Notizen

Bildschirmpräsentation |

Gliederung

1 | CAN Schulung
2 | Grundlagen Zahlensysteme In der gesamten Digitaltechnik und somit auch bei CAN spielen das binäre und das hexadezimale Zahlensystem eine bedeutende Rolle. Deshalb werden zunächst Grundkenntnisse dieser Zahlensysteme vermittelt.
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4 | Grundlagen Zahlensysteme Zahlendarstellung in den drei Zahlensystemen
5 | Grundlagen Zahlensysteme
6 | Grundlagen Zahlensysteme Umwandlung Dezimal ↔ Binär
7 | Grundlagen Zahlensysteme
8 | Grundlagen Zahlensysteme Umwandlung Dezimal ↔ Hexadezimal
9 | CAN - Definition CAN steht für Controller Area Network Der CAN-Bus ist ein serielles Bussystem, alle Teilnehmer sind gleichberechtigt. Jedes Steuergerät kann unabhängig senden und empfangen. CAN adressiert im Gegensatz zu anderen Protokollen nicht die Teilnehmer, sondern die übermittelte Nachricht. Der Teilnehmer entscheidet, ob er die Daten benötigt oder nicht.
10 | CAN - Vernetzung von Steuergeräten Problem: Die Anforderungen an Fahrsicherheit, Wirtschaftlichkeit, Komfort und Umweltverträglichkeit nehmen stetig zu. Somit wächst auch die Zahl der Steuergeräte. Für die Realisierung von neuen Funktionen ist die Koordination zwischen den elektronischen Steuergeräten erforderlich. Der Datenaustausch mit herkömmlicher Kabeltechnik, stößt an die Grenze des machbaren. Lösung Die Steuergeräte werden durch ein Kommunikationssystem vernetzt, dass in der Lage ist, den notwendigen Datenaustausch durchzuführen.
11 | CAN - Vernetzung von Steuergeräten Vorteile: Höhere Zuverlässigkeit und Funktionssicherheit Einsparung einer Vielzahl von Leitungen und Steckern Sensoren mehrfach nutzbar Neue Funktionen möglich Flexible Systemkonfiguration Geringere Systemkosten
12 | CAN - Vernetzung von Steuergeräten Beispiel: Tastenschalter DIWA.3 ohne CAN-Bus
13 | CAN - Vernetzung von Steuergeräten Beispiel: Tastenschalter DIWA.5 mit CAN-Bus
14 | CAN - Entwicklung Chronologischer Rückblick 1983 Beginn der Entwicklung des CAN-Protokolls bei Bosch 1985 Beginn der Kooperation mit INTEL zur Chipentwicklung 1988 Der erste CAN-Serienchip von INTEL ist verfügbar. Daimler Benz beginnt mit der CAN-Entwicklung im Kfz 1991 Erste Serienanwendung (Mercedes S-Klasse, Motorbus) Die interessanten technischen Eigenschaften sowie niedrige Preise, sorgen dafür, dass CAN auch außerhalb der Automobiltechnik zu einem weit verbreiteten Protokoll wird. 1996 Voith liefert die ersten CAN – Applikationen an OEM`s aus.
15 | CAN - Anforderungen Im Jahre 1983 stellte die Automobilindustrie ihre Forderung nach einem Bussystem für den Einsatz in Kraftfahrzeugen. Ein Zweidrahtbus sollte die umfangreichen Kabelbäume zur Verbindung der elektrischen Systeme ersetzen. Folgende Anforderungen wurden damals gestellt: Hohe Sicherheit gegen elektromagnetische Störungen Echtzeitfähigkeit für schnelle Vorgänge Hohe Zuverlässigkeit Günstiger Preis für Serienanwendungen
16 | CAN - Anforderungen Ereignisgesteuertes Kommunikationskonzept Die Kommunikation wird nicht durch das Kommunikationsprotokoll, sondern durch den Mikrokontroller gesteuert. Konfigurationsflexibilität Die Erweiterung des Netzwerkes durch zusätzliche Teilnehmer sollte keine Auswirkung auf das bestehende Netzwerk haben. Minimale Abstrahlung und hohe Einstrahlfestigkeit Im Kfz herrschen schwierige elektromagnetische Verhältnisse. Deshalb ist darauf zu achten, dass die von der Busleitung abgestrahlte Leistung nicht zu hoch ist.
17 | CAN - Anforderungen Einhaltung individueller Latenzzeiten Die Zykluszeiten der Prozesse, die beispielsweise den Antriebsstrang von Fahrzeugen regeln und steuern, betragen einige Millisekunden. In diesen Zeitintervallen müssen Daten analysiert, aufbereitet, übertragen, von den Empfängern verarbeitet werden.
18 | CAN - Grundlagen Netzwerke In einem Netzwerk sind alle Teilnehmer miteinander verbunden und können Daten austauschen. LAN (Local Area Network) Das LAN ist ein örtlich begrenztes System CAN zählt zu den LAN-Netzen Man unterscheidet grob zwischen Stern-, Ring-, und Bustopologie CAN ist als Bustopologie ausgeführt (siehe unten)
19 | CAN - Übertragungssystem Netzknoten: Besteht aus einem Mikro-Kontroller, (Steuergerät) CAN-Kontroller und Bustreiber Mikro-Kontroller: Steuert den CAN-Kontroller und bearbeitet Sende- und Empfangsdaten CAN-Kontroller: Realisiert den Sende- und Empfangsbetrieb über den CAN-Bus Bustreiber: Senden bzw. Empfangen des Buspegels Busleitung: Zweidrahtleitung (verdrillt oder abgeschirmt) Busabschluss: Widerstände zur Vermeidung von Reflexionen (ohne Abschlusswiderstände ist keine Kommunikation möglich)
20 | CAN - Übertragungssystem
21 | CAN - Übertragungssystem
22 | CAN - Übertragungssystem
23 | CAN - Übertragungssystem
24 | CAN - Übertragungssystem
25 | CAN - Übertragungssystem
26 | CAN - Übertragungssystem
27 | CAN - Übertragungssystem
28 | CAN - Übertragungssystem
29 | CAN - Übertragungssystem
30 | CAN - Übertragungssystem
31 | CAN - Übertragungssystem
32 | CAN - Multi-Master-System Beim Multi-Master System sind alle Netzknoten (Steuergeräte) gleichberechtigt. Sie sind gleichermaßen für Buszugriff, Fehlerbehandlung und Ausfallüberwachung verantwortlich. Jeder Netzknoten ist in der Lage auf die gemeinsamen Datenleitungen ohne Zuhilfenahme eines weiteren Netzknoten zuzugreifen. Beim Ausfall eines Netzknotens fällt dadurch nicht das Gesamtsystem aus.
33 | CAN - Zugriffsverfahren Beim Multi-Master-System erfolgt der Buszugriff unkontrolliert. Sobald der Bus frei ist, können mehrere Netzknoten auf den Bus zugreifen, dies führt zu Kollisionen. Auf dem CAN-Bus wird durch entsprechende Priorisierung der einzelnen CAN-Botschaften verhindert, dass es bei einem gleichzeitigen Zugriff mehrerer Netzknoten zu einer Beeinträchtigung der Kommunikation kommt. Eine Nachricht mit hoher Priorität setzt sich gegen eine Nachricht mit niedriger Priorität durch. Die Nachricht mit der höchsten Priorität wird gesendet, alle anderen Netzknoten werden automatisch auf Empfang geschaltet.
34 | CAN - Zugriffsverfahren
35 | CAN - Datenprotokoll Das Datenprotokoll besteht aus einer Anzahl von Bits. Ein Bit (binary digit) ist die kleinste Informationseinheit in einem Datenverarbeitungssystem. Die Anzahl der Bits hängt vom verwendeten Protokoll und von der Größe des Datenfeldes ab.
36 | CAN - Aufbau eines Datenprotokolls
37 | CAN - Aufbau eines Datenprotokolls Das Anfangsfeld (Start of Frame) markiert den Beginn einer Botschaft und synchronisiert alle Stationen
38 | CAN - Aufbau eines Datenprotokolls Das Statusfeld (Arbitration Field) besteht aus einem Botschafts-Identifizierer (11 Bit) und einem Kontrollbit. Während der Übertragung dieses Feldes prüft der Sender bei jedem Bit, ob er noch sendeberechtigt ist oder ob eine andere Station mit höherer Priorität sendet. Das Kontrollbit entscheidet, ob es sich bei der Botschaft um einen Data Frame oder einem Remote Frame handelt
39 | CAN - Aufbau eines Datenprotokolls Das Kontrollfeld (Control Field) enthält den Code für die Anzahl der Daten-Bytes im Datenfeld Im Datenfeld (Data Field) werden Informationen für die anderen Stationen übertragen. Der Informationsgehalt liegt zwischen 0 und 8 Bytes (1 Byte = 8 Bit) max. 64 Bit
40 | CAN - Aufbau eines Datenprotokolls Das Sicherungsfeld (CRC Field) dient dazu Übertragungsstörungen zu erkennen. Im Bestätigungsfeld (Ack Field) signalisieren die Empfänger dem Sender, dass sie die Botschaft korrekt empfangen haben. Wird ein Fehler erkannt, teilen sie dies dem Sender sofort mit. Daraufhin wiederholt der Sender seine Übertragung
41 | CAN - Aufbau eines Datenprotokolls Mit dem Endefeld (End of Frame) endet die Botschaft. Dies ist die letzte Möglichkeit um Fehler zu melden, die zu einer Wiederholung führen.
42 | CAN - Übertragungsformate Standard-Übertragungsformat
43 | CAN - Übertragungsformate Erweitertes-Übertragungsformat
44 | CAN - Übertragungsformate Standard-Übertragungsformat (z.B. IES von EvoBus) 11-Bit-Identifizierung CAN-Spezifikation 2.0A (Standard Frame) 211 = 2.048 verschiedene Nachrichten Erweitertes-Übertragungsformat (z.B. SAE-J1939) 29-Bit-Identifizierung CAN-Spezifikation 2.0B (Extended Frame) 229 = 536.870.912 verschiedene Nachrichten
45 | CAN - Anwendungsbereiche Verkehrsmittel PKW, LKW/Bus, Baumaschinen, land- und forstwirtschaftl. Maschinen, Züge, Schiffe, Flugzeuge, usw. Industriesteuerungen und Automatisierung Programmierbare Steuerungen, Handhabungsgeräte, Roboter, Medizintechnik, Gebäudeleittechnik, usw.
46 | CAN - im PKW Komfortbereich ISO 11519-2 SAE CAN Class B CAN-Low-Speed bis 125 kBit/s bis 32 Knoten
47 | CAN - im PKW Antriebsstrang ISO 11898 SAE CAN Class C CAN-High-Speed Kurzschlussfest geringer Stromverbrauch bis 1000 kBit/s bis 30 Knoten
48 | CAN - im Nutzfahrzeug Vorteile eines standardisierten, höheren Protokolls: Hersteller von Komponenten müssen nur ein Protokoll implementieren. Hersteller von Nutzfahrzeugen können auf Komponenten verschiedener Zulieferer zurückgreifen. Die Komponenten verschiedener Hersteller können ohne Anpassungen zusammenarbeiten (Interoperabilität).
49 | CAN - im Nutzfahrzeug Vorteile eines standardisierten, höheren Protokolls: SAE J 1939 SAE CAN Class C CAN-High-Speed Format 2.0B (29 Bit-Identifier) Kurzschlussschutz bis 250 kBit/s
50 | CAN - Beispielrechnung zur Zuverlässigkeit PKW Typ A
51 | CAN Schulung