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CAN
- 2. 2 Historique du réseau CAN 1983 Début des développements de CAN chez Robert Bosch Gmbh 1985 Spécification V1.0. Premières relations entre Bosch et les fondeurs de silicium 1986 Démarrage des travaux de normalisation ISO 1987 Introduction du premier échantillon de circuit intégré CAN 1989 Démarrage des premières applications industrielles 1991 Spécifications du protocole étendu CAN 2.0 B 1991 Premiers véhicules équipés (500 Kb/s) – Mercedes Classe S 1992 Création du groupement utilisateur CiA – CAN in Automation 1993 Création du groupe OSEK 1993 Parution de la première couche applicative (CAL) du CiA 1994 Standardisations ISO terminées 1994 PSA (Peugeot - Citroën) et Renault entrent à l’OSEK 1995 Task Force aux USA avec le SAE-Society of Automotive Engineers 1996 CAN est appliqué à la plupart des « contrôles moteurs » automobiles 1997 300 sociétés adhérentes au CiA 1997 Tous les grands fondeurs proposent des composants CAN 2000 Forte implantation de CAN dans l'automobile avec la couche OSEK
- 3. 3 Applications Embarqué Industrie Automobile Robitique Quelques données sur les applications industrielles Communication de requise 64 % type synchrone non requise 36% Mode d'échantillonnage cyclique 73% Pour les nœuds du réseau évènement 27% Périodicté des cycles 1 ms 26% 10 ms 48% 100 ms 26% Temps de réponse du signal 1 ms 40% 10 ms 34% 100 ms 26% Longueur du bus < 100 m 66% < 1000 m 31% > 100 m 3% Source VDMA
- 4. 4 Le modèle ISO N° de couche 7 6 5 4 3 2 1 Application Présentation Session Transport Réseau Communication Physique Modèle ISO Protocole CAN Utilisateur Protocole CAN avec libre choix du medium vide
- 5. 5 Le modèle ISO CAN 7 2 1 Application Communication Physique Utilisateur Protocole CAN avec libre choix du medium N° de couche Modèle ISO réduit Protocole CAN Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique Application Liaison Physique Symbolique utilisée pour le suivi de ce cours
- 6. 6 Les couches CAN Données Paramètres Commandes Champs Trame Bits Ligne du réseau La couche applicative définit et exploite les champs de données et de paramètres Elle gère aussi les commandes : émission, réception … etc. La couche liaison construit et gère dynamiquement la trame. Les champs sont inclus dans la trame qui est exploitée bit à bit par l’interface physique La couche physique assure la mise en forme électrique des bits 7 2 1 Couches Application Liaison Physique
- 7. 7 Couche 7 - Application Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique CAL (CANOpen) Groupemement CAN in Automation - CiA DeviceNet Rockwell Allen Bradley SDS Honeywell CAL DeviceNet SDS J1939 OSEK INDUSTRIE AUTOMOBILE J1939 SAE Society of Automotive Engineers Applications camions aux USA OSEK Open Systems & Interface for Distribued Electronic in Cars Véhicules légers en Europe
- 8. 8 Les couches ISO CAN Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique LLC Logic Link Control MAC Medium Access Control PLS Physical Signaling PMA Physical Medium Attachment MDI Medium Dependant Interface Intégré dans le contrôleur CAN Logiciel Driver de ligne Connectique Spécifications du protocole CAN
- 9. 9 Les modèle ISO CAN Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique LLC MAC PLS PMA MDI Application Liaison Physique bit Application Liaison Physique trame Pour faciliter la lecture de ce cours, dans les pages suivantes, le répérage dans le modèle ISO est symbolisé comme suit :
- 10. 10 Couche 2 - Liaison - LCC Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique LLC MAC PLS PMA MDI LLC Logic Link Control Contrôle de l’intégrité du format des trames émises et reçues Si possible, assurer les corrections d’erreur de structure de trame (format…etc.) Procédure de recouvrement d’erreur, reprise…etc. Identification de la trame Filtrage des messages Notification de surcharges Invitation à émettre ou à recevoir Les tâche de la sous-couche LLC sont les suivantes :
- 11. 11 Couche 2 – Liaison - MAC Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique LLC MAC PLS PMA MDI MAC Medium Access Control En réception, d’accepter les messages devant être transmis vers la sous-couche LLC En émission, de présenter à la couche physique les messages provenant de la couche LLC Mise en trame du message, organisation des trains de bits, par exemple : sérialisation à l’émission, désérialisation à la réception… Arbitrage de conflits (au niveau bit) Acquittement de réception de message Détection d’erreurs de transmission Signalisation d’erreurs de transmission La sous-couche MAC a pour mission : Ses tâches sont donc les suivantes : Gestion de la prise d’accès à la couche physique (CSMA/CA) Codage trame (stuffing/destuffing) Acquittement (signal ACK)
- 12. 12 Couche1 - Physique - PLS Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique LLC MAC PLS PMA MDI PLS Physical Link Signaling La sous-couche PLS s’occupe de : La représentation du bit, c’est-à-dire le type de codage bit, ses propriétés temporelles La définition des niveaux électriques, optique des signaux La synchronisation du bit La représentation du bit, c’est-à-dire le type de codage bit, ses propriétés temporelles
- 13. 13 Couche1 - Physique - PMA Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique LLC MAC PLS PMA MDI Caractéristiques des étages de commande et de réception PMA Physical Medium Attach Caractéristiques des Interfaces Drivers / Receivers Par exemple: Philips 82C250 Compatible avec la norme ISO 11898 Vitesse jusqu’à 1 Mb/s Protection de ligne contre les parasites, filtarge des signaux Contrôle de la pente du signal pour diminuer les émissions radio-électriques Mode de réception différentiel pour une meilleures protection CEM Protection thermique Un circuit non alimenté n’affecte pas le fonctionnement du bus Jusqu’à 110 nœuds supportés sur une même ligne
- 14. 14 Couche1 - Physique - MDI Application Présentation Session Transport Réseau Liaison Physique LLC MAC PLS PMA MDI La couche MDI s’intéresse à définir le medium sur lequel passent concrètement la communication et les points connexes associés, c’est à dire : MDI Medium Dependant Interface Le medium, par exemple : du câble bifilaire, en fil de cuivre, de tel diamètre (gauge) correspondant à telle norme de câble La topologie du réseau Les impédances de terminaison / adaptation du réseau Les types de prises retenues pour les connecteurs des éléments du réseau
- 15. Le RESEAU CAN Les principes
- 16. 15/06/19 Les méthodes d’accès • Maître / Esclave • Avec jetons • Par division de temps TDMA • A gestion de collision CSMA-CD • A gestion de collision CSMA-CA Ethernet CAN BitBus / FIP Interbus Exemples de réseaux Méthode CSMA-CD/CA Application Liaison Physique trame Profibus
- 17. 17 Codage bit - principes Manchester Les 2 grands principes de codage, NRZ et Manchester, permettent de transporter l’horloge avec les données 0 1 Application Liaison Physique bit NRZ NRZ : Non Return to Zero NRZI : Non Return to Zero Inverted NRZI Comment transporter l’horloge et les données sur le même support ? Horloge Données ? Signal Horloge + Données
- 18. 18 Codage bit - principes 0 1 0 0 1 1 1 0 NRZ Non Return to Zero Application Liaison Physique bit NRZI Manchester Non Return to Zero Inverted Exemple d’une suite de bits codée en NRZ, NRZI et Manchester
- 19. 19 Contraintes du codage Le codage NRZ / NRZI est simple, mais attention, il n’y a pas de front de synchronisation si le code reste constament à 0 ou à 1 Le codage Manchester transmet l’horloge en permanence mais nécessite une bande passante double La station émettrice impose l’horloge du signal La station réceptrice doit se cale sur l’horloge de l’émetteur NRZ ou NRZI 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0………. Il n’y a plus aucun front sur le signal pour resynchroniser l’horloge du récepteur. Il y a risque certain de dérive dans le temps. C’est le codage NRZ qui est choisi pour CAN Solution : le Bit Stuffing (remplissage bit) NRZ ou NRZI 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0………. Ces bits sont ajoutés à l’émission puis seront retirés à la réception
- 20. 20 Codage bit - Bit stuffing 0 0 0 0 0 0 0 1 0 NRZ Bit Stuffing 1 2 3 4 5 S 6 7 8 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Pour conserver l’information d’horloge, un bit inverse est inséré après 5 bits identiques. Il est retiré à la réception. Application Liaison Physique bit
- 21. 21 Codage bit - Arbitration Application Liaison Physique bit +V +V Récessif : absence de porteuse Dominant : présence de porteuse Récessif : rappel de potentiel Dominant : conducteur à la masse Le Dominant (D) l’emporte sur le Récessif (R) Il impose son état électrique Emission Relecture Contrôleur CAN Relecture et Comparaison CAN + CAN - Tx Rx En
- 22. 15/06/19 Méthode CSMA-CD/CA Méthode à gestion de collision Méthode évoluée employée sur des réseaux standards - Ethernet CSMA / CD - CAN CSMA / CA ou CR Carrier Sense Multiple Access - with Collision Detection - with Collision Avoidance ou Collision Resolution Application Liaison Physique trame
- 23. 15/06/19 Méthode CSMA / CA • Toutes les stations sont égales • Chaque station émet quand elle veut • Les collisions sont acceptées • Les collisions sont détectées par les stations • Les collisions sont gérées par le protocole • Il y a une stratégie d’arbitrage des collisions Principes généraux Application Liaison Physique trame
- 24. 24 Méthode CSMA-CD/CA Stations ou Noeuds Résistance de terminaison • Toutes les stations sont égales • Chaque station émet quand elle veut • Les collisions sont acceptées • Les collisions sont détectées par les stations • Les collisions sont gérées par le protocole • Il y a une stratégie d’arbitrage des collisions • Il est très facile d’ajouter ou de retirer un noeud En cas de coupure réseau, le tronçon est complètement isolé. Résistance de terminaison Application Liaison Physique trame
- 25. 25 Principe de l’arbitrage S I I I I I I I I I I I R bus libre trame de données / requête S: bit de départ de trame (SOF) I : 1 parmi 11 bits d’identificateur R: bit RTR - récessif (données) - dominant (requête) Le champ «Identifieur» sert pour l’arbitrage entre trames. Il est à la base du principe d’arbitration. L’arbitrage concerne aussi le bit RTR Application Liaison Physique trame
- 26. 26 Principe de l’arbitrage Transfert Transfert Perte d’arbitrage Erreur bit Tx: D Tx: R Tx: R Tx : D Rx: D Rx: R Rx: D Rx : R S R D R D D R D R R D ... S R D R D D D D R D R R... 1 2 3 S R D R D D D D R D R R...Sur le bus 3 gagne l’arbitrage S R D R D D R D D D D ... Application Liaison Physique trame
- 27. 27 Principe de l’arbitrage t 1 2 3 2 1 2 4 2 ou autre cas... 2 Il y a une notion de priorité entre trames, fonction de la valeur de l’identifieur associé. La station émet mais perd l’arbitration… … et se met immédiatement en écoute La trame est émise complètement 3 est prioritaire sur 1 et 2 1 est prioritaire sur 2 2 est seule 4 est prioritaire sur 2 2 est seule 1 2 3 4 Exemple d’un réseau à 4 stations Application Liaison Physique trame
- 28. LE RESEAU CAN Les Trames Application Liaison Physique trame
- 29. 29 Formats des trames • CAN 2.0 A - Identifieur standard sur 11 bits • CAN 2.0 B - Identifieur étendu sur 29 bits • Norme CAN ISO 11898 • Norme ISO 11519 Véhicules routiers Application Liaison Physique trame format
- 30. 30 Types de Trames • Trames de données (data) • Trames de requête (Remote) • Trames d’erreur (Error) • Trames de surcharge (Overload) • InterTrames (Interframes) Application Liaison Physique trame format
- 31. 31 Trame de données Application Liaison Physique trame données 1 11 6 0 à 8 octets 16 2 7 3IDLE IDLE Trame de données Début de trame (SOF) Champ identifieur Champ de commande Champ de données Champ de CRC Champ de ACK Fin de trame (EOF) Intermission 1 Bit RTR 29 Identifieur à 11 bits = format standard CAN 2.0A Identifieur à 29 bits = format standard CAN 2.0B Arbitrage Longueur en bits
- 32. 32 Trame de données Application Liaison Physique trame données 1 11 6 0 à 8 octets 16 2 71 SOF Identifieur RTR Commande Données CRC ACK EOF 15 1 1 1 Délimiteur ACK (Récessif) Slot ACK Délimiteur CRC (Récessif) Séquence de CRC 411 DLC (de 0 à 8) r0 (réserve) IDE en CAN 2.0A r1 en CAN .0B (réserve) 11 11 1 1 18 Suite IDE SRR Première partie de l’identifieur Lexique : SOF : Start of frame EOF : End of frame (7 bits Récessif) RTR : Remote Transmission Request ACK : Acknowledge CRC : Cyclic Redundancy Code DLC : Data Length Code SRR : Substitute Remote Request IDE : IDentifier Extension de l’identifieur Identifieur CAN 2.0A Identifieur CAN 2.0B D RTR est dominant Longueur du champ de données fixé par DLC, en nombre d'octets
- 33. 33 Trame de requête • Identique Trame de données sauf RTR • RTR mis à Récessif • Longueur données à 0 • DLC ajusté sur le nombre d’octets de données à retourner • La trame de donnée est prioritaire sur la trame de requête de même identifieur Application Liaison Physique trame données SOF Identifieur Cde CRC ACK EOF Bit RTR Etat D pour une trame de données Etat R pour une trame de requête DLC ajusté sur le nombre d’octets de données à retourner
- 34. 34 Trame d’erreur • La trame ne comprend que 2 champs.... • 1 champ Drapeau d’erreur «active» ou «passive» • 1 délimiteur - 8 bits récessifs • Les drapeaux d’erreur transgressent la loi du bit stuffing (6 à 12 bits dominants en erreur active) Application Liaison Physique trame erreur Drapeau d’erreur Délimiteur du champ Champ de trame d’erreur Intertrame Trame en cours de diffusion 6 à 12 bits D en erreur active 6 à 12 bits R en erreur passive 8 bits R
- 35. 35 Trame de surcharge • La trame ne comprend que 2 champs.... • 1 champ «flag» de surcharge (OLF) • Le champ de surcharge est composé de 6 bits dominants • 1 champ délimiteur - 7 bits récessifs • Le champ de surcharge transgresse la loi du bit stuffing Application Liaison Physique trame surcharge Champ de surcharge Délimiteur du champ Champ de surcharge Intertrame 6 bits D 7 bits R
- 36. 36 Période d’ intertrame • Les trames Données et Requête sont précédées par une période d’intertrame • Les trames Erreur et Surcharge ne sont pas précédées par une période d’intertrame • La période est composée de 2 ou 3 champs • Champs: Intermission, Bus Idle et éventuellement Suspend Transmission Application Liaison Physique trame Inter-trame
- 37. Merci de votre attention Fin de présentation