Arquitetura CAN. José Sérgio da Rocha Neto

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1 Arquitetura CAN 1

2 Sumário Rede CAN. Arquitetura do Sistema Implementado. Interface SPI. Controlador CAN MCP2510. Transceiver MCP2551. ADuC812. Resultados Obtidos. Conclusões. 2

3 REDE CAN CAN Controller Area Network. Sistemas distribuídos. Sistemas em tempo real. Desenvolvido pela empresa Bosch na década de 80. 3

4 APLICAÇÕES Veículos (Marítimo, Aéreos e Terrestres). Sistemas de Controle Industrial. Domótica. Sistemas Médicos. 4

5 APLICAÇÕES Telescópios. Simuladores de Vôo. Satélites Artificiais. Robótica e outros. 5

6 Automóveis APLICAÇÕES 6

7 APLICAÇÕES Helicópteros 7

8 APLICAÇÕES Domótica 8

9 APLICAÇÕES Sistemas Médicos 9

10 CONCEITOS BÁSICOS CAN consiste basicamente de um padrão de hardware com diferentes tipos de mensagens (pacotes), regras de decisão para a transmissão de mensagens e métodos para detecção e correção de erros. A rede é formada por módulos CAN (Nó). Utiliza o mecanismo wired and ou wired or. 10

11 CONCEITOS BÁSICOS Não existe o endereçamento dos destinatários no sentido convencional. Em vez disso, são transmitidas mensagens que possuem um determinado identificador. Os identificadores determinam a prioridade intrínseca das mensagens. 11

12 COMPONENTES DE UM NÓ CAN 12

13 CARACTERÍSTICAS Padrão ISO/OSI. 13

14 CARACTERÍSTICAS Capacidade multi-mestre. 14

15 CARACTERÍSTICAS Processo de arbitragem não destrutiva. 15

16 CARACTERÍSTICAS Capacidade broadcast. 16

17 CARACTERÍSTICAS Elevadas taxas de transferências. 17

18 CARACTERÍSTICAS Redução do número de fios. 18

19 CARACTERÍSTICAS Considerável imunidade ao ruído. 19

20 CARACTERÍSTICAS Classificação dos nós. 20

21 CARACTERÍSTICAS Máximo de 8 bytes de informação útil. Flexibilidade. Confiabilidade. Baixo custo. 21

22 TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DE MENSAGENS 22

23 FORMATO DAS MENSAGENS Formato Padrão Formato Estendido 23

24 TIPOS DE MENSAGENS Mensagem de Dados Mensagem de Requisição de Dados 24

25 TIPOS DE MENSAGENS Mensagem de Erro Mensagem de Sobrecarga 25

26 MECANISMOS DE DETECÇÃO DE ERROS Monitorização de Bit. Verificação do Formato. Verificação da Seqüência CRC de 15 bits. Verificação do Reconhecimento (ACK). Verificação da Regra de Inserção de Bits. 26

27 MECANISMOS DE DETECÇÃO DE ERROS Monitorização de Bit. 27

28 MECANISMOS DE DETECÇÃO DE ERROS Verificação do Formato. 28

29 MECANISMOS DE DETECÇÃO DE ERROS Verificação da Seqüência CRC de 15 bits. Polinomial Geradora 29

30 MECANISMOS DE DETECÇÃO DE ERROS Verificação do Reconhecimento (ACK). 30

31 MECANISMOS DE DETECÇÃO DE ERROS Verificação da Regra de Inserção de Bits. 31

32 BIT TIME É o período de transmissão e recepção de um bit. Todos os nós da rede devem ter o mesmo bit time. 32

33 BIT TIME O Bit Time é formado por 4 segmentos: - Segmento de Sincronização. - Segmento de Propagação. - Segmento de Fase 1. - Segmento de Fase 2. 33

34 BIT TIME Cada segmento do bit time duram um determinado tempo inteiro, chamado de time quanta (tq). O time quanta é uma unidade de tempo fixo derivado do período do oscilador do sistema. 34

35 TIME QUANTA TQ = 2* ( BRP + 1)* Tosc Onde: TQ Time Quanta BRP Baud Rate Prescaler Tosc Período do Oscilador 35

36 SINCRONISMO Sincronização Forçada - É acionada na borda de descida quando o barramento está livre, que é interpretado como o SOF. Re-sincronização - É usado para ajustar o tempo de bit enquanto um nó CAN está recebendo uma mensagem, de forma a permitir que a localização do ponto de amostragem seja correta. 36

37 SINCRONISMO Processo de sincronização com transmissor lento. SJW Largura do Pulso de Sincronização. 37

38 SINCRONISMO Processo de sincronização com transmissor rápido. 38

39 CAMADA FISÍCA É possível utilizar diversos meios físicos, tais como: par de fios entrelaçados, fibra óptica, rádio freqüência e etc. A maioria das aplicações utiliza um barramento diferencial a dois fios, o CAN_L e o CAN_H. 39

40 TRANSMISSÃO VIA INFRAVERMELHO 40

41 TRANSMISSÃO RF 41

42 CONTROLADORES CAN CAN Básico; CAN Completo. 42

43 INTEGRAÇÃO DOS CONTROLADORES Stand Alone. 43

44 INTEGRAÇÃO DOS CONTROLADORES Integrado. 44

45 INTEGRAÇÃO DOS CONTROLADORES Single Chip. 45

46 ARQUITETURA DO SISTEMA IMPLEMENTADO 46

47 ARQUITETURA DO SISTEMA IMPLEMENTADO 47

48 SENSORES INTELIGENTES Integração entre um sensor e um microcontrolador. Transformam o sinal em uma representação padrão. Verificam e calibram os sinais. Acionam atuadores. Transmitem os sinais através de um protocolo de comunicação. 48

49 Interface SPI SPI Serial Peripheral Interface. Full Duplex. Configuração Mestre Escravo. Interface com 4 fios: - SCLK (Clock). - CS (Chip Select). - MOSI (Master Out Slave In). - MISO (Master In Slave On). 49

50 Interface SPI 50

51 MCP2510 Controlador CAN completo. Arquitetura Stand-Alone. Transmite e recebe mensagens nos formatos padrão e estendido a taxas de até 1Mbps. Possui seis filtros e duas máscaras de aceitação. 51

52 MCP2510 Três buffers de transmissão e dois de recepção. Possui a interface SPI. Taxas de até 5 Mbps. 52

53 PINAGEM 53

54 DIAGRAMA DE BLOCOS 54

55 MCP2551 Dispositivo que atua como interface entre o protocolo CAN e o barramento físico. Compatível com o padrão ISO Opera a taxas de até 1Mbps. 55

56 TRANSCEIVER 56

57 PINAGEM 57

58 ADuC812 58

59 Representação dos Sinais nos Pinos SCLK, MOSI, MISO E CS da Interface SPI. 59

60 Representação das Mensagens de Dados e do Bit de Reconhecimento. 60

61 Tela do Hyperterminal do PC no Nó CAN1 61

62 CONCLUSÕES Bons mecanismos de detecção e sinalização de erros. Comunicação eficiente e robusta. Valores de temperatura medidos foram satisfatórios (erro < 1,5%). 62

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