Suporte a redes CAN para Aplicações Embarcadas

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Diogo Ribeiro de Almada
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1 Universidade Federal de Santa Catarina UFSC Departamento De Informática e Estatística INE Bacharelado em Ciências Da Computação Suporte a redes CAN para Aplicações Embarcadas Autor: Alessandro Barreiros Maurici Orientador: Prof. Dr. Antônio Augusto Medeiros Fröhlich Florianópolis 2004

CAN para Aplicações Embarcadas Autor: Alessandro Barreiros Maurici

2 Tema A necessidade da comunicação entre dispositivos eletrônicos sempre foi uma área com um vasto campo de pesquisa. Com os avanços tecnológicos obtidos, obtemos dispositivos cada vez menores, a necessidade de comunicar estes pequenos dispositivos com outros da mesma categoria ou até com sistemas maiores é indispensável. Exemplos de sistemas assim podem estar em qualquer lugar, no carro, no avião, em casa. Em 1983 foi iniciado um projeto na empresa BOSCH para o desenvolvimento de uma rede interna para automóveis. Controller Area Network (CAN), foi desenvolvida oficialmente em 1986 pelo Robert Bosch na Alemanha, para uso em unidades de controle eletrônico nos carros produzidos pela Mercedes. Em 1987 surgiram os primeiros circuitos integrados para CAN fabricados pela Intel e pela Philips. CAN é um barramento serial para interligar micro-controladores em rede. Como citado anteriormente, foi criada inicialmente para uso em sistemas de automóveis, mas logo teve o uso estendido para aplicações industriais. Hoje este barramento é usado primariamente em sistemas embutidos. Uma rede CAN pode interligar até 2032 dispositivos, sendo que o limite prático seria de 110 dispositivos, cada um destes dispositivos é tratado como um nodo da rede. O link serial é fisicamente composto de dois fios, o sinal tem característica diferencial, é capaz de operar até 1 Mbps, tendo restrições de velocidade em virtude da distância entre os nodos, para uma rede com 1 km a velocidade por ser reduzida até 50Kbps. Cada nodo ligado a este link serial é capaz de ouvir simultaneamente a outros nodos os dados transmitidos na rede. A escrita, porem, é uma operação permitida para somente um dispositivo por vez. A rede é multimaster, ou seja, pode ter mais de um nodo controlador, o que facilita a criação de um sistema redundante, para isto usa como protocolo de acesso múltiplo o CSMA/CD+AMP (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection + Arbitration on Message Priority), assim CAN trabalha de forma semelhante a Ethernet comum, mas ao invés de corrigir colisões de transmissão fazendo com que os dois nodos em conflito parem de transmitir, a rede CAN usa um arbítrio de comparação binária para definir a prioridade das mensagens e decide qual será enviada, quando menor o valor associado maior a prioridade. As mensagens transmitidas no barramento não contem endereços de transmissor ou receptor, as mensagens possuem um identificador único de acordo com o conteúdo, assim cada receptor testa este identificador, logo se ele identificar um conteúdo relevante ele é processado. O protocolo CAN 2.0A tornou-se o padrão ISO em A ultima versão conhecida do protocolo é a 2.0B, a maior diferença entre as duas versões é a quantidade de bits no identificador, 11 bits para o 2.0A e 29 bits para o 2.0B. O padrão 2.0B é compatível com o 2.0A, este último possui dois tipos distintos, o padrão capaz de enviar e receber menssagens 2.0A e sinaliza erro ao receber uma mensagem 2.0B e o passivo, que envia 2.0A e ignora quadros 2.0B.

indispensável. Exemplos de sistemas assim podem estar em qualquer lugar, no carro, no avião, em casa.

3 A seguir é demonstrada a disposição dos dados em um quadro 2.0A: A figura abaixo demonstra o mesmo para o padrão 2.0B: Podemos ainda subdividir o CAN em camada física, camada de dados e camada de aplicação. A camada física define os tempos dos bits, codificação destes e a sincronização. As características desta camada não são definidas pela especificação da BOSCH, porém, a ISO define as características padrões para um transceiver. A camada de dados é definida pelo encapsulamento, desencapsulamento, codificação dos quadros, controle de acesso ao meio, detecção e sinalização de erro. O controlador CAN é responsável por lidar automaticamente com estes serviços de forma transparente ao software. A camada de aplicação é definida em nível de usuário, hoje existem algumas camadas especificadas como a CANopen, DeviceNet e a CAN Kingdom.

As características desta camada não são definidas pela especificação da BOSCH, porém, a ISO define as características padrões para um transceiver.

4 Delimitação do tema Como resumido anteriormente, CAN é um assunto com vasto campo de pesquisa. Podemos realizar uma pesquisa realmente extensa caso adentrarmos no assunto de camadas de aplicação, ou mesmo de aplicação em sistemas em tempo real. Neste trabalho pretendo voltar a pesquisa ao tratamento das informações que o controlador CAN disponibiliza para o controle das operações realizadas sobre o barramento. A principio com implementação em uma plataforma utilizando o microcontrolador AVR, e possivelmente para microcontroladores ColdFire caso o prazo permita. Objetivo Geral O objetivo geral será criar um driver que atuará como mediador entre o software aplicativo e o sistema operacional, disponibilizando uma interface definida e mais amigável ao desenvolvedor de aplicativos para sistemas embutidos que desejam utilizar a tecnologia CAN para interligação entre dispositivos do sistema. O desenvolvimento deste driver deverá ser realizado para um ou mais sistemas operacionais disponíveis para a plataforma em uso. Objetivos específicos Para alcançar o objetivo anteriormente descrito será necessário um aprofundamento nas interfaces disponibilizadas pelos controladores usados e pelos sistemas para os quais serão criados os drivers. Será realizado um pequeno estudo sobre como realizar a interligação da camada física, já que esta será indispensável para realizar testes. Motivações e justificativas CAN, apesar de ter sido criado em 1983, é uma tecnologia que está ganhando muita atenção para o desenvolvimento dos sistemas embutidos. Podemos hoje aplicar este tipo de rede em sistemas automobilísticos, industriais, comercias ou até mesmo aeroespaciais. Portanto é fundamental para os desenvolvedores utilizarem a tecnologia sem ter a necessidade de lidar com a tarefa de programação direta dos controladores CAN. Considerando o escopo de desenvolvimento escolhido, no nível entre hardware e aplicativo, meu trabalho terá importante contribuição para trabalhos ou pesquisas futuramente realizadas nesta área.

Neste trabalho pretendo voltar a pesquisa ao tratamento das informações que o controlador CAN disponibiliza para o controle das operações realizadas sobre o barramento.

5 Metodologia A seguinte metodologia será adotada para o desenvolvimento do trabalho: Localização e análise de materiais para pesquisa: será feita uma procura bibliográfica, que aborda o tema, para analisar o conhecimento disponível com uma profundidade maior. Análise das ferramentas que serão adotadas: com a análise das ferramentas disponíveis será estudada a melhor forma de implementação e desenvolvimento do trabalho. Implementação: com base nas etapas anteriores será implementado um protótipo para verificar e validar o funcionamento do sistema. Redação: será finalizado o relatório final.

Análise das ferramentas que serão adotadas: com a análise das ferramentas disponíveis será estudada a melhor forma de implementação e

6 Referências 1. BOSCH, Robert. CAN Specification Version 2.0. Stuttgart, Disponível em: < Acesso em: 20 novembro CiA. Controller Area Network (CAN): an overview. Disponível em: < Acesso em: 21 novembro FREDRIKSSON, L.-B. Mechatronics. Kinnahult, v.4, p Kvaser. CAN (Controller Area Network). Disponível em: < Acesso em: 21 novembro NILSSON, Staffan. Controller Area Network - CAN Information. Disponível em: < Acesso em: 21 novembro RUFINO, José. An Overview of the Controller Area Network. Braga, Janeiro Disponível em < Acesso em: 25 novembro WESTENBERG, Arnaud. Linux CAN-bus HOWTO. Disponível em: < Acesso em: 22 novembro 2004.

CAN (Controller Area Network). Disponível em: <http://www.kvaser.se/can/main.htm>. Acesso em: 21 novembro 2004. 5. NILSSON, Staffan. Controller Area Network - CAN Information.

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