CAN шина. Часть 2.

Количество узлов
CAN не требуется физическая адресация и номер узла. Это является важным свойством CAN, так как модули не должны иметь сведений о системе, в которой функционируют. Но во время конфигурирования системы и во время технического обслуживания сети, специфические узлы должны быть адресованы. Для этих целей, по крайней мере,один CAN приоритет/идентификатор должен быть зарезервирован и каждому модулю присвоен номер узла. CAN Kingdom, DeviceNet и SDS используют подобную технологию.

Некоторые способы присвоения номера узла:
• DIP переключатель. 
o Свойства: Повышенная возможность возникновения ошибок допущенных человеком, и ошибок по причине неисправностей соединения. Обычно отсутствуют ошибки, которые возможно проверить чексуммой. Зачастую переключатель должен быть изолирован от окружающей среды, поэтому требуется использование отвертки или подобного инструмента для доступа к переключателю. Установки открытого переключателя могут быть случайно изменены.
o Рекомендации: Номер узла должен быть доступен без применения, какого либо сервисного инструмента.

• Кодирование контактами разъема.
o Свойства: Повышенная возможность возникновения ошибок допущенных человеком, и ошибок по причине неисправностей соединения. Обычно отсутствуют ошибки, которые возможно проверить чексуммой. Установки разъема могут быть доступны или в открытом состоянии. либо посредством смотрового окна в корпусе. Требует документации по изменению установок разъема. Ограниченное количество комбинаций. Высокая стоимость контактов разъема.
o рекомендации: Номер узла должен быть доступен без применения, какого либо сервисного инструмента.

• Хранение во внутренней памяти. 
o Свойства: Номер узла должен быть установлен в модуль до подключения к системе.
o Рекомендации: Обычно номер узла сохраняется с чексуммой в энергонезависимой памяти. Низкая стоимость и наличие нескольких бит памяти. В памяти так же можно сохранить дополнительную информацию. Такой способ более защищен от сбоев и ошибок в отличие от контактов и переключателей.

• Хранение номера в памяти разъема. 
o Свойства: Отсутствие в продаже разъемов со встроенной памятью. Потребуются дополнительные контакты для считывания информации из памяти.
o Рекомендации: Тоже, что для внутренней памяти. Если номер узла сохраняется и в памяти разъема и в энергонезависимой внутренней памяти, достигается высокий уровень защиты от замены и перемещения модулей. Не требуется применение сервисных инструментов.
Ни в одном из HLP протоколов не специфицирован метод установки номера узла. SDS и DeviceNet описывают применение переключателей с применением каких либо разновидностей инструментов.

Скорость обмена данными
В CAN сети важно чтобы все модули были установлены для обмена данными на одной скорости. Следующим, после короткого замыкания CAN шины, наипростейшим способом разрушить коммуникации является установка модуля с некорректной или очень низкой скоростью обмена данными. Обычные последствия заключаются в том, что остальные модули отключаются. CAN Kingdom и DeviceNet рекомендуют различные способы, чтобы избежать подобные последствия.
SDS описывает рекомендованную методику автоматической настройки скорости обмена данными. Скорость обмена устанавливается главным устройством, которому присвоен наименьший адрес. Другие модули проверяют своевременность обмена по шине и устанавливают собственную скорость соответственно. Рекомендованные значения 125к, 250к, 500к и 1 М.
DeviceNet определяет три значения скорости 125к, 250к и 500к, но не обеспечивает защиту от сбоев установки скорости обмена данными. Если не определено, некоторые DeviceNet устройства используют автоматическую настройку скорости.
CAN Kingdom не определяет скорость обмена или автоматическую настройку. Модуль после включения питания в течение первых 200 ms должен «слушать» пассив на скорости 125 kbit с фиксированными и определенными установками. Во время этой процедуры неправильно настроенный модуль может быть всегда доступен при таких условиях. Пассивная коммуникация означает, что модуль только «слушает» CAN сеть, но не предоставляется возможность передачи доминантных битов по шине.

Использование приоритета
Приоритет доступа к CAN шине дается первыми 11 или 29 битами сообщения, и называется «Поле идентификатора» или более корректное название «Поле приоритета». 11 бит ID называется Standard ID и 29 бит Extended ID. SDS и DeviceNet используют Std. IDs. CAN Kingdom использует и Std и Ext. IDs.
SDS позволяет подключение 125 модулей к сети, и каждому модулю присваивается набор IDs относительно каждого номера узла.

Приложения
И SDS и Device Net определяют профили, для большого количества различных устройств, включая поведение и структуру данных принимающих и передающих модулей. Необходимо что бы модуль, не принадлежащий системе,соответствовал протоколу системы.
В CAN Kingdom всегда присутствует модуль, который отвечает за систему, по крайней мере, при запуске системы первый раз. Определяется возможности модуля приспосабливаться к конкретным условиям, т. е. профилированием системных данных, таких как скорость обмена, номер узла и приоритеты.

Сравнительная таблица HLP протоколов of SDS, DeviceNet и CAN Kingdom.

Скорость передачи данных

	SDS	DeviceNet	CAN Kingdom
Возможная скорость передачи данных	125k, 250k, 500k, 1M	125k, 250k, 500k	Любая, при обслуживании 125k
Защита от устройств с некорректной скоростью передачи	Да	Нет	Да
Автоматическая настройка скорости	Да, специфицирована	Возможно,но не специфицировано	Возможно,но не специфицировано
Возможность изменения протоколом HLP	Нет. Только автоматическая настройка	Да. Нет, если установлен переключатель	Да

Количество узлов

	SDS	DeviceNet	CAN Kingdom
Возможное количество устройств	0-125	0-63	(0) 1-255
Рекомендованное количество устройств	125	63	Не определено. Устанавливается в сервисном режиме или определяется коннектором
Защита от дублирования номеров	Нет/ Да HLP поддерживает проверку контролирующим устройством	Да с помощью Duplicate MAC ID Check	Нет/ Да HLP поддерживает проверку главным контроллером
Возможность изменения протоколом HLP	Да	Да. Нет если установлен переключатель	Да

Базовые данные приоритетов и идентификаторов

	SDS	DeviceNet	CAN Kingdom
Приоритеты присваемые модулю при запуске	8 + (8)	31 + (63)	0/1 + (2)
Приоритеты открытые для общего пользования	Нет	26 для каждого модуля	Любые, которые еще не используются
CAN Запрос дистанционной передачи	Нет	Нет	Да
Extended CAN	Нет	Нет	Да
Системный контроль приоритетов	Нет,предоставляется выбором номера узла	3 группы содержат 16, 5 и 5 данных приоритетов из которых можно выбрать	Да, Определятеся дизайном системы
Свободные приоритеты	Нет	Нет	Все
Старт с предопределенными установками	Фиксированы HLP,всегда предопределенны	Не поддерживается HLP. Каждый модуль свободно оперирует присвоенными 27 приоретатами/IDs	King может отдать команду с установками из энергонезависимой памяти
Автоматический запуск при включении питания	Да, после автоматической настройки скорости обмена	Каждый модуль свободно оперирует присвоенными 27 приоретатами/IDs	Да, если предварительно разрешено King
Предопределенный приоритет/IDs при запуске и зарезервированные для модуля	При запуске: 8Tx, 8 Rx От основного устройства: N*8-N*8+7 К основному устройству: 1024+ N*8-N*8+7	При запуске:2 Tx, 3 Rx Grp1:N+M*64 M=0-15Grp2:N*8+1024+M M=0-7 Grp3:N+1536+M*64M=0-6	При запуске: Во время первых 200 ms: 0 Tx,2Rx0 and 2031. Далее любой номер предварительно установленный главным узлом.

N= Номер узла, где N любой номер узла используемый модулем в системе
M= ID сообщения определенный в DeviceNet спецификации

Управление системой

	SDS	DeviceNet	CAN Kingdom
Восстановление исходных настроек модуля	Нет	Да, в период установленной связи	Да
Организация модуля в группу	Да, 1 группа	Нет	Да, 255 минус количество модулей в системе
Установка CAN маски приема	Нет	Нет	Да

Результаты

SDS
• Компактный и эффективный способ соединить небольшие устройства к основному контроллеру
• Главное устройство имеет полный контроль над остальными модулями
• Отсутствует поддержка соединения между модулями без основного PLC
• Поддерживается только Std. CAN

DeviceNet
• Открытая система где каждый модуль является локально главным
• Разработчик системы не имеет возможности контроля над модулями
• Поддержка модели производительности и потребления при передаче от модуля к модулю
• Ограниченное количество 27 свободно используемых приоритетов в одном модуле
• Компактное ядро в предопределенной коммуникационной установке главный/подчиненный
• Поддерживается только Std. CAN

CAN Kingdom
• Разработчик системы имеет полный контроль над всеми модулями посредством главного контроллера
• Поддержка модели производительности и потребления при передаче от модуля к модулю
• Возможности контроля в режиме реального времени за состоянием CAN шины
• Полная утилизация функции приоритета в CAN протоколе
• Любое количество приоритетов может быть включено в модуль
• Поддержка формирования преобразования структуры данных в HLP
• Компактное ядро, обычно 500-1500 byte кода и 24-48 byte RAM
• Поддерживается только Std. CAN

Порядок физического слоя CAN

CAN шина 
CAN шина использует NRZ (Non-Return To Zero) с bit-stuffing. Применяется два состояния сигнала: доминантный(логический 0) и рецессивный (логическая 1).

Максимальная скорость шины
Максимальная скорость CAN шины, соответственно стандарту 1Mbit/second. Некоторые CAN контроллеры могут быть приспособлены для специальных приложений, и не поддерживают скорость выше 1 Mbit/s.Низкоскоростная шина ISO 11898-3 до 125 Kbit/s.Однопроводная шина функционирует на скорости около 50 Kbit/s в стандартном режиме,и использует высокоскоростной режим при программировании контроллера, до 100 Kbit/s.
Минимальная скорость шины
Некоторые приемопередатчики не позволяют использование скорости ниже определенной. Например: применяя 82С250 или 82С251 возможно свободно снизить скорость до 10 kbit/s, но если применить TJA1050 не представляется возможным понизить скорость менее 50 kbit/s.
Максимальная длинна кабеля.
При скорости 1 Mbit/s, максимальная протяженность около 40 метров. Потому что арбитражная схема требует, чтобы фронтальная волна сигнала могла достигнуть удаленные устройства и вернуться обратно, прежде чем будут переданы данные.
Приближенная протяженность
• 100 метров (330 ft) при 500 kbit/s
• 200 метров (650 ft) при 250 kbit/s
• 500 метров (1600 ft) при 125 kbit/s
• 6 километров (20000 ft) при 10 kbit/s

Соединение шины
CAN шина ISO 11898 должна быть соединена. Реализуется включением резистора 120 Ом на каждой оконеченности шины.
Причины:
1. Исключение отражения сигнала на конце шины.
2. Подтвержение корректного DC уровня.
Соединительный кабель
ISO 118898 использует кабель сопротивлением 120 Ом, допустимы отклонения в интервале 108…132 Ом. ISO 11898 определяет витую пару, экранированную или неэкранированную. Ведутся работы над стандартом SAE J2411,который использует однопроводную схему.

CAN разъемы
Не существует стандарта для CAN разъемов. Обычно это определяется HLP протоколом. Ниже приведены распространенные соединительные разъемы:
• 9-pin DSUB, продвигается CiA.
• 5-pin Mini-C и/или Micro-C, используется DeviceNet и SDS.
• 6-pin Deutch разъем, продвигается CANHUG для мобильной гидравлики.

3. OBD -II
Системы бортовой диагностики применяются на большинстве легковых и легких грузовых автомобилях. В 70 и начале 80 производители автомобилей начинают использовать функции электронного управления двигателем и диагностику неисправностей двигателя. Это мероприятия призваны достигнуть соответствия требованиям EPA по выбросам. OBD-II новый стандарт введенный в середине 90, обеспечивает почти полное управление двигателем,а так же частично шасси, кузовом и дополнительным оборудованием, с поддержкой диагностических функций сети управления автомобилем.
Предыстория
Для решения проблем выбросов в США в штате Калифорния были установлены требования по применению систем управления выбросами на автомобилях 1966 модельного года. И с 1968 года распространены по всей территории США.
Конгресс принял the Clean Air Act в 1970 году, и затем было основано EPA (Environmental Protection Agency) Агентство по охране окружающей среды. Началась серия поэтапных стандартов по выбросам и требованиям к обслуживанию автомобилей. Для соответствия стандартам, производители обратились к применению электронных систем контроля подачей топлива и систем зажигания. По данным от различных датчиков режимы работы двигателя регулируются с учетом минимального загрязнения. Датчики были так же доступны для проведения диагностики на первичном этапе.
Первоначально существовало небольшое количество стандартов, и каждый производитель применял собственные системы и сигналы. В 1988 году SAE установило стандарт соединительного разъема для приема диагностических сигналов. EPA привело большинство стандартов в соответствие с SAE программами для бортовой диагностики и рекомендациям. OBD-II расширенный пакет стандартов и условий разработанных SAE и принятых EPA и CARB(California Air Resources Board) для выполнения с 1 января 1996 года.

Применение OBD-II
Агентство по охране окружающей среды обусловило снижение выбросов легковыми и грузовыми автомобилями. Для соответствия стандартам, производители начали выпуск автомобилей соответствующих новым условиям выбросов.OBD-II предоставляет универсальный метод диагностики для проверки соответствия OEM стандартам.
Все автомобили, выпущенные после 1 января 1996 года, оборудованы OBD-II системами. Некоторые производители начали применение OBD-II на многих моделях с 1994 года, но не все.
Существуют три основных OBD-II протокола, с небольшими различиями систем, в способах соединения бортовых диагностических устройств и диагностических устройств и инструментов. С начала производства были внесены незначительные изменения. В настоящее время Chrysler, все Европейские и большинство Азиатских импортеров используют ISO 9141. GM и легкие грузовики используют SAE J1850 VPW (Variable Pulse Width Modulation), и Ford SAE J1850 PWM (Pulse Width Modulation) коммуникационные приложения.
Можно определить какой протокол использует автомобиль, по коммутации разъема. Если разъем имеет контакт в №7 и отсутствуют контакты №2 и №10, тогда автомобиль оборудован по ISO 9141 протоколу. Если нет контакта в №7,тогда применяется SAE протокол, Если используются контакты №7 и №2 и/или №10, автомобиль может использовать ISO протокол. Все три OBD-II протокола, используют набор команд согласно SAE J1979 стандарту.

Диагностический разъем OBD-II
Автомобили, выпущенные до введения OBD-II, имеют разъемы в различных местах под приборной панелью. ВсеOBD-II имеют разъемы, расположены в местах, досягаемых с места водителя. Кабель от диагностического инструмента подключается в OBD-II J1962 разъем. Существуют различные виды диагностических инструментов от сканеров и карманных компьютеров для считывания кодов ошибок до сложных диагностических устройств и компьютеров.

Индикатор наличия неисправностей
На многих автомобилях применяется индикатор наличия неисправности «Check Engine light» или MIL Индикатор наличия неисправности. Индикатор может представлять три типа сигналов. Мгновенная индикация указывает на незначительный характер неисправности. Если остается включенным, неисправность имеет опасный характер,который может отразиться на состоянии выбросов или безопасности. Постоянно переменяющийся сигнал индикатора,является признаком серьезной неисправности, которая может стать причиной значительного повреждения, и требует немедленной остановки двигателя. Во всех случаях a «freeze frame» данные всех датчиков записываются в память центрального компьютера автомобиля.
Ели имеются критические неисправности, MIL индикатор будет включен постоянно при каждом включении двигателя, до устранения неисправности и установки MIL в исходное состояние. Ошибки переменного характера будут отражаться MIL моментальным включением, до обнаружения и устранения неисправности. Данные, записанные в центральном компьютере автомобиля, будут источником ценной диагностической информации, в некоторых случаях, если неисправность прекратит появление, freeze frame данные будут удалены из памяти.
Оборудование и инструменты для диагностики
По причине высоких затрат на диагностическое оборудование, в большинстве ремонтных мастерских требуют оплату услуг по диагностике, иногда несколько завышенную, за подключение диагностического оборудования для считывания кодов неисправностей системы и сигналов OBD-II. В настоящее время доступно большое количество различных сканнеров с невысокой стоимостью, что предоставляет возможность владельцу автомобиля обнаружить и устранить неисправности собственными силами. Сканеры действительно мощный инструмент, позволяющий с применением соответствующего программного обеспечения, установить быстро и устойчиво связь с бортовым устройством, и автоматически получить информацию. Возможно так же подключившись к диагностическому разъему,получать данные во время движения автомобиля. Подключение к ноутбуку или настольному компьютеру предоставляет возможность использовать дополнительную память и получать и обрабатывать информацию с использованием различных графических приложений.

Диагностирование различных систем автомобиля
Данные от других устройств и датчиков автомобиля, которые не являются частью OBD-II стандарта, возможно получить с использованием различных дилерских устройств, которые так же подключаются к OBD-II разъему. Например: данные датчика детонации, напряжение зажигания, пропуски зажигания в цилиндре, состояние ABS и др. Насчитывается более 300 различных источников данных, в зависимости от изготовителя и модели автомобили. Некоторые сканеры отражают только OBD и OBD-II сигналы, другие предоставляют расширенные возможности и по другим системам автомобиля.