CAN2.0 - Controller Area Network NGUYÊN NHÂN VÀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Controller Area Network (CAN hay CAN Bus) giao thức truyền thông nối tiếp hiệu cho ứng dụng điều khiển thời gian thực với mức độ an toàn cao Ý tưởng mạng CAN nhóm kỹ sư Bosch (https://www.bosch.com/), Đức, nghiên cứu từ đầu thập niên 1980 Họ nghiên cứu công nghệ bus dùng xe ô tô mà cho phép đưa thêm nhiều chức vào mà số lượng dây nối không lớn 1.1 Nguyên nhân đời Chuẩn CAN đời với mục đích ban đầu phục vụ cho ngành cơng nghiệp xe ô tô Trước sử dụng chuẩn CAN, việc kết nối khối (module) điều khiển xe phức tạp yêu cầu nhiều dây nối Khi ngành công nghiệp xe ô tô phát triển, khối điều khiển điện tử với nhiều chức phức tạp (điều khiển thân xe, điều khiển cửa, điều khiển động cơ, thu thập liệu cảm biến, định vị xe, ) xe ngày nhiều làm việc bố trí kết nối trở nên phức tạp, tốn bảo trì khó khăn Hình Minh họa kết nối thành phần điều khiển xe ô tô chưa sử dụng chuẩn CAN CAN đời giải vấn đề tồn Các module cần dây để kết nối với Việc thêm hay bớt module bus CAN dễ dàng Việc truyền liệu có độ tin cậy cao, tốc độ nhanh 1.2 Tóm lược lịch sử phát triển Hình Minh họa việc kết nối thành phần điều khiển xe ô tô sử dụng bus CAN Lịch sử phát triển CAN tóm lược sau: 1983: Bắt đầu dự án phát triển mạng xe nội hãng Bosch 1986: Chính thức giới thiệu giao thức CAN 1987: Những chíp điều khiển CAN xuất nhà sản xuất linh kiện bán dẫn Intel Philips 1991: Bosch xuất thông số kỹ thuật CAN 2.0 1992: Thành lập nhóm nhà sử dụng sản xuất CAN quốc tế: Hội CAN tự động hóa (CiA) Hội CiA xuất giao thức Lớp ứng dụng CAN (CAN Application Layer, CAL) Những xe Mercedes-Benz trang bị CAN xuất 1993: Xuất tiêu chuẩn ISO 11898 1994: CiA tổ chức Hội nghị CAN quốc tế lần thứ (iCC) Allen-Bradley giới thiệu giao thức DeviceNet 1995: Xuất Tiêu chuẩn ISO 11898 sửa đổi (định dạng khung mở rộng) CiA xuất giao thức CANopen Giải thích: CiA (CAN in Automation): Là nhóm nhà sản xuất sử dụng giới phát triển hỗ trợ CANopen giao thức CAN lớp cao khác Đây tổ chức phi lợi nhuận thành lập từ năm 1992 để cung cấp thông tin công nghệ CAN bản, sản xuất tiếp thị Có khoảng 500 cơng ty thành viên tổ chức phi lợi nhuận có trụ sở đặt Nuremberg, Đức DeviceNet CANopen: hai chuẩn quy định hoạt động CAN lớp cao (Application Layer) dựa chuẩn CAN (Chuẩn CAN quy định việc thực thi giao thức lớp Liên kết liệu (Data Link Layer) lớp vật lý (Physical Layer)) 1.3 Thuộc tính & ưu điểm bus can Đơn giản, chi phí thấp: Như trình bày trên, bus CAN có dây giúp kết nối module điều khiển với dễ dàng so sánh với cách làm truyền thống.Kèm theo nhiều lợi ích việc dễ lắp đặt dễ sửa chữa, bảo trì có cố Tạo giao thức chung để nhiều nhà cung cấp khác phát triển module điều khiển tương thích với Tính ưu tiên thông điệp (Prioritization of messages): thông điệp truyền từ nút (node) hay trạm (station) bus CAN có mức ưu tiên Khi nhiều thơng điệp truyền bus lúc thơng điệp có mức ưu tiên cao truyền Cá thông điệp có mức ưu tiên thấp tạm dừng truyền lại bú rảnh Việc xác định mức ưu tiên thông điệp dựa cấu tạo (cấu trúc) thông điệp chế phân xử quy định chuẩn chuẩn CAN Cấu hình linh hoạt: Cho phép thiết lập cấu hình thời gian bit, thời gian đồng bộ, độ dài liệu truyền, liệu nhận, (tham khảo thêm datasheet ngoại vi CAN vi điều khiển để có thơng tin cụ thể) Nhận liệu đa điểm với đồng thời gian: thơng điệp nhận nhiều node khác bus lúc Tất node bus thấy thông điệp truyền bus, tùy vào cấu hình node mà node định có chấp nhận thông điệp hay không Nhiều master (Multimaster) Phát báo hiệu lỗi: Mỗi thông điệp có kèm theo mã CRC (Cyclic Redundancy Code) để thực kiểm tra lỗi Nếu lỗi xuất hiện, node nhận bỏ qua thông điệp lỗi truyền khung báo lỗi (error frame) lên bus CAN Mỗi node bus có đếm quản lý lỗi truyền nhận riêng để xác định trạng thái lỗi Nếu lỗi xuất nhiều, node tự động ngắt khỏi bus Ngồi cịn số dạng lỗi khác phát với chuẩn CAN Tự động truyền lại thông điệp bị lỗi bus rảnh: Một thông điệp truyền bus bị lỗi khơng mà node truyền thơng điệp giữ lại tự động phát lại thông điệp bus CAN rảnh thành công Điều giúp đảm bảo tính tồn vẹn liệu bus 1.4 Phạm vi ứng dụng Hiện CAN ứng dụng nhều lĩnh vực khác như: Xe ôtô, tàu khách tàu hàng, hệ thống điện tử hàng hải, điện tử máy bay hàng khơng, tự động hóa nhà máy, điều khiển máy cơng nghiệp, tự động hóa tịa nhà, thang máy (thang nâng thang trượt), thiết bị phụ tùng y tế,….với tốc độ bit lên đến Mbit/s Ứng dụng mạng công ty: hệ thống sử dụng chuẩn CAN để xây dựng mạng phụ để thực thi khởi động hệ thống hỗ trợ tháo lắp "nóng" (hotswapping) thiết bị bo PC lớn dùng để định tuyến Trong bệnh viện, mạng CAN sử dụng để điều khiển thiết bị phòng đèn, bảng điện tử, máy nội soi, máy X-quang, camera, máy in, (giao thức sử dụng CANOpen) Tự động hóa nhà máy: việc điều khiển tự động hóa thiết bị sử dụng giao thức DeviceNet, giao thức xay dựng chuẩn CAN Hệ thống thang máy: Các bo điều khiển thông tin với qua bus CAN tầng bo mạch Hình Minh họa kết nối bo điều khiển hệ thống thang máy ... sử dụng bus CAN Lịch sử phát triển CAN tóm lược sau: 1983: Bắt đầu dự án phát triển mạng xe nội hãng Bosch 1986: Chính thức giới thiệu giao thức CAN 1987: Những chíp điều khiển CAN xuất... Bosch xuất thông số kỹ thuật CAN 2.0 1992: Thành lập nhóm nhà sử dụng sản xuất CAN quốc tế: Hội CAN tự động hóa (CiA) Hội CiA xuất giao thức Lớp ứng dụng CAN (CAN Application Layer, CAL) Những... frame) lên bus CAN Mỗi node bus có đếm quản lý lỗi truyền nhận riêng để xác định trạng thái lỗi Nếu lỗi xuất nhiều, node tự động ngắt khỏi bus Ngồi cịn số dạng lỗi khác phát với chuẩn CAN Tự