CAN-bus (Controller Area Network) is een zeer betrouwbaar, real-time serieel communicatieprotocol dat wordt gebruikt in voertuigen, industriële automatisering en andere gebieden. Het zorgt ervoor dat meerdere microcontrollers en apparaten met elkaar kunnen communiceren zonder een hostcomputer.
De CAN-bus werd begin jaren tachtig oorspronkelijk door Bosch in Duitsland ontwikkeld voor communicatie in- voertuigen. In 1993 publiceerde ISO de CAN-busstandaard (ISO 11898), die zowel het datalinklaagprotocol als het fysieke laagprotocol omvatte.
ISO 11898-1: Definieert het datalinklaagprotocol.
ISO 11898-2: definieert het fysieke laagprotocol voor de hoge- CAN-bus, die een maximale gegevensoverdrachtsnelheid van 1 Mbps ondersteunt. Het beveelt een lineaire topologie aan en is geschikt voor toepassingen met hoge realtime-eisen.
ISO 11898-3: Definieert het fysieke laagprotocol voor CAN-bus met lage-snelheid, met gegevensoverdrachtsnelheden variërend van 40 Kbps tot 125 Kbps. Het staat ook bekend als fout{6}}tolerant CAN en maakt voortdurende communicatie mogelijk, zelfs als één signaallijn uitvalt, waardoor het geschikt is voor toepassingen met lagere real-time vereisten.
CAN-busfuncties:
Multi-hoofdbediening:De CAN-bus ondersteunt meerdere masterapparaten die naast elkaar op het netwerk bestaan zonder een master-slave-hiërarchie. Apparaten communiceren op basis van berichtprioriteit.
Differentiële signalering:Maakt gebruik van twee draden (CAN_H en CAN_L) om differentiële signalen te verzenden, waardoor de weerstand tegen elektromagnetische interferentie wordt verbeterd.
Niet-destructieve arbitrage:Als er tijdens de berichtoverdracht een botsing optreedt, wordt het bericht met de hogere-prioriteit verzonden, terwijl het bericht met de lagere-prioriteit wacht op herverzending.
Foutdetectie en -afhandeling:Beschikt over robuuste foutdetectie- en verwerkingsmogelijkheden, waaronder CRC-checksumverificatie en bitfoutcontrole.
Flexibele topologie:Ondersteunt meerdere netwerktopologieën, zoals lineaire, ster-, boom- en ringconfiguraties.
Op de CAN-bus zorgt het aanzienlijke spanningsverschil tussen de logica "0" en "1" voor een betrouwbare communicatie. Verwijzend naar de bovenstaande beschrijving zijn de twee logische niveaus op de CAN-bus:
Dominant: 0
Recessief: 1
De signaalniveaus op de CAN-bus vertonen lijn-en karakteristieken. Deze lijn-en dit gedrag vormen de circuitbasis voor CAN-busarbitrage: het dominante niveau (0) maskeert altijd het recessieve niveau (1). Als verschillende knooppunten tegelijkertijd dominante en recessieve niveaus uitzenden, vertoont de bus het dominante niveau (0). Alleen wanneer alle knooppunten het recessieve niveau (1) uitzenden, vertoont de bus de recessieve toestand.
Dominant niveau:Logica 0. Bij hoge- CAN rijdt de CAN_H-pin naar 5 V, terwijl de CAN_L-pin naar 0 V rijdt.
Onderdanig niveau:Logica 1. Geen van beide pins wordt aangedreven.
CAN-bussen met hoge-snelheid en CAN-bussen met lage-snelheid verschillen in hun signaalniveaudefinities op de fysieke laag:
Hoge--snelheid CAN definieert een logische "1" wanneer de CANH- en CANL-spanningen gelijk zijn (CANH=CANL=2.5V), en een logische "0" wanneer het spanningsverschil tussen CANH en CANL 2V is (CANH=3.5V, CANL=1.5V).
Binnen het common{0}}spanningsbereik (-12V tot 12V) interpreteert de snelle CAN-transceiver een spanningsverschil groter dan 0,9V tussen CANH en CANL als de dominante toestand, en een verschil van minder dan 0,5V als de recessieve toestand. Een intern hysteresiscircuit vermindert interferentie.
Lage--snelheid CAN definieert een logische "1" wanneer het spanningsverschil tussen CANH en CANL 5V is (CANH=0V, CANL=5V), en een logische "0" wanneer het spanningsverschil 2,2V is (CANH=3.6V, CANL=1.4V).
Hoge- CAN-signaalniveaus op hoge snelheid (ISO 11898-2)
CAN-signaalniveaus bij lage-snelheid (ISO 11898-3)
KAN-foutafhandelingsmechanismen:
CRC-fouten:Detecteert fouten door de CRC-waarde van gegevens te berekenen en te verifiëren.
Bitfouten:Detecteert bitfouten in realtime-tijdens verzending.
Foutframes:Verzendt foutframes om hertransmissie aan te vragen wanneer er fouten worden gedetecteerd.
Samenvatting
CAN-bus wordt op meerdere gebieden wijdverspreid toegepast vanwege de hoge betrouwbaarheid, realtime- prestaties en flexibiliteit. Naarmate de technologie vordert, blijft de CAN-bus evolueren-zo verbetert de CAN FD-standaard (Flexible Data-Rate), uitgegeven door BOSCH, de datatransmissiesnelheden verder om te voldoen aan de eisen van toepassingen die een hogere bandbreedte vereisen.