CAN (Controlerareanetwork) حافلة الحافلة ، أي حافلة شبكة وحدة التحكم ، تم استخدامها على نطاق واسع في الرقابة الصناعية والإلكترونيات الطبية والأجهزة المنزلية وحقول المستشعرات. في الوقت الحاضر ، فإن الأدبيات المحلية والأجنبية لتحليل بروتوكول CAN للمقال هو أساسا لهيكل إطار بروتوكول CAN إلى أو خصائص توقيت البتات للتحليل ، مثل الأدب نادراً نادراً ما من منظور التطبيقات الهندسية ، فإن آلية اتصال الحافلة CAN للتحليل المتعمق للمقال.
1. يمكن خصائص التطبيق والتكوين الهيكلي
يحتوي بروتوكول CAN BUS على معايير دولية ، ISO11898 و ISO11519 ، منها ، IS011898 هو معيار اتصال عالي السرعة مع معدل اتصال يتراوح بين 125 كيلو بايت في الثانية إلى 1 ميغابت في الثانية ، وهو حافلة حلقة مغلقة بحد أقصى 40 ميجابت في الثانية/1 ميجابت في الثانية. يعرّف ISO11519 بمعايير الاتصالات منخفضة السرعة مع معدل اتصال يتراوح من 10 إلى 125 كيلو بايت في الثانية ، وهو معيار اتصال منخفض السرعة مع الحد الأقصى للطول 40 مترًا/1 ميغابت في الثانية. يحدد ISO11519 معدل الاتصال الذي يتراوح من 10 إلى 125 كيلو بايت في الثانية في حالة اتصال منخفض السرعة ، ينتمي إلى ناقل الحلقة المفتوحة ، وهو الحد الأقصى لطول 1 كم / 40 كيلو بايت في الثانية. نظرًا للخصائص الكهربائية للقيود ، أي توزيع الحافلة للسعة وتوزيع المقاومة على شكل الموجة الحافلة ، فإن الحد الأقصى لعدد العقد على حافلة CAN هو 110 من جانب جهاز الإرسال والاستقبال يجب تكوينه بشكل صحيح لتحقيق مزامنة البيانات لعقد جهاز الإرسال والاستقبال. من خلال أجهزة CAN Controller على تصفية علامة الرسائل يمكن تحقيقها من نقطة إلى نقطة ، من نقطة إلى متطورة والبث العالمي وطرق أخرى لنقل وتلقي البيانات. في الوقت نفسه ، نظرًا لهيكل الإطار القصير للترسل البرقيات ، ويحتوي كل إطار على جزء فحص CRC ، مما يضمن معدل خطأ في البيانات منخفض للغاية.
طبقة CAN Application ، ونظام التشغيل (تم تنفيذها كبرنامج خلفية في التطبيقات بدون نظام تشغيل) ، يدرك برنامج التشغيل في تنفيذ النظام معًا وظائف طبقة التطبيق في نموذج مرجع ISO. من بينها ، تحدد طبقة التطبيق CAN تجميع المعرف ، وإرسال تحميل البيانات ، وتلقي معالجة البيانات ، ومراقبة أمان ناقل طبقة التطبيق ؛ يتم استخدام نظام التشغيل/الخلفية لتحديد موعد لبرنامج CAN لمعالجة البيانات بعد وصول CAN المقاطعة ؛ يتضمن برنامج التشغيل التهيئة (إعداد حالة عمل وحدة التحكم ، وإعداد معدل البذور ، وتكوين مرشح القبول) ، وبرنامج تشغيل جهاز الإرسال والاستقبال ، وبرنامج معالجة الشذوذ.
بالنسبة للطبقة المتوسطة للإرسال ، يجب تحديدها وفقًا لضوضاء التداخل البيئي وطول الحافلة وما إلى ذلك. في حالة الضوضاء التداخل القوية يجب استخدام الأسلاك المحمية ؛ نظرًا لتوزيع السعة الناجمة عن تشويه شكل الموجة الحافلة وتوزيع المقاومة الناجمة عن توهين مستوى الحافلة ، يجب أن يأخذ طول الحافلة في الاعتبار توزيع المقاومة والخصائص السعة في وسط النقل المستخدم ؛ في الوقت نفسه ، إذا كان استخدام الحافلة عالية السرعة يحتاج أيضًا إلى التجربة لتحديد قيمة مقاومة المطابقة للحافلة.
لتحقيق وحدة تحكم CAN ، يمكنك اختيار وحدة تحكم CAN المدمجة في رقاقة Master System ، مثل سلسلة LPC2000 من NXP من متحكمها ، أو يمكنك أيضًا استخدام مكونات منفصلة من وحدة تحكم CAN ، مثل SJA1000 لتحقيق عابر CAN. ، يمكنك اختيار CTM1050 ، و TJA1050 ، وما إلى ذلك. إذا كانت ضوضاء التداخل المحيط كبيرًا ، فأنت بحاجة إلى النظر في مقاومة التوزيع المتوسطة للإرسال وتوزيع خصائص السعة ؛ في الوقت نفسه ، إذا كنت تستخدم ناقلًا عالي السرعة ، فيجب أيضًا تحديد مقاومة المطابقة للحافلة من خلال التجريب. إذا كانت ضوضاء التداخل البيئي كبيرًا ، فمن الضروري إضافة شريحة عزل بين وحدة التحكم والجهاز الإرسال والاستقبال أو استخدام وظيفة العزلة المتكاملة للمستقبلين. تجدر الإشارة إلى أن رقاقة متحكم LPC11C24 الجديدة من NXP لا تدمج فقط وحدة التحكم في العلبة ، ولكنها تدمج أيضًا وظيفة عابث ، والتي توفر دعمًا جيدًا للتطوير السريع لأنظمة الحافلات CAN. بالإضافة إلى ذلك ، وفقًا للتطبيق الفعلي لطول الحافلة وعدد العقد في الحافلة ، من الضروري أيضًا النظر في وقت تأخير ناقل الحركة واستقبال رقاقة جهاز الإرسال والاستقبال.
بالنسبة لطبقة سائق CAN وطبقة التطبيق ، يتضمن برنامج التشغيل التهيئة (بما في ذلك تمكين الأجهزة ، وإعداد معدل البذرة ، وإعداد وضع تشغيل وحدة التحكم ، وتكوين جدول معرف مرشح القبول) ، واستلام/نقل برنامج تشغيل الواجهة إلى الطبقة العليا ، والتي من الضروري أن نوضح أن تكوين جدول معرف مرشح القبول يجب أن يستند إلى تجميع معرف النظام بواسطة طبقة التطبيق ؛ تقوم طبقة التطبيق بتنفيذ حزم البيانات بناءً على علاقة إرسال/استلام البيانات بين العقد في الحافلة. هل يمكن لطبقة التطبيق وفقًا للبيانات التي ترسل وتلقي العلاقة بين العقد على الناقل لتجميع معرف الحزمة ، وإرسال حزم البيانات ، وتلقي معالجة البيانات ومراقبة أمان ناقل طبقة التطبيق. بالإضافة إلى ذلك ، تشمل بروتوكولات الطبقة العليا التي يمكن استخدامها شائعة الاستخدام Canopen و Devicenet و ICAN.
2. يمكن تحليل آلية مزامنة الحافلة
في عملية الاتصال ، واحدة من أهم المشكلات التي يجب حلها هي كيفية تحقيق مزامنة البيانات في نهايات المرسل والمستقبل ، أي أن نهاية المتلقي يمكن أن تتلقى بشكل صحيح البيانات التي يتم إرسالها بواسطة بروتوكول Sender End.CAN Send. هو نوع من بروتوكول الاتصال التسلسلي غير المتزامن ، والذي ينتمي إلى اتصال النطاق الأساسي ، ويتم تحقيق التزامن من بروتوكول التحكم في ارتباط البيانات عالي المستوى (HDLC). على وجه التحديد ، يتم تحقيق مزامنة بروتوكول CAN BUS من خلال 3 جوانب كما هو موضح أدناه.
2.1 إعداد المعلمة
يحدد كلا جانبي الاتصالات من خلال البرنامج نفس معدل باود ، وهو نفس طول قطاع تعديل الطور ، وعرض قفزة التزامن نفسه ، من خلال مجموعة العناصر الثلاثة أعلاه ، طول وقت البت في عملية نقل الحافلة AS AS بالإضافة إلى موقع نقطة أخذ العينات ، بنية البت كما هو موضح في الشكل 2 ، CAN على مدار الساعة في الشكل المحدد في بروتوكول وقت TQ ، والذي يتم الحصول عليه من خلال تقسيم التردد للساعة الخارجية أو ساعة المحيطية من وحدة المعالجة المركزية. يتم الحصول على إشارة الساعة الأساسية لوحدة التحكم CAN عن طريق تقسيم تواتر الساعة الخارجية أو الساعة المحيطية وحدة المعالجة المركزية. يتوافق قطاع SS مع مقطع البدء ، ويجب أن تحدث حافة التنقل على الناقل خلال هذه الفترة ، ويتوافق TESG1 مع قطاع الإرسال وقطعة ضبط الطور 1 ، و TESG2 يتوافق مع مقطع تعديل الطور 2 ، وللأمر العالي- حافلة السرعة ، عينات وحدة التحكم وتميز الحافلة بين TESG1 و TESG2.
2.2 هيكل الإطار الثابت
يمكن أن يحدد البروتوكول بوضوح بنية إطار ثابت لتسهيل تحكم CAN وجهاز الإرسال والاستقبال لمراقبة حالة الحافلة ، في مواصفات البروتوكول CAN2. مجال التحكيم ، الإطار القياسي باستخدام معرف 11- ، في حين أن الإطار الممتد له معرف {3}} الإطار القياسي ، هيكل إطار الإطار الموسع.
2.3.3 المزامنة الصلبة وإعادة التزامن
2.3.1 المزامنة الصلبة
يعني ما يسمى المزامنة الصلبة أنه خلال فترة الخمول في الحافلة (أي ، يتم التعبير عن مستوى الحافلة كضمان متلازمة مستمر) ، بمجرد اكتشاف وحدة التحكم القفزة من المستوى المتنقل إلى المستوى المهيمن ، فهذا يعني أنه في هذا الوقت هناك هي محطة على الحافلة لبدء إرسال البيانات ، ثم فرض عداد حالة البتات لوحدة التحكم في CAN لمزامنها إلى شريحة SS الموضحة في الشكل 2 ، وفي نفس الوقت ، تبدأ ساعة البت في إعادة فرز الأصوات من هذه النقطة فصاعدًا (يتم تعيين وقت يمكن أن يكون بواسطة طبقة البرامج العلوية). يتم استخدام التزامن الثابت لبدء تحديد الإطار.
2.3.2 إعادة التزامن
في بروتوكول CAN BUS ، يتم تنفيذ إعادة التزامن بناءً على آلية ملء البتات. على غرار بروتوكول HDLC ، في بنية إطار CAN ، بمجرد اكتشاف خمسة أجزاء متتالية من نفس القطبية من بداية الإطار حتى بت تسلسل CRC ، تدرج وحدة التحكم CAN تلقائيًا قليلاً من القطبية المعاكسة. إعادة التزامن هو أنه أثناء نقل البيانات ، تقوم وحدة تحكم CAN بضبط قطاع تعديل الطور 1 وقطعة ضبط الطور 2 عن طريق اكتشاف الفرق بين حافة القفز على الناقل ووقت البت الداخلي للعقدة ، ويتم برمجة حجم التعديل بواسطة المزامنة عرض التنقل ، ويتم تعيين حجم الضبط في TQ. تتمثل قاعدة التعديل المحددة في أنه في عملية الإرسال ، يتم ضبط حافة التنقل على الناقل المكتشف بواسطة وحدة التحكم CAN بواسطة وحدة التحكم في CAN إذا كانت موجودة داخل فترة البت الداخلية في العقدة ، ثم لا يلزم ضبط ؛ إذا كانت حافة SKIP موجودة في قطاع TESG1 ، فهذا يعني أن هناك تأخيرًا في وقت البطن على الحافلة بالنسبة إلى وقت بت العقدة ، فإن وحدة التحكم CAN تعمل قيمة وقت التأخير (قيمة t 0) أكبر من عرض تخطي التزامن ، فإن وقت التمديد هو قيمة عرض التزامن ، وإلا تمتد العقدة الفرق بينه وبين الوقت البطيء للحافلة ؛ إذا كانت حافة القفز موجودة في قطاع TESG2 ، مما يشير إلى أن وقت البت في الحافلة يتم تجاوزه بالنسبة إلى وقت بت العقدة ، فإن وحدة التحكم في CAN تقلل من فترة بت TESG2 للعقدة ، فإن قواعد التعديل المحددة متشابهة مع تلك من قطاع TESG1.
3. يمكن تحليل آلية عنوان الحافلة
على عكس Ethernet الصناعي ، RS485 والحافلات الأخرى ، يرسل حافلة CAN البيانات واستلامها من خلال معرف الحزمة بدلاً من عنوان العقدة ، أي أن العقد الموجودة على ناقل CAN لا تحتوي على عنوان ثابت ، بدلاً من ذلك ، يجب تكوين كل عقدة من خلال البرامج مع جدول معرف (في وحدة تصفية القبول في العقدة) ، وإذا كان رقم معرف حزمة البيانات على الناقل موجود في جدول المعرف للعقدة ، فإن الحزمة تمر بنجاح قبول وحدة تصفية القبول في تلك العقدة وسيتم إرسالها إلى وحدة معالجة البرمجيات العليا ومعالجتها وفقًا لذلك ، وإلا ، يتم التخلص من الحزمة. على سبيل المثال ، إذا أرادت العقدة A في الحافلة إرسال حزمة إلى العقدة B ، فيجب أن يكون رقم معرف الحزمة في جدول المعرف للعقدة B. بالمثل ، إذا كانت العقدة A ترغب في بث حزمة إلى الحافلة ، يجب أن يكون رقم معرف الحزمة في جداول هوية جميع العقد الأخرى في الحافلة. كما ذكرنا سابقًا ، يتم تكوين جدول المعرف من خلال البرنامج ، ولكن يتم تنفيذ وظيفة تصفية القبول من خلال مرشح القبول ، وهي وحدة أجهزة في وحدة التحكم CAN ، وبالتالي فإن التأخير الناجم عن القبول صغير من حيث السرعة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن ميزة استخدام آلية العنوان هذه هي أن النظام الذي يستخدم هذا الحافلة مرن للغاية ، أي أن العقد الجديدة التي تمت إضافتها أو حذفها لا تؤثر على التواصل بين العقد الأصلية للنظام.
سيأخذ ما يلي وحدة تحكم CAN مدمجة مع رقاقة LPC2478 من NXP كمثال لتحديد طريقة تكوين العنوان لنظام CAN BUS. كما هو موضح في الشكل 3 ، تم تصنيفه أولاً وفقًا لحزم البيانات التي سيتم نقلها على الحافلة ، أي معرف الحزمة وتخطيط العقدة المقابلة ، على سبيل المثال ، في نظامنا ، هناك بشكل أساسي الأنواع التالية من الحزم: حزم الاستعلام ، حزم أوامر التحكم (بما في ذلك الإجراء وحزم المعلمات) ، وحزم الإنذار وحزم معلمات التغذية المرتدة ، المقابلة لخصائص عقدة حزم الاستعلام وحزم أوامر التحكم هي بشكل أساسي المحطة الرئيسية المرسلة إلى كل وحدة عبيد ، بينما يتم إرسال حزم بيانات الإنذار وحزم بيانات معلمات التغذية المرتدة بشكل رئيسي من كل وحدة عقدة من العبد إلى عقدة الوحدة الرئيسية. بعد ذلك ، يتم تكوين وحدة تصفية القبول لكل عقدة وفقًا لتصنيف المعرف ، وطريقة التكوين المحددة هي كما يلي: أولاً ، قم بتكوين أوضاع عمل مرشح القبول المقابلة وفقًا لخصائص العقدة: وضع OFF (لا يستقبل رسائل ناقل)) ، وضع الالتفاف (تلقي جميع الرسائل على الناقل) ووضع العمل العادي (تصفية الأجهزة). إذا كانت التكوين للوضع العادي للتشغيل ، فأنت بحاجة إلى تكوين جدول مرشح القبول المقابل (جدول المعرف) ، أي أن العقدة تحتاج إلى تلقي رقم معرف الحزمة لوحدة التحكم في العقدة لملء منطقة جدول المعرف المقابلة ، وهذا يكمل عمل تخصيص عنوان عقدة CAN. بشكل عام ، يتم تقسيم جدول المعرف إلى المجالات الأربعة التالية: منطقة معرف الإطار القياسية الواضحة ، ومنطقة معرف تنسيق مجموعة الإطار القياسية ، ومساحة معرف تنسيق الإطار الممتدة ، ومنطقة معرف تنسيق مجموعة الإطار الموسعة. من بينها ، التنسيق الصريح هو معرف معرف مستقل واحد ، في حين أن منطقة تنسيق المجموعة لديها معرفات معرف مرقمة على التوالي.
4. يمكن تحليل آلية تحكيم الحافلة
يشير تحكيم الحافلات إلى متى يوجد في الحافلة أكثر من عقدة في نفس الوقت لإرسال طرق معالجة بروتوكول ناقل البيانات. هل يمكن أن يستخدم الحافلة آلية تحكيم غير تدمير ، أي إذا كان أكثر من عقدة واحدة في الحافلة في نفس الوقت لإرسال البيانات ، مع انتصارات تحكيم عقدة الرزم عالي الأقدحة ، يمكنك الاستمرار في إرسال البيانات ، وفشل التحكيم الآخر ستخرج العقدة من حالة الإرسال وتتحول إلى عقدة استلام ، مع آليات تحكيم الحافلات الأخرى (مثل CSMA من LAN). (مقارنة بآليات تحكيم الحافلات الأخرى (مثل CSMA/CD من LAN) ، لن تدمر البيانات المرسلة فحسب ، بل لن تتسبب أيضًا ، ويتحقق بشكل أساسي من الميزتين التاليتين للحافلة Can: 1) خط وخصائص CAN Bus ، أي عندما ترسل أكثر من عقدة واحدة في الحافلة مستويات مهيمنة وغير مرئية في نفس الوقت ، مستوى الحافلة هو المستوى المهيمن. 2) خط وخصائص Can Bus ، أي عندما يرسل أكثر من عقدة واحدة في الحافلة مستويات مهيمنة وغير مرئية في نفس الوقت ، يوضح مستوى الحافلة المستوى المهيمن. 2) يمكن أن تقوم وحدة التحكم بمراقبة حالة مستوى الناقل حتى أثناء إرسال البيانات ، أي عند التحكيم ، عندما ترسل وحدة التحكم إلى مستوى غير مرئي ولكنه يكتشف الحافلة كمستوى مرئي ، فإن تحكيم العقدة يفشل ويتحول إلى العقدة المستقبلة.
5. يمكن تحليل متانة الحافلة
يتم تحقيق متانة الحافلة Can من خلال اكتشافها في الوقت الفعلي ومراقبة أمان حزمة الحافلات والحافلة ، بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للحافلة تثبيط قوي لإشارات التداخل الخارجي من خلال استخدام الإشارات التفاضلية. تمت مناقشته على وجه التحديد أدناه.
5.1 مراقبة في الوقت الفعلي لشكل الموجة الحافلة
لن تقوم وحدة التحكم بمراقبة حزم البيانات التي ترسلها العقد الأخرى على الحافلة فقط طوال الوقت بعد تشغيلها ، ولكن أيضًا مراقبة البيانات المرسلة بمفردها في عملية إرسال حزم البيانات في الوقت الفعلي ، بمجرد اكتشاف الأخطاء المعمول بها ، أخطاء الحشو ، أو أخطاء اتفاقية حقوق الطفل ، أو أخطاء التنسيق ، أو أخطاء الاستجابة ، ستعتمد العقدة على حالة الخطأ الذي يتم فيه تنشيط الخطأ أو الخطأ المعترف به) لإرسال علامة الخطأ المقابلة. في الواقع ، أعتقد أن موقع تنشيط الخطأ هو فقط يرسل شعار خطأ التنشيط (أي 6 بتات متتالية المهيمنة تليها 8 بتات متنحية من شعار الخطأ الذي يحدد الحرف) سيكون له تأثير على الحافلة والعقد على الحافلة ، بينما إن العقدة في حالة التعرف على الأخطاء ترسل شعار التعرف على الأخطاء لا يكون له أي تأثير على الحافلة (المستويات الستة المتنحية المرسلة مع حالة الخمول للحافلة هي نفسها).
5.2 المراقبة في الوقت الفعلي لحالة العقدة لتحديد امتيازات العقدة
تقوم العقد بتغيير حالتها (حالة تنشيط الأخطاء ، أو تعرفها على الأخطاء ، أو حالة حافلة) في الوقت الفعلي وفقًا للحزم المرسلة على الحافلة. تشارك العقد الموجودة في حالة تنشيط الأخطاء في اتصالات الحافلات بشكل طبيعي ، وتشارك الوحدات المعترف بها الأخطاء في اتصالات الحافلات ، ولكنها تحتاج إلى إرسال 8 بتات ضمنية إضافية قبل بدء الإرسال التالي. للحزم المرسلة على الناقل ، كما هو موضح في الجدول 1 ، يقوم تسلسل CRC 15- بتطبيق مراقبة بت البداية ، وحقل التحكيم ، وحقل التحكم ، وحقل البيانات (إن وجد) ، وموقع الاستلام يولد تسلسل CRC للحزمة وفقًا لنفس الخوارزمية مثل تلك الموجودة في العقدة الإرسال عندما تتلقى البيانات ويقارنها بتسلسل CRC المستلم ، إذا كان الأمر مختلفًا ، فهذا يعني أن هناك هناك هو خطأ ولن يستجيب عقدة الاستقبال لعقدة الاستلام للحزمة ، وستكتشف عقدة الإرسال خطأ في الاستجابة وإعادة تقديم الحزمة. في الختام ، حقق Can Bus أمن البيانات العالي واستقرار الحافلة من خلال طبقة ارتباط البيانات والطبقة المادية.
6. الخلاصة
استنادًا إلى مواصفات بروتوكول ISO11898 ، تحلل الورقة بالتفصيل مبدأ الإدراك وأعلى آلية تزامن عقدة الحافلة ، وآلية عنوان العقدة ، وآلية تحكيم الحافلات (أي آلية حل النزاع الحافلة) ومتانة الحافلة من منظور الاتصال ، وفي نفس الوقت يقدم الوقت باختصار خصائص تطبيق الحافلة والبنية ذات الطبقات النظامية للحافلة عند تطبيقها على النظام الفعلي ، وهو أمر مهم للغاية ل فهم متعمق لبروتوكول CAN BUS وتطبيق ناقل CAN على النظام الفعلي. إنه دليل لفهم بروتوكول CAN BUS وتطبيق الحافلة CAN على مشاريع هندسية محددة ، بالإضافة إلى البحث أو تطوير أنظمة الحافلات لمتطلبات محددة.