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I - EL MEDIO DE COMUNICACION
El protocolo CAN al igual que el protocolo VAN, no impone soporte de comunicación. El medio utiliza un par de cables conductores.
Se denominará a los dos cables CAN H (CAN HIGH) CAN L (CAN LOW) Líneas (par) trenzadas(o)
La línea física que constituye el bus es llamada igualmente par diferencial. Estos pares diferenciales están trenzados con el fin de reducir las perturbaciones radioeléctricas (las radiaciones de campo emitidas por los cables se anulan).La diferencia de potencial eléctrico entre estos dos cables permitirá codificar dos estados lógicos distintos:
II - CODIFICACION DE LAS INFORMACIONES
El protocolo CAN utiliza la codificación NRZ y MANCHESTER contrariamente al VAN que inserta un bit inverso cada 4 bits, el CAN utiliza el método del "bit stuffing" o bit de relleno. El bit invertido permitirá la sincronización del reloj del receptor provocando un frente ascendente o descendente. Después de cinco bits de mismo nivel, un bit de nivel inverso sin ningún significado es añadido.
El receptor eventual comprende esta regla y procede a la operación inversa suprimiendo el o los bits de relleno recomponiendo el mensaje inicial
III - LA INTERFASE DE MULTIPLEXADO
Al igual que para el protocolo VAN, la interfase de multiplexado CAN está integrada en el calculador
IV - RESISTENCIA DE FIN DE LINEA
Si se hace circular señales de tensión por el bus, sin resistencia de fin de línea, las señales se van a reflejar en los extremos y van a crear parásitos que pueden perturbar las siguientes emisiones por el bus (idéntico a una onda que rebotaría contra un muro). Para evitar estos fenómenos de señal reflejada en los extremos, se coloca en el extremo una impedancia idéntica a la del cable. Se encontrará pues, en cada extremo de la red, dos resistencias de 120 W. Estas resistencias de fin de línea se encuentran integradas en los extremos de la red CAN en los dos calculadores, en función de la topología y de la arquitectura de la red.
V - LA INTERFASE DE LINEA
Al igual que el protocolo VAN, la interfase de línea está encargada de la recepción y transmisión de las tramas. La relativa simplicidad de la interfase, hace imposible el funcionamiento en modo degradado. Un cortocircuito en el + o en la masa de una de las líneas CAN H o CAN L impide toda comunicación en la red. No obstante y, en función de la topología de la red y del lugar del seccionado de uno de los cables (CAN H o CAN L), el circuito abierto no implica obligatoriamente la parada de la red. Como mal menor, la comunicación funciona más o menos correctamente y los calculadores no detectan ningún fallo. Como mal mayor, la red no funciona y los calculadores registran fallos.
Gestión de los fallos
Durante el corte de los cables (CAN H o CAN L), las informaciones pueden continuar circulando y la red se mantiene en estado de funcionamiento. En este caso, los calculadores no detectan ningún fallo.
En el caso de que exista circuito abierto en las dos líneas del bus, y dependiendo del lugar del corte y de la topología de la red, tenemos el bus fuera de servicio.
En los restantes casos: Un calculador de final de línea ausente, un cortocircuito entre CAN H y CAN L, un cortocircuito en el + o en la masa de una de las líneas o un circuito abierto de dos líneas, provoca la parada de la comunicación del bus CAN (Modo degradado bus fuera de servicio).
Cualquiera que sea la topología, el número de calculadores y el tipo de cortocircuito, los fallos registrados en memoria por los diferentes calculadores presentes en la arquitectura son los mismos : todos los calculadores declaran el BUS OFF, cada calculador declara todos los otros ausentes y todos los calculadores se declaran MUDOS.
VI - ESTRUCTURA INTERNA DE LOS CALCULADORES CAN
La red CAN utilizada como intersistemas es una red multimaestro. A pesar de que nada impide la concepción de una red maestro-esclavo en CAN, esta posibilidad no es explotada de momento.
Todos los calculadores que participan en la red CAN presentan la misma estructura.
- Una "inteligencia" con el fin de ejecutar un programa interno de gestión de su función primaria (control motor, ABS, CVA, etc...) y un suplemento, gestionar la emisión, recepción y utilización de mensajes.
- Un gestor de protocolo CAN que permite producir y recibir tramas conformes al protocolo CAN. (Algunos microcontroladores integran un gestor CAN, entonces están dedicados a esta función).
- Una interfase de línea que permite adaptar las señales lógicas tradicionales (0V y 5V) a los niveles lógicos CAN (3.5 V ;1.5 V y 2.5 V).
VII - FORMATO DEL MENSAJE DE COMUNICACION (TRAMA)
Una trama está compuesta por 9 campos :
1 - Un identificador de principio de trama
2 - Un campo de identificación
3 - Un campo de comando
4 - Un campo que contiene los datos
5 - Un campo de control de validez de mensaje
6 - Un campo de acuse de recibo
7 - Un campo de fin de trama
8 - Un campo separador de trama
IDENTIFICADOR DE PRINCIPIO DE TRAMA: El principio de trama empieza siempre por un bit dominante, línea siempre en reposo. Este bit no tiene significado, sirve para sincronizar los relojes de los receptores eventuales.
CAMPO DE IDENTIFICACION ARBITRAJE: Este campo está compuesto por 12 bits, que es posible separar en 11 + 1. Los 11 primeros bits sirven para indicar la identidad del dato contenido en el mensaje, exactamente como una dirección postal.
El último bit permite codificar la naturaleza del mensaje.
- La trama es una trama de datos o de información hacia un calculador (por ejemplo, régimen motor).
- La trama es una trama de consulta, invitando a un calculador a transmitir datos por ejemplo, por ejemplo petición de información sobre la temperatura del agua motor por la BSI
3. CAMPO DE COMANDO: Este campo está formado por 6 bits. Los dos primeros están reservados para la evolución del protocolo CAN. Los 4 últimos permiten codificar el número de octetos de datos contenido en el campo siguiente (campo de datos).
4. CAMPO DE DATOS: Este campo contiene de 0 a 8 octetos de datos con el bit de mayor peso colocado al principio y el bit de menor peso colocado al final.
5. CAMPO DE VERIFICACION DE LOS DATOS: Este campo está compuesto de dos partes uno código de verificación de datos (campo de una longitud de 15 bits es calculado por el emisor a partir de los bits contenidos en la totalidad del mensaje) y otro delimitador de verificación de datos. El receptor procede a un cálculo idéntico a partir de los datos que recibe. Si uno o varios bits son erróneos (parásitos) el receptor va a detectarlos y no tendrá en cuenta el mensaje que acaba de recibir. Un máximo de 5 errores de bit en un mensaje serán detectables con toda seguridad. 6. CAMPO DE ACUSE DE RECIBO: Este campo está compuesto por dos bits; un bit de acuse de recibo por parte del receptor y bit de delimitador de acuse de recibo.
El acuse de recibo por el receptor es efectuado si el resultado del cálculo de verificación de datos es correcto. El receptor posiciona un bit de nivel 0 en las líneas de comunicación.
Si después del cálculo el receptor encuentra errores, no trata el mensaje, la línea es mantenida en nivel alto. El emisor detecta que el mensaje no ha sido transmitido correctamente y reinicia de nuevo la emisión.
El delimitador de acuse de recibo está siempre representado por un bit en estado 1.
7. FIN DE TRAMA Y ESPACIO INTERTRAMA: La trama termina por una sucesión invariable de 7 bits en estado 1. El método de inserción de bit inverso es desactivado a partir de ese instante
8. DETECCION DE COLISION: Si dos calculadores empiezan a emitir al mismo tiempo, un mecanismo de arbitraje permite no perder los datos emitidos sin necesidad de reiniciar la transmisión. El principio es idéntico al utilizado por el protocolo VAN.
Cuando dos calculadores empiezan el mensaje, no existe conflicto ya que el calculador 1 coloca un nivel lógico 1 y el calculador 2 un nivel lógico 0. Se produce pues un "cortocircuito" que no es destructivo para el calculador 1, ya que detecta que un mensaje más prioritario circula por el bus. El calculador 2 continúa su mensaje, no se ha producido pérdida de tiempo ni de mensaje. El calculador 1 emitirá de nuevo cuando el bus quede libre.
Cuando dos calculadores empiezan el mensaje, no existe conflicto ya que el calculador 1 coloca un nivel lógico 1 y el calculador 2 un nivel lógico 0. Se produce pues un "cortocircuito" que no es destructivo para el calculador 1, ya que detecta que un mensaje más prioritario circula por el bus. El calculador 2 continúa su mensaje, no se ha producido pérdida de tiempo ni de mensaje. El calculador 1 emitirá de nuevo cuando el bus quede libre.
IX - GESTION DE LOS ERRORES
Para cada calculador conectado a la red CAN, existen dos contadores de errores:
- un contador de error en transmisión,
- un contador de error en recepción.
Si la red es perturbada, un calculador emisor verá como su mensaje es machacado por uno o varios calculadores que hayan detectado errores en el mensaje. Este calculador va a repetir su mensaje.
Se puede imaginar el caso donde, la red sea bloqueada por un calculador que busca sin cesar la emisión de un mensaje que jamás sería validado, debido a las perturbaciones en la red.
Para evitar este problema, cuando el contador de error en transmisión alcanza 255, el calculador pasa al modo "bus off". Este se retira de la red y deja de intentar la emisión, pero puede seguir recibiendo.
A cada error de transmisión o recepción, el contador aumenta en 8.
A cada transmisión o recepción correcta el contador disminuye en 1.
El contador de error en recepción no puede rebasar 127.
El diagrama siguiente revisa las reglas de funcionamiento.
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