Ces différentes trames sont composées de plusieurs champs permettent de définir tous les paramètres nécessaires de transmission. Une transmission correcte dans les réseaux CAN nécessite quatre types de trames spécifiques séparées par des intervalles de temps. Dans les bus CAN l’information donnée par une trame peut prendre deux états différents. Cependant, l’état logique « 0 » est nommé état dominant et l’état logique « 1 » nommé état récessif. Représentation des trames CAN Master 2 InformatiqueIndustrielle14/01/2013 Trame de données (Data frame) Représentation des trames CAN Master 2 InformatiqueIndustrielle14/01/2013 Représentation des trames CAN Cette trame se décompose en sept champs différents : Champ 1 : le début de trame SOF (Start Of Frame), 1 bit dominant ; Champ 2 : le champ d’arbitrage (arbitration field), 12 bits . Champ 3 : le champ de contrôle (control field), 6 bits . Champ 4 : le champ de données (data field), de 0 à 64 bits, de 0 à 8 octets . Champ 5 : le champ de CRC (Cyclic Redundancy Code), séquence CRC 15 bits +1 bit CRC Del . Champ 6 : le champ d’acquittement (ACKnoledge field), 2 bits . Champ 7 : le champ de fin de trame EOF (End Of Frame) ,7 bits. Master 2 InformatiqueIndustrielle14/01/2013 2.2.2/ Trame de requête (Remote frame) Représentation des trames CAN Master 2 InformatiqueIndustrielle14/01/2013 Par rapport à la trame précédente, la trame de requête comporte six parties, le début de trame, champ d’arbitrage, champ de commande, champ de CRC, champ d’acquittement et la fin de trame. Donc il n’y a pas de champ de données. Cependant, le champ d’arbitrage le bit RTR est récessif. Ce bit a le rôle de définir la priorité entre deux stations l’une émettrice et l’autre réceptrice mais elles possèdent le même champ d’identification. Dans ce cas, l’arbitrage sur le bit RTR peut donner la priorité à la trame de données. Les caractéristiques spécifiques des autres champs sont similaires que la trame de données. Trame de surcharge Les conditions internes d’un nœud peuvent le conduire à demander un certain temps (“une pause”) pour accepter la prochaine trame de données ou de requête en provenance des autres nœuds. Il peut faire cette demande en envoyant une trame de surcharge. L’émission automatique de trames de surcharge par les nœuds saturés assure en quelque sorte le contrôle de flux. Une trame de surcharge ne peut se produire qu’à la fin d’une trame normale ou d’erreur ou d’une autre trame de surcharge. Elle remplace l’inter trame. La norme CAN autorise deux (au maximum) trames de surcharge consécutives, pour éviter de bloquer indéfiniment le bus. Une trame de surcharge ne contient que deux champs : un champ contenant des drapeaux de surcharge et un délimiteur de champ. Un drapeau de surcharge est constitué de 6 bits dominants. Le délimiteur de surcharge est constitué de 8 bits récessifs. Master 2 InformatiqueIndustrielle14/01/2013 2.2.3/Trame d’erreur Donc une trame d’erreur comporte deux champs différents, ERROR FLAG et ERROR DELIMITER Cette trame d’erreurs est variable selon le mode qui dans lequel une station CAN fonctionne. • Trame d’erreur pour un mode active • Trame d’erreur pour un mode passif Représentation des trames CAN Master 2 InformatiqueIndustrielle14/01/2013 Classification d’erreurs Erreurs engendrées au niveau de la couche physique : Ce type d’erreurs peut être une erreur de bit ou erreur de bit stuffing • Bit-stuffing : 6 bits consécutifs même niveau • Bit-error : dominant + récessif = récessif ! Erreurs engendrées par les champs d’acquittement et de CRC • CRC error : CRC calculé ≠ CRC trame • Acknowledgement error : pas d’acquittement • Form error : mauvaise valeur pour un champ fixe techniques de détection, signalisation et traitement des erreurs Master 2 InformatiqueIndustrielle14/01/2013 Messages : Il existe 4 types de messages : DATA FRAME,REMOTE FRAME, ERROR FRAME, OVERLOAD FRAME. Lorsque le bus est libre, toute unité qui lui est connectée peut transmettre un nouveau message. Routage : Un nœud CAN n’utilise aucune information relative à la configuration du réseau. Cela a d’importantes conséquences Flexibilité , Routage , Multicast , Consistance Bit rate (Débit du bus) : Selon l’ISO le débit du bus est le nombre de bits transmis par unité de temps. Priorités : dans ce cas c’est l’IDENTIFICATEUR d’un message qui définit sa priorité d’accès au bus. Multi maître : Lorsque le bus est libre, n’importe quel nœud peut commencer à transmettre. C’est le nœud avec le message de priorité la plus élevée qui « gagne » le bus. Arbitrage : l’arbitrage bit à bit sur l’IDENTIFICATEUR permet la résolution des problèmes des différents conflits d’accès au bus. Si une REMOTEFRAME est transmise au même instant que sa DATA FRAME associée (dans ce cas, elles ont le même IDENTIFICATEUR), c’est la DATA FRAME qui est prioritaire. Sécurité : Pour assurer la plus grande sécurité dans le transfert des messages Nombre de stations : Théoriquement illimité, mais pratiquement restreint par les capacités des drivers de lignes. Typiquement, un nombre entre 32 et 64 nœuds par réseau est courant. Quelques notions de base du bus CAN Master 2 InformatiqueIndustrielle14/01/2013 Modes de fonctionnement d’une station CAN Master 2 InformatiqueIndustrielle14/01/2013 Can dans l’automobile • CAN est un réseau de communication série qui supporte efficacement le contrôle en temps réel de systèmes distribués tels qu’on peut en trouver dans les automobiles, et ceci avec un très haut niveau d’intégrité au niveau des données. Avec le protocole CAN, les contrôleurs, capteurs et actionneurs communiquent entres eux à uploads/Management/ bus-can-controller-area-network.pdf