Hệ thống thông tin công nghiệp 4/15/2006 6.3 CAN 2 6.3 CAN © 2006 - HMS 6.3 CAN 1. Giới thiệu chung 2. Kiến trúc giao thức 3. Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn 4. Cơ chế giao tiếp 5. Cấu trúc bức ₫iện 6. Bảo toàn dữ liệu 7. Các hệ thống dựa trên CAN 3 6.3 CAN © 2006 - HMS 1. Giới thiệu chung CAN (Controller Area Network) xuất phát là một phát triển chung của hai hãng Bosch và Intel Lúc ₫ầu ₫ược sử dụng trong công nghiệp ôtô Công nghệ này cũng ₫ã thâm nhập ₫ược vào một số lĩnh vực tự ₫ộng hóa quá trình công nghiệp. Chuẩn hóa quốc tế trong ISO 11898 4 6.3 CAN © 2006 - HMS 2. Kiến trúc giao thức Phần chính của lớp vật lý: — truyền tín hiệu, phương thức ₫ịnh thời, tạo nhịp bit (bit timing), phương pháp mã hóa bit và ₫ồng bộ hóa. — không qui ₫ịnh các ₫ặc tính của các bộ thu phát, với mục ₫ích cho phép lựa chọn môi trường truyền cũng như mức tín hiệu thích hợp cho từng lĩnh vực ứng dụng. Lớp liên kết dữ liệu: —Lớp ₫iều khiển truy nhập môi trường (MAC) là phần cốt lõi trong kiến trúc giao thức CAN. Lớp MAC có trách nhiệm tạo khung thông báo, ₫iều khiển truy nhập môi trường, xác nhận thông báo và kiểm soát lỗi. —Lớp ₫iều khiển liên kết logic (LLC) ₫ề cập tới các dịch vụ gửi dữ liệu và yêu cầu dữ liệu từ xa, thanh lọc thông báo, báo cáo tình trạng quá tải và hồi phục trạng thái. 5 6.3 CAN â 2006 - HMS (Bộ thu phát) Mã hóa bit, Tạo nhịp/đồng bộ nhịp MAC - Điều khiển truy nhập môi trờng LLC - Điều khiển liên kết logic CAL, DeviceNet, SDS Lớp 3-6 (Không thể hiện) Lớp ứng dụng Lớp liên kết dữ liệu Lớp vật lý CAN Môi trờn g tru y ền dẫn 6 6.3 CAN © 2006 - HMS 3. Cấu trúc mạng & KT truyền dẫn CAN không qui ₫ịnh cụ thể về chuẩn truyền dẫn cũng như môi trường truyền thông Cáp ₫ôi dây xoắn kết hợp với chuẩn RS-485 ₫ược sử dụng rộng rãi nhất (cấu trúc mạng thích hợp nhất là ₫ường trục/₫ường nhánh, chiều dài ₫ường nhánh < 0.3m) Phương pháp truy nhập bus CSMA/CA, tốc ₫ộ truyền tối ₫a là 1Mbit/s ở khoảng cách 40m và 50kbit/s ở khoảng cách 1000m. Hai trạng thái logic của tín hiệu là mức trội (dominant) và mức lặn (recessive) Nhồi bit (bit 0 sau 5 bit 1) + NRZ 7 6.3 CAN © 2006 - HMS 4. Cơ chế giao tiếp Truy nhập bus: CSMA/CA Đặc trưng của CAN là phương pháp ₫ịnh ₫ịa chỉ và giao tiếp hướng ₫ối tượng Tự do, linh hoạt theo kiểu yêu cầu-₫áp ứng Một trạm gửi dữ liệu bằng khung REMOTE FRAME Trạm có khả năng cung cấp nội dung thông tin ₫ósẽ gửi trả lại một khung dữ liệu DATA FRAME có cùng mã căn cước với khung yêu cầu 8 6.3 CAN © 2006 - HMS 5. Cấu trúc bức ₫iện Mỗi thông báo ₫ược coi là một ₫ối tượng, có một căn cước riêng biệt (IDENTIFIER, 11/29 bit) 4 kiểu bức ₫iện: — Khung dữ liệu (DATA FRAME) mang dữ liệu từ một trạm gửitới các trạm nhận. — Khung yêu cầu dữ liệu (REMOTE FRAME) ₫ược gửi từ một trạm yêu cầu truyền khung dữ liệu. — Khung lỗi (ERROR FRAME) ₫ược gửi từ bất kỳ trạm nào phát hiện lỗi bus. — Khung quá tải (OVERLOAD FRAME) tạo một khoảng cách thời gian bổ sung giữa hai khung dữ liệu hoặc yêu cầu dữ liệu trong trường hợp một trạm bị quá tải. Giữa hai khung ít nhất 3 bit lặn (INTERSPACE) 9 6.3 CAN â 2006 - HMS Khung d liu/yờu cu d liu 1 12 hoặc 32 6 0 64 715 1 1 1 Khởi đầu khung (Start of Frame) Phân x ử (Arbitration Field) Đ iều khiển (Control Field) Dữ liệu (Data Field) Kiểm soát lỗi CRC (15 bit CRC sequence, 1 bit CRC delimiter) Xác nhận ACK (1 bit ACK slot, 1 bit ACK delimiter) Kết thúc khung (End of Frame) Khoảng cách giữa 2 khung hoặc khung quá tải (Interframe Space / Overload Frame) Số bit 10 6.3 CAN © 2006 - HMS Khung dữ liệu/yêu cầu dữ liệu Khởi ₫ầu khung là một bit trội, sử dụng cho ₫ồng bộ hóa. Ô phân xử là mức ưu tiên của bức ₫iện, chiều dài 12 bit (khung chuẩn) và 32 bit (khung mở rộng): —mã căn cước dài 11 hoặc 29 bit. — bit RTR (Remote Transmission Request), phân biệt giữa khung dữ liệu (bit trội) và khung yêu cầu dữ liệu (bit lặn). Ô ₫iều khiển dài 6 bit, trong ₫ó4 bit cuối mã hóa chiều dài dữ liệu (bit trội = 0, bit lặn = 1). Ô dữ liệu có chiều dài từ 0 8 byte, trong ₫ómỗi byte ₫ược truyền ₫i theo thứ tự từ bit có giá trị cao nhất (MSB) ₫ến bit có giá trị thấp nhất (LSB). [...]... Overload Frame) Cờ lỗi (Error Flag) Số bit 6 0 6 Xếp chồng cờ lỗi 8 Phân cách lỗi Error delimiter mức lặn mức trội Trạng thái logic của tín hiệu trên bus (trờng hợp lỗi chủ động) 6.3 CAN â 2006 - HMS 12 Khung bỏo li C li (Error Flag): Li ch ng (Active Error): Dng c li ch ng bao gm sỏu bit tri lin nhau Li b ng (Passive Error): Dng c li b ng bao gm sỏu bit ln lin nhau, tr trng hp nú b ghi ố lờn bi... lp rỏp v x lý nguyờn liu Vớ d, cỏc thit b c ni mng cú th l cỏc khi cm bin a kờnh, cm bin thụng minh, van khớ nộn, b c mó vch, c cu truyn ng v giao din vn hnh 6.3 CAN â 2006 - HMS 17 u im ca CANOpen: tin cy cao nh cỏc bin phỏp bo ton d liu tt Hiu sut s dng ng truyn ln Thớch hp vi iu khin chuyn ng tc cao v iu khin mch vũng kớn hn so vi cỏc h thng mng khỏc da trờn CAN Nhc im ca CANOpen (cng l ca CAN)... mt s chi tit thc hin lp vt lý v a ra cỏc phng thc giao tip kiu tay ụi (Peer-to-Peer) hoc ch/t (Master/Slave) Cu trỳc mng l ng trc/ng nhỏnh, trong ú chiu di ng nhỏnh hn ch di 6 m Ba tc truyn c qui nh l 125 kbit/s, 250 kbit/s v 500 kbit/s, tng ng vi cỏc chiu di ti a ca ng trc l 500 m, 250 m v 100 m 6.3 CAN â 2006 - HMS 20 . Hệ thống thông tin công nghiệp 4/15/2006 6.3 CAN 2 6.3 CAN © 2006 - HMS 6.3 CAN 1. Giới. Lúc ₫ầu ₫ược sử dụng trong công nghiệp ôtô Công nghệ này cũng ₫ã thâm nhập ₫ược vào một số lĩnh vực tự ₫ộng hóa quá trình công nghiệp. Chuẩn hóa quốc