Что такое canh и canl
Новичку о подключении к CAN шине
Для работы с CAN шиной автомобиля необходимо знать:
В автомобиле может быть более одной CAN шины. Для каждого функционального сегмента автомобиля выделяется своя сеть CAN. Выделенные сети могут работать на разных скоростях.
Скорости работы CAN шины
CAN на разных автомобилях и в разных сегментах сети может работать на разных скоростях.
Названия сегментов сети: Мотор, Шасси, Комфорт, Салон – условны! У Каждого автопроизводителя свои названия этих участков сети!
Сегментация CAN шины по функциональному назначению
Схема ниже изображена в общем виде для упрощения понимания роли Гейтвея. Количество CAN шин и варианты включения блоков управления к тому или другому сегменту сети могут отличаться.
Реализации CAN на уровне электрических сигналов
CAN шина может быть реализована физически тремя способами:
1 ISO11898-2 или CAN-High Speed.
Классическая витая пара нагруженная с обоих концов резисторами 120 Ом. 
В этом случае уровни на шине CAN выглядят так: 
2 ISO11898-3 или CAN-Low Speed или Faut Tolerant CAN
В этом варианте используется та же витая пара, но линии CAN-Low и CAN-High подтянуты к напряжению питания и массе соответственно.
Подробное описание FT-CAN по ссылке 
Такой вариант CAN шины способен переключаться в однопроводный режим в случае повреждения одной из линий. Работает на скоростях до 250 кбит\с.Уровни сигнала на шине отличаются от High Speed CAN, при этом не теряется возможность работы с шиной FT-CAN используя трансиверы High-Speed CAN и соблюдая ряд условий.
Подробнее в нашей статье о FT-CAN – ссылка. 
Fault tolerant CAN обычно используется для низкоскоростного обмена между блоками управления относящимися к сегменту сети Салон\Комфорт\Мультимедиа.
3 Single Wire CAN или SW-CAN
Однопроводный вариант шины CAN. Работает на скорости 33.333 кбит\с
Используется специальный тип трансиверов. Для того что бы подключиться к такому варианту шины CAN необходимо линию CAN-High анализатора подключить к шине SW-CAN а линию CAN-Low к массе\земле. 
CAN-шина и альтернативы
CAN (Controller Area Network) в настоящее время является наиболее широко используемой автомобильной бортовой сетью. Однако в связи с постоянным развитием автономных транспортных средств и связанных с ними технологий существует высокий спрос на большую пропускную способность и возможности подключения. Здесь мы кратко опишем CAN и некоторые другие варианты подключения транспортных средств, включая беспроводную CAN, MOST, FlexRay и Automotive Ethernet.
CAN-шина: основные принципы
В широком смысле CAN-шина (Controller Area Network) на самом деле представляет собой набор стандартов, которые позволяют различным устройствам обмениваться данными друг с другом. Это асинхронная (со сдвигом по времени) система последовательной шины, разработанная в 1983 году компанией Robert Bosch GmbH с целью объединения электронных блоков управления (ECU) в транспортных средствах.
CAN был разделен на несколько уровней в соответствии с моделью ISO/OSI для достижения гибкости и прозрачности дизайна. Для практической связи CAN-шина использует два выделенных провода: CAN low и CAN high, с помощью которых контроллер CAN подключается ко всем компонентам сети. CAN позволяет заменить довольно сложную разводку на двухпроводную шину. CAN использует дифференциальный сигнал, что делает его более устойчивым к помехам, с двумя логическими состояниями: рецессивным и доминантным. В настоящее время шина CAN используется практически везде, от кофемашин до управления автопарком и космических приложений. Далее мы кратко опишем принципы работы CAN-шины.
Канальный уровень, помимо прочего, также занимается организацией битов в фреймы и включает два протокола: классический CAN (первое использование датировано 1988 годом) и CAN FD (запущено в 2012 году).
В шине CAN используется инвертированная логика с двумя состояниями: доминантным и рецессивным. На рисунке выше показана упрощенная схема ввода-вывода трансивера CAN: битовый поток, идущий к/от CAN-контроллера и/или микроконтроллера. Когда контроллер отправляет поток битов, они дополняются и помещаются в линию CANH.
Линия CANL всегда является дополнением CANH. CAN должен контролировать как то, что в данный момент находится на шине, так и то, что она отправляет. Для приложений оба конца CAN-шины должны быть ограничены, поскольку любой узел на шине может передавать данные.
На каждом конце линии есть согласующий резистор, равный характеристическому сопротивлению кабеля. Обычно рекомендуемое значение оконечных резисторов составляет 120 Ом (в диапазоне от 100 Ом до 130 Ом). В сети должно быть не более двух согласующих резисторов, поскольку дополнительные ограничительные устройства создают дополнительную нагрузку на драйверы.
На рисунке ниже показана тестовая шина CAN. Узлы на рисунке в принципе могут отправлять сообщения от интеллектуальной сенсорной технологии и контроллера двигателя. Типичным применением может быть, например, датчик температуры.
Если другому узлу необходимо одновременно отправить сообщение, арбитраж гарантирует, что сообщение отправлено. Например, узел A завершает отправку своего сообщения, поскольку узлы B и C подтверждают получение правильного сообщения. Узлы B и C в свою очередь начинают арбитраж, и если узел C выигрывает арбитраж, он отправляет сообщение. Узлы A и B подтверждают сообщение от узла C, и узел B затем продолжает свое сообщение.
Следует помнить о противоположной полярности входа и выхода драйвера на шине. CAN-шина в наши дни широко распространена в автомобилях. Он присутствует практически во всех производимых автомобилях. Автомобили в современном мире по сути являются продуктом глобального рынка, поэтому все автомобили, как правило, имеют шину CAN. Доступ к шине CAN осуществляется через порт OBD, который показан на рисунке ниже вместе с примером оконечного резистора 120 Ом, припаянного к разъему DB9 с проводкой CAN, расположенной в корпусе DB9.
Для подключения порта OBD к устройству CAN DB9 необходим кабель, который можно купить или изготовить. Чтобы получить самодельный, необходимы 9-контактное гнездо D-sub (розетка) и штекер OBD (вилка). Разъем DB9 должен соответствовать вилке устройства CAN.
Пример подключения OBD к DB9 CAN, включая дополнительный оконечный резистор, также показан на схемах ниже.
Существует множество вариантов построения сенсорной сети, интерфейса с шиной CAN и просмотра сигналов CAN от транспортных средств. Различные микроконтроллеры в настоящее время поддерживают протокол CAN и могут быть подключены к CAN через чип приемопередатчика CAN.
Также существуют такие решения, как Raspberry Pi, Texas Instruments Launchpad и Arduino, которые могут взаимодействовать с CAN с помощью некоторых надстроек. Сеть связи CAN в современных транспортных средствах может предоставлять огромный объем данных, которые можно использовать в управлении автопарком для повышения безопасности водителя, сокращения общих расходов, улучшения процессов обслуживания и поддержки экологической ответственности.
Включение данных шины CAN предоставляет владельцам автопарков широкие возможности для доступа к различной информации, включая расход топлива, показания одометра, обороты в минуту, положение дроссельной заслонки, нагрузку/крутящий момент двигателя, температуру двигателя и уровень топлива.
CAN в настоящее время является наиболее широко используемой автомобильной сетью. Однако в связи с постоянным развитием автономных транспортных средств и связанных с ними технологий существует высокий спрос на большую пропускную способность и возможности подключения. Далее мы кратко опишем некоторые другие варианты подключения к автомобилю, включая беспроводную CAN, MOST, FlexRay и Automotive Ethernet.
Wireless CAN
CAN на витой паре медных проводов стал стандартом ISO в 1994 году. Растущий спрос на расширенные возможности подключения приводит к развитию альтернативных и дополнительных технологий. Например, некоторые варианты беспроводной передачи CAN полагаются на стандарты радиосвязи на основе протокола, такие как WLAN или Bluetooth.
В таком случае данные CAN в передатчике должны быть преобразованы в беспроводной протокол и сброшены в приемнике. Таким образом, прозрачная передача в реальном времени по сети CAN невозможна. Таким образом, радиосвязь функционирует как шлюз между двумя сетями CAN.
Беспроводная CAN, основанная на двухрежимном радио, позволяет участникам CAN без проводов интегрироваться в сеть CAN, повышая безопасность и удобство использования. Однако для такой системы требуются специальные антенны, которые требуют места и определенного расположения, ограничивающего всенаправленное излучение.
Кратко о MOST, FlexRay и Automotive Ethernet
Многообещающей альтернативой CAN являетсяAutomotive Ethernet. По некоторым оценкам, рынок автомобильных сетей Ethernet вырастет более чем на 21,6% в прогнозный период 2019-2026 годов.
FlexRay, в свою очередь, является стандартом автомобильной сети, основанным на гибкой, детерминированной, отказоустойчивой и высокоскоростной шине с высокой скоростью передачи данных. Он используется как часть звездообразной или линейной топологии с медным или оптическим волокном. FlexRay с двухканальной конфигурацией обеспечивает повышенную отказоустойчивость и/или увеличенную пропускную способность. Сетевые особенности FlexRay делают его удобным для автомобильной промышленности следующего поколения.
Большинство сетей FlexRay первого поколения обычно используют один канал для сокращения затрат на проводку, но дальнейшее развитие приложений и связанные с этим требования безопасности приведут к увеличению использования двух каналов. Ограничивающими факторами для широкого использования FlexRay являются цена, более низкие уровни рабочего напряжения и асимметрия фронтов, что приводит к проблемам при увеличении длины сети. Некоторые ключевые особенности перечисленных протоколов по сравнению с характеристиками CAN представлены в таблице ниже.
Прямое сравнение перечисленных протоколов связи показывает, что пропускная способность и отказоустойчивость явно уступают средним затратам и сложности системы. В то время как CAN и MOST остаются своего рода фундаментальными протоколами, FlexRay и Ethernet являются более многообещающим решением для удовлетворения растущего рынка и требований приложений с высокой нагрузкой. В современных автомобилях эти протоколы часто используются в качестве дополнительных решений.
Сеть в автомобиле
CAN-шина действительно является хорошо известным и признанным стандартом подключения транспортных средств. Он соединен с силовым агрегатом, шасси, магистральной сетью и системами кузова. Для практической связи CAN-шина использует два выделенных провода: CAN low и CAN high, с помощью которых контроллер CAN подключается к различным компонентам сети. Ethernet, в свою очередь, обычно используется в качестве диагностического протокола для блоков управления электронными соединениями двигателя, шасси и кузова, используемых для сетевых соединений.
Все вышеупомянутые протоколы и технологии удовлетворяют большинству требований диагностики и мультимедийной связи для современных транспортных средств и связи между транспортными средствами и могут использоваться для продвинутых автономных систем вождения, однако точная интеграция всех этих технологий, при соблюдении все ограничений, по-прежнему остается сложной задачей.
Ссылки
2) Introduction to the Controller Area Network (CAN), Texas Instruments, 2016.
15) Controller Area Network (CAN) Bus J1939 Data Acquisition Methods and Parameter Accuracy Assessment Using Nebraska Tractor Test Laboratory Data by Samuel E. Marx. 2015.
17) Ankita Sawant et al., CAN, FlexRay, MOST versus Ethernet for Vehicular Networks. IJIACS 2018.
18) Shane Tuohy et al., Next Generation Wired Intra-Vehicle Networks, A Review. 2013 IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV).
19) Aroosa Umair, Muhammad Gufran Khan. Communication Technologies and Network Protocols of Automotive Systems. 2018.
20) Peter Hank et al., Automotive Ethernet: In-vehicle Networking and
Smart Mobility. 2013.
21) Felix Huening et al., Wireless CAN without WLAN or Bluetooth Wireless CAN without WLAN or Bluetooth. 2018.
Digitrode
цифровая электроника вычислительная техника встраиваемые системы
Что такое шина CAN и как она работает
Что такое интерфейс CAN и зачем он нужен
Controller Area Network (CAN) – это последовательная коммуникационная шина, разработанная для надежной и гибкой работы в жестких условиях, особенно для промышленных и автомобильных приложений.
Первоначально изобретенный Bosch, а затем кодифицированный в стандарт ISO11898-1, интерфейс CAN определяет канал передачи данных и физический уровень модели взаимодействия открытых систем (OSI), обеспечивая низкоуровневое сетевое решение для высокоскоростной связи в автомобилях и промышленном оборудовании. В частности, CAN был разработан для уменьшения кабельной проводки в автомобилях, чтобы отдельные электронные блоки управления (ЭБУ) внутри транспортного средства могли обмениваться данными только по одной паре проводов. На следующем рисунке показаны ЭБУ автомобиля, подключенного к шине CAN.
Бортовая диагностика (OBD) – это система диагностики и отчетности автомобиля, которая позволяет устранять неполадки с помощью диагностических кодов неисправности (DTC). Когда загорается индикатор «проверьте двигатель» (check engine), техник часто использует портативное устройство для считывания кодов двигателя с автомобиля. На самом низком уровне эти данные передаются по протоколу, который в большинстве случаев является CAN.
DeviceNet – это сетевой протокол высокого уровня, используемый в промышленных приложениях. Это значительно уменьшает проводку, необходимую между системой управления и устройствами ввода/вывода. Вместо того, чтобы подключать каждое устройство к отдельному входу/выходу на модулях ввода/вывода ПЛК, устройства могут быть связаны друг с другом через четырехпроводный разъем и подключены к сетевому сканеру на ПЛК. На самом низком уровне мы находим, что CAN работает в рамках протокола DeviceNet. На следующем рисунке показан ПЛК, сканирующий сеть промышленных устройств, обменивающихся данными через DeviceNet.
Кадры сообщений CAN
Так как же на самом деле выглядит сообщение CAN? В первоначальном стандарте ISO изложено то, что называется стандартом CAN. Стандарт CAN использует 11-битный идентификатор для разных сообщений, что в сумме составляет 211, т. е. 2048, разных идентификаторов сообщений. CAN был позже изменен; идентификатор был расширен до 29 бит, что дало 229 идентификаторов. Это называется расширенной шиной CAN. CAN использует мультимастерную шину, где все сообщения транслируются по всей сети. Идентификаторы обеспечивают приоритет сообщения для арбитража.
CAN использует дифференциальный сигнал с двумя логическими состояниями, называемыми рецессивным и доминантным. Рецессивный указывает, что дифференциальное напряжение меньше минимального порогового напряжения. Доминантный указывает, что дифференциальное напряжение больше, чем этот минимальный порог. Интересно, что доминантное состояние достигается путем передачи логического уровня «0» на шину, в то время как рецессивное состояние достигается с помощью логического уровня «1». Это инверсия от традиционных высоких и низких логических значений, используемых в большинстве систем. Эти два состояния будут подробно описаны далее. Важно то, что доминантное состояние приоритетнее рецессивного в арбитраже.
Стандартный кадр CAN
Стандартный кадр сообщения CAN состоит из нескольких битовых полей. Они показаны на следующем рисунке.
Первый бит – это начало кадра (SOF). Этот доминирующий бит представляет начало сообщения CAN. Далее идет 11-битный идентификатор, который устанавливает приоритет сообщения CAN. Чем меньше идентификатор, тем выше приоритет сообщения.
Бит запроса удаленной передачи (RTR) обычно является доминантным, но он становится рецессивным, когда один узел запрашивает данные у другого. Бит расширения идентификатора (IDE) является доминантным, когда отправляется стандартный кадр CAN, а не расширенный. Бит r0 зарезервирован и в настоящее время не используется. Кусок кода длины данных (DLC) показывает, сколько байтов данных содержится в этом сообщении.
Далее идут сами данные, представляющие собой столько байтов, сколько представлено в битах DLC. Циклическая проверка избыточности (CRC) – это 16-битная контрольная сумма для обнаружения ошибок в передаваемых данных. Если сообщение принято правильно, принимающий узел перезаписывает рецессивный бит подтверждения (ACK) доминантным битом. ACK также содержит бит-разделитель для синхронизации. Конец кадра (EOF) означает конец сообщения CAN и имеет ширину 7 бит для обнаружения ошибок вставки битов. Последняя часть сообщения CAN – это межкадровое пространство (IFS), используемое в качестве временной задержки. Эта временная задержка точно соответствует времени, необходимому контроллеру CAN для перемещения полученного сообщения в буфер для дальнейшей обработки.
Расширенный кадр CAN
Расширенный кадр сообщения CAN использует 29-битный идентификатор вместе с несколькими дополнительными битами.
Расширенное сообщение имеет заменяющий бит удаленного запроса (SRR) после 11-битного идентификатора, который действует как заполнитель для сохранения той же структуры, что и стандартный CAN. На этот раз расширение идентификатора (IDE) должно быть рецессивным, что указывает на то, что за ним следует расширенный идентификатор. Бит RTR находится после 18-битного идентификатора, за ним следует второй резервный бит r1. Остальная часть сообщения остается прежней.
Типы сообщений CAN
Теперь, когда вы знаете, как выглядит сообщение CAN, вам может быть интересно, какие сообщения передаются по шине. CAN допускает четыре разных типа сообщений. Это кадр данных, удаленный кадр, кадр перегрузки и кадр ошибок.
Стандартный кадр данных CAN использует идентификатор, данные и код длины данных, проверку циклическим избыточным кодом и биты подтверждения. Оба бита RTR и IDE являются доминирующими в кадрах данных. Если рецессивный бит подтверждения на принимающей стороне перезаписан доминантным битом, и передатчик, и приемник распознают это как успешную передачу.
Удаленный кадр CAN выглядит аналогично кадру данных, за исключением того факта, что он не содержит никаких данных. Он отправляется с битом RTR в рецессивном состоянии; это указывает на то, что это удаленный кадр. Удаленные кадры используются для запроса данных от узла.
Когда узел обнаруживает ошибку в сообщении на шине CAN, он передает кадр ошибки. Это приводит к тому, что все другие узлы отправляют кадр ошибки. После этого узел, где произошла ошибка, повторно передает сообщение. Кадр перегрузки работает аналогично, но используется, когда узел получает кадры быстрее, чем он может их обработать. Этот кадр обеспечивает временной буфер, чтобы узел мог догнать.
Арбитраж и сигналы на шине CAN
CAN – это протокол CSMA/CD, означающий, что каждый узел на шине может обнаруживать коллизии и откатываться на определенное время перед попыткой повторной передачи. Это обнаружение коллизий достигается посредством арбитража приоритетов на основе идентификаторов сообщений. Прежде чем обсудить арбитраж, давайте подробнее рассмотрим доминантные и рецессивные биты, используемые на шине CAN.
Интересным аспектом шины CAN является то, что она использует инвертированную форму логики с двумя состояниями: доминантным и рецессивным. На рисунке ниже показана упрощенная версия вывода и ввода CAN-трансивера. Поток битов ‘101’ поступает с / идет на CAN-контроллер и / или микроконтроллер. Обратите внимание, что когда контроллер отправляет поток битов, они дополняются и помещаются в линию CANH. Линия CANL всегда является дополнением CANH. Чтобы арбитраж работал, устройство CAN должно отслеживать как то, что оно отправляет, так и то, что в данный момент находится на шине, то есть то, что оно получает.
Как упоминалось ранее, чем меньше 11-битный идентификатор, тем выше приоритет сообщения. Каждый бит, который передает узел, он контролирует. Таким образом, узел обнаруживает, что сообщение с более высоким приоритетом размещается на шине. В тот момент, когда узел отправляет рецессивный бит, но обнаруживает доминантный бит на шине, он «отступает». Это называется неразрушающим арбитражем, потому что «победившее» сообщение продолжает передаваться без каких-либо проблем. Обратите внимание, что рецессивная логика «1» проигрывает доминантной логике «0». Это имеет смысл, поскольку более низкое значение идентификатора представляет более высокий приоритет. Чтобы лучше понять, что это значит, взгляните на следующий рисунок, на котором показаны три узла на шине CAN, пытающиеся получить контроль. Важно помнить, что каждый раз, когда отображается рецессивный бит, контроллер отправляет «1», в то время как доминантные биты соответствуют отправке «0».
Узлы 1–3 все посылают поток битов. Этот поток битов представляет идентификаторы сообщений и их приоритет. Для начала все три узла отправляют «1», который представлен на шине CAN как рецессивный бит. Затем каждый узел отправляет «0» или доминанатный бит. Третий бит, помещенный в шину – это еще один бит «1» или рецессивный бит. На этом этапе ни один из узлов не обнаружил никакого конфликта с другим узлом на шине, поэтому они продолжают передавать.
Для четвертого бита узел 1 отправляет «0» или доминантный бит. Узел 2 передает рецессивный бит, но обнаруживает доминантный бит на шине. Он немедленно «отступает», зная, что в данный момент отправляется сообщение с более высоким приоритетом. Узел 3 продолжает передачу, поскольку он считывает тот же доминантный бит, который он передал. Когда пятый бит помещается в шину, узел 3 затем распознает, что он имеет более низкий приоритет, и прекращает передачу. И узел 2, и узел 3 ждут определенное количество времени, прежде чем пытаться снова. Это показано в правой части рисунка, где выиграл арбитраж узел 3. Как видите, логический бит «0», соответствующий младшему идентификатору сообщения, позволяет проводить арбитраж.
Заключение
В этой статье были представлены основные принципы работы шины CAN. CAN – это надежная шина последовательной связи, используемая в основном в автомобильной и промышленной среде. CAN использует дифференциальный сигнал, что делает ее более устойчивой к шуму, а также схему арбитража приоритетов для неразрушающей передачи сообщений. CAN отлично подходит для встраиваемых приложений, которые работают в опасных средах или областях с большим количеством электромагнитных помех.