Le Bus CANLe Bus CAN

E. DERENDINGER

Raisons et Intérêts du Bus CAN Raisons et Intérêts du Bus CAN

Depuis les années 1960 la longueur de câble utilisée dans l’automobile ne cesse de croître pour dépasser 2000 m en 1995. Le nombre des connexions atteint 1800 à cette même date. La fiabilité et la sécurité sont menacés.

Les normes en matière de pollution et de consommation d’énergie obligent les constructeurs à multiplier les capteurs et actionneurs intelligents dans leur véhicules accélérant ce processus de multiplication des câbles et connexion depuis une vingtaine d ’années.

Le besoin de sécurité accrue (ABS, ESP, AIR-BAG…) et la demande de confort (mémorisation des réglages de conduite, climatisation régulée par passager, système de navigation…) ne font que renforcer cette tendance.

La société BOSCH développe dès le début des années 1980 une solution de multiplexage des informations circulant à bord de la voiture. Le bus CAN apparaîtra et sera normalisé dans les années qui suivent (dès 1983).

Les composants CAN se démocratisent et investissent d’autres secteurs de l’industrie (moissoneuses, pelleteuse, médical, produits numériques, systèmes electrotechnique…). E. DERENDINGER

Applications du bus CANApplications du bus CAN

CAN

E. DERENDINGER

Topologie du bus CANTopologie du bus CAN

Câblage traditionnel

CANSimple&

Léger

2 câbles pour l’alimentation électrique 12 V DC

1 paire torsadée pour les transferts d’informations

E. DERENDINGER

Topologie du bus CANTopologie du bus CAN

Nœud 3

Nœud 2

CAN_H

CAN_L

Bus CAN

Nœud 1

Nœud 4

Nœud 4

Nœud 3

CAN_H

CAN_L

Bus CAN

Nœud 1

Nœud 7

Nœud 11

Nœud 21

Avantages• Configuration simple

• Câblage réduit

• Ordre des nœuds indifférent

Désavantages

• L’ensemble des nœuds est affecté en cas de défaut

• Une défaillance est plus délicate à diagnostiquer

• Outils de diagnostique et de maintenance spécialisés

E. DERENDINGER

Topologie du bus CANTopologie du bus CAN

Support de transmission

Codage de l ’information amplitude, timing, synchro

Codage des messages arbitrage, gestion erreurs

Applications constructeurs

Câbles électriques, fibres optiques, Liaisons infrarouges, liaison hertziennes

Niveaux des signaux : hauteur et largeur des bits portant l’information

Protocole de transmission

Définition d’un langage entre les composant CAN

Norme CAN

ISO 11898Haute vitesse

ISO 11519Basse vitesse

E. DERENDINGER

Bus CAN : codage de l’informationBus CAN : codage de l’information

Nœud 1 Nœud n

120120

CAN_H

CAN_L5

3

2

4

1

CAN_H

CAN_L

RecessifDomminant Dominant

Nœud 1 Nœud n

2.2K CAN_H

CAN_L

5

3

2

4

1

CAN_H

CAN_L

RecessifDominant Dominant

2.2K

3.25V

1.75V

ISO11898 : High Speed CAN

125Kbps - 1Mbps

ISO11519-2 : Low Speed CAN Fault Tolerant

-125Kbps

VCAN_H > VCAN_L + 0,5 V => 1 logique (récessif)

VCAN_H < VCAN_L + 0,5 V => 0 logique (dominant)E. DERENDINGER

Bus CAN : codage de l’informationBus CAN : codage de l’information

1 bit correspond à 32 coup d’horloge

La lecture du bit devra être faite au 20éme coup d’horloge

1bit = 4µs

Propagation Phase1Synch Phase2

Bit valide

32 time quantum

ISO11898 : High Speed CAN

25O Kbps

Quantum = 4 µs/32 = 125 ns -> Fhorloge = 1/125 10-9 = 8 Mhz

E. DERENDINGER

Bus CAN : codage des messagesBus CAN : codage des messagesCAN 2.0 A

Le bus CAN est libre : état récéssif depuis au moins 10 bits consécutifs

Bit de début de message état dominant pendant 1bit

Bits d’arbitration du bus CAN et d’identification du message (11 bits)

Bit dominant pour un envoi de données

Bit récessif pour une demande de données

2 bits réservés + 4 bits spécifiant la longeur du champ de données (compris entre 0 et 8)

0 à 8 octets de données soit 0 à 64 bits

Les mots sont emis en commençant par le poids fort

4µs

4µs

2 à

3 V

E. DERENDINGER

Bus CAN : codage des messagesBus CAN : codage des messagesCAN 2.0 A Aquisition d’une trame avec un oscilloscope de terrain

E. DERENDINGER

Bus CAN : codage des messagesBus CAN : codage des messagesCAN 2.0 A

0 à 8 octets de données soit 0 à 64 bits

Bits de contrôle de transmission des données (15 bits de CRC + 1 délimiteur)

Bit d’accusé de réception l’emmetteur envoi un récessif qui doit être écrasé par le dominant du nœud ayant interprété le message

Bit délimiteur de réception

Les donnée sont emises dans l’ordre 1ere, 2nd, 3eme etc

Fin de message : état récéssif de 7 bits consécutifs

Entre deux messages 3 bits récéssifs au minimum

E. DERENDINGER

Bus CAN : codage des messagesBus CAN : codage des messagesCAN 2.0 A

11

38D

0 1 1 1 0 1 1 10 0 0

IDENTIFIANT

Bit

de

dé

bu

t d

e m

es

sa

ge

Exemple envoi de 5 données sans synchronisation (stuffing) et sans arbitrage

4µs

5 3A 2FB

it d

om

ina

nt

po

ur

un

en

vo

i d

e d

on

né

es

0

1er b

it r

és

erv

é I

DE

NT

IFIA

NT

CO

UR

T (

11

bit

s)

2n

d b

it r

és

erv

é N

ON

UT

ILIS

E NOMBRE

1 10 0 0

DONNEE N°1 DONNEE N°2

1 1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0

CALCULATRICEE. DERENDINGER

Bus CAN : codage des messagesBus CAN : codage des messagesCAN 2.0 A

1 0 1 1 10 0 0

Exemple envoi de 5 données sans synchronisation (stuffing) et sans arbitrage

CHAMP DE VERIFICATION CRC

1 1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

3A

DONNEE N°5

1 1 1 10 0 0 0

Bit

d’a

cc

us

é d

e r

éc

ep

tio

n

Dé

lim

ite

ur

du

ch

am

p d

e C

RC

Bit

dé

lim

ite

ur

de

ré

ce

pti

on Fin de message : état récéssif de

7 bits consécutifs + délais inter-trame de 3 bits minimum

CALCULATRICEE. DERENDINGER

Bus CAN : codage des messagesBus CAN : codage des messagesCAN 2.0 A Exemple d’arbitrage

11 0 1 1 1 0 1 1 10 0 00

11 0 1 1 1 0 1 1 10 0 00

11 0 1 1 1 1 1 1 10 0 00

11 0 1 1 1 0 1 1 10 0 00

EMETTEUR

RECEPTEUR

NŒUD N°1

EMETTEUR

RECEPTEUR

NŒUD N°2

Deux emetteurs (nœud n°1 et nœud n°2) prennent le bus au même moment. Le premier présentant un bit récessif sur le bus devra laisser le bus à l’autre.Dans l’exemple ci-contre le nœud n°2 laisse le bus au nœud n°1 au 5ème bit car il voit qu’il n’y a pas coïncidence entre ce qu’il emmet et ce qu’il lit sur le bus. Il en déduit qu’un emetteur plus prioritaire est aussi sur le bus et cesse d’émettre immédiatement. Il continue tout de même à lire le message et, dès que le bus sera libre il fera une nouvelle tentative d’émission.E. DERENDINGER

Bus CAN : codage des messagesBus CAN : codage des messagesCAN 2.0 A Ajout d’un bit de synchronisation ``stuffing’’

Lorsque 5 bits consécutifs sont au même état logique l’émetteur ajoute 1 bit de resynchronisation que les recepteurs ne prendront pas en considération. Ce bit de “stuffing” en noir prend l’état opposé aux 5 bits qui le précédent.

11 0 1 1 1 0 0 0 10 0 S

38D

IDENTIFIANT

4µs

3 FF

DONNEE N°1NOMBRE

1 1 1 1 1 1 10 0 0 0 1 1 1 1100 S S S

CALCULATRICEE. DERENDINGER

Bus CAN : outils d’investigationBus CAN : outils d’investigation

CAN Bus

Analyseur de protocole

B.S.I. testeur

Traceur de données

Oscilloscope numérique

Outil : CVX 200 ou MUXTESTER

Outil : Diag 2000 de PSA

Outil : CANscope ou CAN bus signal analyser

Outil : MUXTRACE ou CANalyser + Carte CAN

E. DERENDINGER

Bus CAN : analyseur de protocoleBus CAN : analyseur de protocoleAnalyse de l’état du bus avec un outil de terrain

Node 1Node nMax. 30

120120

CAN_H

CAN_L

ANALYSEURProtocole

E. DERENDINGER

Bus CAN : traceur de donnéesBus CAN : traceur de donnéesObservation des échanges sur le bus avec une carte spécialisée

Node 1Node nMax. 30

120120

CAN_H

CAN_L

TRACEUR

E. DERENDINGER

Bus CAN : oscilloscope numériqueBus CAN : oscilloscope numérique

Node 1Node nMax. 30

120120

CAN_H

CAN_L

+

-

Differential probe

Mesure des tensions différentielles

Dominant : Low level 0

Recessive : High level 1

Observation des signaux et des échanges sur le bus

E. DERENDINGER