Apresentação Redes CAN
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REDES CAN
GABRIEL STANGE
MIGUEL GONÇALVES
WILLIAN LIMA
REDES CAN
CAN (Controller Area Network)
- É um protocolo de comunicação serial;
- Desenvolvido inicialmente pela BOSCH (1986) para
aplicações automotivas.
REDES CAN
REDES CAN
REDES CAN
- Primeira aplicação em controladores de automóveis foi feita pela
Mercedes-Benz em 1992.
- O protocolo CAN não é somente utilizado em aplicações
embarcadas; na automação predial podem-se encontrar variedades
de aplicações:
• Controles de elevadores e escadas rolantes;
• Ar-condicionado;
• Iluminação;
• Ventilação;
• Portas e controles de Acesso;
REDES CAN
- Nas aplicações em Sistemas de Controle Industrial o CAN é
aplicado para o controle da planta, controle de maquinário e robôs,
usado em sistemas de controle e supervisão e em equipamentos
CNC.
- Outras aplicações são:
• Aplicações Médicas (Ressonância Magnética, Tomografia,
Raio-X, etc.)
• Máquinas de Vendas;
• Fotocopiadoras e impressoras de alta qualidade;
• Sistemas de Semáforos Urbanos;
• Subsistemas de caixas eletrônicos, etc.
REDES CAN
- Foi adotado em 1993/94 como padrão mundial ISO11898 para
aplicações de alta velocidade.
- Para aplicações de baixa velocidade foi adotado como padrão a
ISO 11519.
- 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 Message Priority).
REDES CAN
Características Gerais:
- Mensagens de dados são pequenas (até 8 bytes);
- Taxa de até 1Mbps;
- Priorização de mensagens;
- Pode transmitir em broadcast;
- Possui recepção multicast com sincronização;
- Detecção de erros;
- Sinalização e retransmissão automática de mensagens
corrompidas;
REDES CAN
Características Gerais:
- Possui capacidade multi-mestre (todos têm o direito de
enviar uma mensagem pelo barramento quando este estiver
ocioso);
- Distingue entre erros temporários e erros permanentes;
- Flexibilidade de configuração;
- Redução de cabos a utilizar;
- Baixo preço;
REDES CAN
Características Gerais:
- É constituído somente de duas camadas: Enlace de Dados e
Física. (A camada de Aplicação é especificada pelo projetista.)
- O controle de 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).
- Filtra mensagens (endereçamento);
REDES CAN
Características Gerais:
- 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;
- Os meios físicos podem ser o par metálico, a fibra óptica e
radiofrequência.
REDES CAN
Tipos de rede CAN:
Nomenclatura Padrão Taxa Máxima Identificador
CAN(baixa velocidade) ISO 11519 125 Kbps 11 bits
CAN 2.0A ISO 11898:1993 1 Mbps 11 bits
CAN 2.0B ISO 11898:1995 1 Mbps 29 bits
REDES CAN
REDES CAN
REDES CAN
Arquitetura1. 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 de Acesso ao Meio Físico- Detecção e sinalização de erros- Reconhecimento de mensagens recebidas- (Des)encapsulamento de mensagens
REDES CAN
Arquitetura
2. Camada Física
• Define o nível do sinal de transmissão
• Ajuste do tempo de bit (bit timing)
• Sincronização entre os nós
REDES CAN
Camada Física:
- Apresenta codificação pelo método NRZ (Non Return to
Zero).
- Isto implica que durante a transmissão de um bit o nível
de tensão se mantém constante.
- Tipo de codificação que não inverte a polaridade e não é
possível fazer a ressincronização quando se transmite
uma grande quantidade de bits iguais
REDES CAN
Camada Física:
- Para se evitar erros, utiliza-se a técnica do Bit-Stuffing
(amortecimento).
- O Bit-Stuffing consiste em inserir um bit complementar
após detectar cinco bits consecutivos de mesmo valor.
REDES CAN
REDES CAN
Camada Física:
- Versões:
• 1.0 e 2.0A Padrão (com identificadores de 11 bits);
• 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.
REDES CAN
Camada Física:
- A fiação da rede CAN tem uma estrutura de linha única,
com a finalidade de reduzir os efeitos de interferência na
rede (casamento de impedâncias).
- Em suas extremidades são usados dois resistores de 120
ohms.
REDES CAN
- De acordo com a ISO, cada nó CAN deve apresentar
um transceiver, controlador CAN e microcontrolador.
- Existe uma grande flexibilidade relacionada à integração
dos 3 componentes. Quanto à integração, podem ser
encontradas 3 arquiteturas distintas:
• Primeira Forma: Quando o controlador CAN é
separado do microcontrolador e também do
transceiver.
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• Segunda Forma: encontra-se em um só chip um
microcontrolador e o controlador CAN integrado.
• Terceira Forma: é a denominada Single-Chip, em que o
microcontrolador, o controlador CAN e o transceiver
estão integrados em um único chip
REDES CAN
CAN - Frames:
REDES CAN
• 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;
REDES CAN
• IDE – Identifier Extension (1 bit): indica se haverá ou não extensão do
identificador;
• r0 – Reservado (1 bit);
• DLC – Data Lenght Code (4 bits): contém o número de bytes de dados
a serem transmitidos;
• Data (64 bits): contém os dados da mensagem;
REDES CAN
• 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;
REDES CAN
• 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;
REDES CAN
CAN – Formatos de Frame
- Frame de dados: transmite os dados entre os nós da
rede CAN (emissor e receptor). O campo DLC indica o
tamanho da mensagem (carga útil);
REDES CAN
CAN – Formatos de Frame
- 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);
REDES CAN
CAN – Formatos de Frame
- Frame de erro: notifica um erro no recebimento de um
frame e pode ser enviado por qualquer nó da rede;
REDES CAN
CAN – Formatos de Frame
- Frame de sobrecarga: sinaliza sobrecarga em um nó,
impossibilitando-o de receber frames de dados.
REDES CAN
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. Neste caso a arbitragem
é requerida.
- Se o barramento estiver ocupado o nó atrasa sua
transmissão.
REDES CAN
CAN – Processo de arbitragem
- O método de acesso é o CSMA/CA with NDA (Carrier
Sense Multiple Acess with Collision Avoidance with Non-
Destructive Arbitration).
- Os conflitos de acesso ao barramento são solucionados
por comparação orientada ao bit (bitwise).
- Cada nó observa a rede bit a bit dos identificadores das
mensagens em que o estado dominante (“0”) se sobrepõe
ao estado recessivo (“1”).
REDES CAN
CAN – Processo de arbitragem
- 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.
REDES CAN
CAN – Processo de arbitragem no barramento CAN
REDES CANProcesso de arbitragem no barramento CAN
REDES CAN
CAN – Barramento
Os dados são representados por bits dominantes (nível 0, Vdif
0,9V) e bits recessivos (nível 1, Vdif 0,5 V), criados em função da
condição presente nos fios CAN_H e CAN_L.
REDES CAN
CAN – Barramento
REDES CAN
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.
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REDES CANCAN – Conexão ao barramento
- Os nós são conectados
ao barramento através
dos fios CAN_H e
CAN_L.
- Pode-se usar
conectores de 9 pinos.
REDES 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
REDES CAN
Alguns protocolos HLP abertos
- Automotivos:
• Volcano
• J1939
- Industriais:
• CANopen
• SDS – Smart Distributed Systems
• CANKingdom
• DeviceNet
REDES CAN
CAN para sistemas automotivos
- Vários sensores, atuadores, sistemas de segurança,
sistemas de telemetria, etc.
- Os controladores espalhados reduzem o tamanho do
cabeamento e gerenciam o tráfego das informações
constituindo a Rede Intraveicular (In-Vehicle
Networking).
REDES CAN
CAN para sistemas automotivos
- Vantagens de uma rede intraveicular:
• Cabeamento menor;
• Compartilhamento de sensores;
• Flexibiliza o projeto.
- Padrões: CAN, SAE, VAN, ABUS.
REDES CAN
CAN para sistemas automotivos
- Padrão SAE (Society of Automotive Engineers) define
três classes:
1ª) Classe A:
• Baixa velocidade (até 10 Kbps)
• Aplicações típicas: entretenimento, áudio, etc.
• Implementada com uma UART (RS232)
REDES CAN
CAN para sistemas automotivos
2ª) Classe B:
• Média velocidade (até 125 Kbps)
• Aplicações típicas: monitoramento de pressão, temperatura, etc.
• Protocolo SAE J1850
3ª) Classe C:
• Alta velocidade (acima de 125 Kbps)
• Aplicações típicas: controle de servomecanismos em tempo real
(suspensão inteligente, controle aerodinâmico, etc.)
• Protocolo CAN 2.0
REDES CAN
CAN para sistemas automotivos
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CAN para sistemas automotivos
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CAN para sistemas automotivos
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CAN para sistemas automotivos