Wilmar Oliveira de Queiroz PUCGoiás 2012

Apresentação em tema: "Wilmar Oliveira de Queiroz PUCGoiás 2012"— Transcrição da apresentação:

1 Wilmar Oliveira de Queiroz PUCGoiás 2012
REDES INDUSTRIAIS CAN Wilmar Oliveira de Queiroz PUCGoiás 2012

2 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.

3 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.

4 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.

5 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

6 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.

7 CAN - Frames SOF 11 bits identificadores RT R I DE r0 DL C
0 a 8 bytes de dados CRC ACK EOF I F S SOF 11 bits identificadores SRR IDE 18 bits identificadores RT R r0 r1 DL C 0 a 8 bytes de dados CRC ACK EOF I F S 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

8 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

9 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

10 CAN – Processo de arbitragem no barramento CAN
F 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Nó 1 Escuta Nó 2 Escuta Nó 3 Nó 3 ganha a arbitragem Sinal no barramento

11 CAN – Processo de arbitragem no barramento CAN

12 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.

13 CAN - Barramento

14 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

15 CAN – Interface com microcontrolador com controlador embutido

16 CAN – Conexão ao barramento
Pino Sinal Descrição 1 - Reservado 2 CAN_L Linha "baixa" do barramento 3 CAN_GND Terra para CAN 4 5 CAM_SHIELD Blindagem opcional 6 GND Terra opcional 7 CAN_H Linha "alta" do barramento 8 9 CAN_V+ Fonte externa opcional para CAN Os nós são conectados ao barramento através dos fios CAN_H e CAN_L Pose-se usar conectores de 9 pinos

17 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

18 Alguns protocolos HLP abertos
Automotivos Volcano J1939 Industriais CANopen SDS – Smart Distributed Systems CANKingdom DeviceNet

19 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

20 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

21 Exemplo de aplicação para sistema automotivo

22 Sensores de velocidade e aceleração Controlador CAN principal Motor Transmissão Freios Reservatório de combustível

23 Exemplo de aplicação para sistema automotivo

24 Exemplo de aplicação para sistema automotivo

25 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.