Was ist CAN-Bus?

Das Controller Area Network (CAN-Bus) ermöglicht die Kommunikation.

Controller Area Network (CAN) ist eine serielle Netzwerktechnologie, die für die Automobilindustrie, insbesondere für europäische Autos, entwickelt wurde, aber auch in der industriellen Automatisierung und anderen Anwendungen zu einem beliebten Bus geworden ist.

Der CAN-Bus wird in erster Linie in eingebetteten Systemen eingesetzt und ist eine Netzwerktechnologie, die eine schnelle Kommunikation zwischen Mikrocontrollern bis hin zu Echtzeitanforderungen ermöglicht und die Notwendigkeit der viel teureren und komplexeren Technologie eines Dual-Ported-RAMs überflüssig macht.

CAN ist ein Zweidraht-, Halbduplex- und Hochgeschwindigkeitsnetzwerksystem, das herkömmlichen seriellen Technologien wie RS232 in Bezug auf Funktionalität und Zuverlässigkeit weit überlegen ist, wobei CAN-Implementierungen kostengünstiger sind.

Während z.B. TCP/IP für den Transport großer Datenmengen ausgelegt ist, ist CAN für Echtzeitanforderungen konzipiert und kann mit einer Baudrate von 1 MBit/s eine TCP/IP-Verbindung mit 100 MBit/s leicht übertreffen, wenn es um kurze Reaktionszeiten, rechtzeitige Fehlererkennung, schnelle Fehlerbehebung und Fehlerreparatur geht.

Sie konfigurieren BaudRate als Bits pro Sekunde. Zu den übertragenen Bits gehören das Startbit, die Datenbits, das Paritätsbit (falls verwendet) und die Stoppbits. Es werden jedoch nur die Datenbits gespeichert.

Die Baudrate ist die Geschwindigkeit, mit der Informationen in einem Kommunikationskanal übertragen werden. Im Zusammenhang mit der seriellen Schnittstelle bedeutet "9600 Baud", dass die serielle Schnittstelle in der Lage ist, maximal 9600 Bits pro Sekunde zu übertragen.

Wenn die Informationseinheit ein Baud (ein Bit) ist, dann sind die Bitrate und die Baudrate identisch.

Wenn ein Baud mit 10 Bits angegeben wird (z. B. acht Datenbits plus zwei Framing-Bits), beträgt die Bitrate immer noch 9600, aber die Baudrate ist 9600/10 oder 960.

Sie konfigurieren BaudRate immer als Bits pro Sekunde. Setzen Sie daher im obigen Beispiel BaudRate auf 9600.

Bitte beachten Sie, dass sowohl der Computer als auch das Peripheriegerät auf dieselbe Baudrate konfiguriert sein müssen, bevor Sie erfolgreich Daten lesen oder schreiben können.

Zu den Standard-Baudraten gehören 110, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600, 14400, 19200, 38400, 57600, 115200, 128000 und 256000 Bits pro Sekunde.

CAN-Netze können als eingebettetes Kommunikationssystem für Mikrocontroller und als offenes Kommunikationssystem für intelligente Geräte verwendet werden. Einige Anwender, z. B. in der Medizintechnik, haben sich für CAN entschieden, weil sie besonders strenge Sicherheitsanforderungen erfüllen müssen.

Ähnliche Anforderungen mussten auch die Hersteller anderer Geräte mit sehr hohen Sicherheits- oder Zuverlässigkeitsanforderungen berücksichtigen (z. B. Roboter, Aufzüge und Transportsysteme).

Der größte Vorteil des Controller Area Network liegt in der reduzierten Verdrahtung in Verbindung mit einer ausgeklügelten Kollisionsvermeidung (d.h. es gehen keine Daten bei der Nachrichtenübertragung verloren).

Im Folgenden wird ein Überblick über die technischen Merkmale von CAN gegeben:

Viele Mikroprozessorchips, wie z. B. der ARM Cortex-M3-Prozessor, bieten Schnittstellen wie Ethernet, digitale E/A, analoge E/A, USB, UARTS und Controller Area Network. Das bedeutet jedoch nicht, dass Sie den Chip "so wie er ist" verwenden und ihn an ein Netzwerk, Sensoren usw. anschließen können.

Für alle diese Schnittstellen ist ein "Hardware-Treiber" erforderlich

Im Falle von seriellen Technologien wie RS232 oder CAN benötigen Sie den entsprechenden Transceiver.

Im speziellen Fall des CAN-Bus-Controllers benötigen wir einen Leitungstreiber (Transceiver), um das TTL-Signal des Controllers in den tatsächlichen CAN-Pegel umzuwandeln, der eine Differenzspannung ist. Die Verwendung von Differenzspannung trägt zur hohen Zuverlässigkeit von CAN bei.

Obwohl es sich in Automobilen und kleinen, eingebetteten Anwendungen bewährt hat, ist CAN allein nicht für Projekte geeignet, die ein Minimum an Netzwerkmanagement und Nachrichten mit mehr als acht Datenbytes erfordern.

Infolgedessen wurden Protokolle auf höherer Ebene (zusätzliche Software auf der physikalischen Schicht von CAN) wie CANopen für die industrielle Automatisierung und SAE J1939 für Geländefahrzeuge entwickelt, um eine verbesserte Netzwerktechnologie bereitzustellen, die Nachrichten mit unbegrenzter Länge unterstützt und ein Netzwerkmanagement ermöglicht, das die Verwendung von Knoten-IDs einschließt (CAN unterstützt nur Nachrichten-IDs, wobei ein Knoten mehrere Nachrichten-IDs verwalten kann).

Ironischerweise ist es jedoch sehr gut vorhersehbar, dass sich die CAN-Basistechnologie gegenüber Protokollen auf höherer Ebene für die Automatisierungsindustrie wie CANopen und DeviceNet durchsetzen wird, da sie weiterhin in Automobilen verwendet wird.

Heutzutage sind CANopen und DeviceNet "tote" Protokolle, wenn es um Neuentwicklungen geht. Die einzige Ausnahme ist SAE J1939, das eng mit der Dieselmotortechnologie verbunden ist, und das schließt wiederum Fahrzeuge ein.

Einige finden, dass CANopen ein ziemlich komplexes und enorm überladenes Protokoll mit einer enttäuschend geringen Bandbreite ist. Hinzu kommt, dass CANopen durch das Aufkommen der leistungsfähigeren Industrial-Ethernet-Protokolle rapide an Attraktivität für die Automatisierungsindustrie verliert und nun gibt es zwei Gründe, warum ich nie versucht habe, einen CANopen-Stack zu schreiben.

Das "Truck and Bus Control and Communications Subcommittee" der Society of Automotive Engineers (SAE) hat eine Reihe von Normen für die Entwicklung und Verwendung von Geräten entwickelt, die elektronische Signale und Steuerinformationen zwischen Fahrzeugkomponenten übertragen.

SAE J1939 und seine Begleitdokumente haben sich schnell als anerkannter Industriestandard und als das Controller Area Network (CAN) der Wahl für Off-Highway-Maschinen in Anwendungen wie Bau-, Materialtransport- und Forstmaschinen durchgesetzt.

Zu den Derivaten von SAE J1939 gehören:

Die DeviceNet-Spezifikation, bestehend aus zwei Bänden: Volume One - Common Industrial Protocol (CIP) und Volume Three- DeviceNet Adaptation of CIP, ist nur für ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) Mitglieder erhältlich.