Controller Area Network: differenze tra le versioni

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Il '''Controller Area Network''', noto anche come '''CAN-bus''', è uno standard [[Porta seriale|seriale]] per [[Bus (informatica)|bus]] di campo (principalmente in ambiente automotive), di tipo [[multicast]], introdotto negli [[anni 1980|anni ottanta]] dalla [[Robert Bosch GmbH]], per collegare diverse [[Unità di controllo elettronico (elettromeccanica)|unità di controllo elettronico]] (ECU). Il CAN è stato espressamente progettato per funzionare senza problemi anche in ambienti fortemente disturbati dalla presenza di [[onde elettromagnetiche]] e può utilizzare come [[mezzo trasmissivo]] una linea a differenza di potenziale bilanciata come la [[RS-485]]. L'immunità ai disturbi EMC può essere ulteriormente aumentata utilizzando cavi di tipoa [[twisteddoppino pair]] (''ritorto|doppino intrecciato'')]].

Sebbene inizialmente applicata in ambito [[automotive]], come bus per autoveicoli, attualmente è usata in molte applicazioni industriali di tipo [[Sistema embedded|embedded]], dove è richiesto un alto livello di immunità ai disturbi. Il [[bit rate]] può raggiungere {{M|1 |u=Mbit/s}} per reti lunghe meno di {{M|40 |u=m}}. Velocità inferiori consentono di raggiungere distanze maggiori (ad es. {{M|125 |u=kbit/s}} per {{M|500 |u=m}}). Il protocollo di comunicazione del CAN è standardizzato come ISO 11898-1 (20032015). Questo standard descrive principalmente lo strato (''layer'') di scambio dati (''data link layer''), composto dallo strato sottostante (''sublayer'') "logico" (''Logical Link Control, LLC'') e dallo strato sottostante del ''Media Access Control, (MAC)'' e da alcuni aspetti dello strato "fisico" (''physical layer'') descritto dal modello [[ISO/OSI]] (''ISO/OSI Reference Model''). I protocolli di tutti gli altri layer sono lasciati alla libera scelta del progettista della rete.

== Trasmissione dati ==

Il CAN trasmette dati secondo un modello basato su [[Bit (informatica)|bit]] "dominanti" e "recessivi", in cui i bit dominanti sono gli '''0''' ''logici'' ede i bit recessivi sono gli '''1''' ''logici''. Se un nodo trasmette un bit dominante ede un altro un bit recessivo, allora il bit "dominante" "vince" fra i due (realizzando una combinazione [[Algebra di Boole|AND logico]]).

{| style="margin-left:auto; margin-right:auto;"

{| align="center" cellpadding="20" border="0"

|colspan="2"|+ '''[[Tabella della verità]] dei bit dominanti/recessivi (AND logico):'''

|-

|-

|colspan="2"| '''[[Tabella della verità]] dei bit dominanti/recessivi (AND logico)'''

{| class="wikitable" style="margin-left:auto; margin-right:auto;"

|+ ''<center>Stato del bus quando due nodi trasmettono</center>''

|-

! !! dominante !! recessivo

| ''<center>Stato del bus quando due nodi trasmettono</center>''

{| align="center" border="1" cellpadding="10"

|-

|! || '''dominante''' || '''recessivo'''

| ''dominante'' || '''''dominante''''' || ''dominante''

|-

! recessivo

| ''dominante'' || '''''dominante''''' || ''dominante''

| ''recessivo'' || '''dominante''' || '''''recessivo'''''

|-

| ''recessivo'' || '''dominante''' || '''''recessivo'''''

|}

|

|| ''<center>OR logico</center>''

{| class="wikitable" style="margin-left:auto; margin-right:auto;"

{| align="center" border="1" cellpadding="10"

|+ AND logico

|-

|! !! ||0|| !! 1

|-

|0||0||! 0

| 0 || 0

|-

|! 1|
| 0 || 1

|}

|}

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Con questa tecnica, quando viene trasmesso un bit recessivo, e contemporaneamente un altro dispositivo trasmette un bit dominante, si ha una collisione, e solo il bit dominante è visibile in rete (tutte le altre collisioni sono invisibili). In pratica avviene che un bit dominante è "asserito" dalla generazione di una tensione fra i conduttori, mentre un bit recessivo è semplicemente ignorato. Si è così sicuri che ogni volta che si impone una differenza di potenziale, tutta la rete la rileva, e quindi "sa" che si tratta di un bit dominante.

Solitamente, quando usata in un bus differenziale, si applica lo schema [[CSMA/BA]] ''(Carrier Sense Multiple Access/Bitwise Arbitration)'': se due o più dispositivi inizianoincominciano a trasmettere contemporaneamente, si applica un meccanismo di arbitrato basato sulla priorità per decidere a quale dispositivo permettere di proseguire la trasmissione. Durante la trasmissione, ogni nodo in trasmissione controlla lo stato del bus e confronta il bit ricevuto con il bit trasmesso. Se un bit dominante è ricevuto mentre un bit recessivo è trasmesso il nodo interrompe la trasmissione (ossia ''perde l'arbitrato''). L'arbitrato è eseguito durante la trasmissione del pacchetto dei dati di identificazione del nodo. I nodi che inizianoincominciano contemporaneamente a trasmettere inviano un ID dominante a 0 binario, che iniziaincomincia con il bit alto. Non appena il loro ID è rappresentato da un numero più grande (quindi a priorità minore) i nodi stessi inviano un bit 1 (recessivo) ede aspettano la risposta di uno 0 (dominante), quindi interrompono la trasmissione. Al termine dell'invio degli ID, tutti i nodi sono tornati allo stato di OFF, ede il messaggio con la priorità corrente massima può liberamente transitare.

== I frame ==

Tutti i frame (detti anche "messaggi") inizianoincominciano con un bit di "start-of-frame" (SOF).

I frame del CAN possono essere di quattro tipi:

* '''Data frame''': frame contenente i dati che il nodo trasmette.

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Lo standard CAN ''deve'' obbligatoriamente riconoscere il formato ''base frame'' e ''può'' opzionalmente riconoscere il formato ''extended frame format'' (che, tuttavia, deve essere tollerato).

Il CAN ''base'' permette 2¹¹ = {{formatnum:2048}} tipi di messaggi diversi, ma da specifiche Bosch se ne possono usare solo {{formatnum:2031}}. Nella versione ''extended'' si possono avere fino a 2²⁹ = 536&nbsp;870&nbsp;912{{formatnum:536870912}} tipi di messaggi.

==== Formato del Base frame ====

Il formato del baseBase frame ha la seguente struttura:

{| class="wikitable"

Line 61 ⟶ 66:

! Nome del campo !! Lunghezza (numero di bit) !! Funzione

|-

| Start-of-frame || 1 || Indica l'avvio della sequenza di trasmissione

|-

| Identificatore || 11 || Identificatore (unico) dei dati

|-

| Richiesta remota di trasmissione (RTR) || 1 || Deve essere un bit dominante

|-

| Bit aggiuntivo di identificazione (IDE) || 1 || Deve essere un bit dominante

|-

| Bit riservato (r0) || 1 || Riservato

|-

| Codice di lunghezza dati (DLC) || 4 || Numero di byte per codificare ciascun dato (0-8 byte)

|-

| Campo dati || 0-8 byte || Dati da trasmettere (la lunghezza è specificata dal campo DLC)

|-

| CRC || 15 || [[Controllo di parità a ridondanza]]

|-

| delimitatore CRC || 1 || Deve essere un bit recessivo

|-

| Slot ACK || 1 || Il trasmettitore invia un bit recessivo e ogni ricevitore può confermare la ricezione con un bit dominante

|-

| Delimitatore ACK || 1 || Deve essere un bit recessivo

|-

| End-of-frame (EOF) || 7 || Devono essere bit recessivi

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! Nome del campo !! Lunghezza (numero di bit) !! Funzione

|-

| Start-of-frame || 1 || Indica l'avvio della sequenza di trasmissione

|-

| Identificatore A || 11 || Prima parte dell'identificatore (unico) dei dati

|-

| Richiesta remota sostitutiva (SRR) || 1 || Deve essere un bit recessivo

|-

| Bit aggiuntivo di identificazione (IDE) || 1 || Deve essere un bit recessivo

|-

| Identificatore B || 18 || Seconda parte dell'identificatore (unico) dei dati

|-

| Richiesta remota di trasmissione (RTR) || 1 || Deve essere un bit dominante

Line 112 ⟶ 117:

| Codice di lunghezza dati (DLC) || 4 || Numero di byte del dato (0-8 byte)

|-

| Campo dati || 0-8 byte || Dati da trasmettere (lunghezza specificata dal campo DLC)

|-

| CRC || 15 || [[Controllo di parità a ridondanza]]

|-

| Delimitatore CRC || 1 || Deve essere un bit recessivo

|-

| Slot ACK || 1 || Il trasmettitore invia un bit recessivo e ogni ricevitore può confermare la ricezione con un bit dominante

|-

| Delimitatore ACK || 1 || Deve essere un bit recessivo

|-

| End-of-frame (EOF) || 7 || Devono essere bit recessivi

Line 131 ⟶ 136:

Il Remote Frame è identico al Data Frame, eccetto che:

* il bit RTR posto allo stato di bit recessivo,

* il campo lunghezza dati contiene il numero di frameByte (relativi al payload del pacchetto) richiesti dalal data frame.

=== Error Frame ===

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:2. Viene rilevato un bit dominante durante un intervallo nella trasmissione.

Un overload frame dovuto al caso 1 è consentito solo per essere avviato al momento del primo bit di un intervallo previsto, mentre un overload frame dovuto al caso 2 iniziaincomincia un bit dopo aver rilevato il bit dominante. L'Overload Flag è costituito da sei bit dominanti (tutti pari a 0). La forma complessiva è come quella di un active error flag, che azzera i campi intervalli. Conseguentemente, anche gli altri nodi della rete rilevano una condizione di overload e trasmettono un overload flag. L'overload Delimiter è costituito da [[8 bit]] recessivi (tutti pari a 1) e ha la stessa forma di un "delimitatore di errore" (''Error Delimiter'').

== Bit stuffing ==

Consiste nell'inserire un bit di valore opposto dopo cinque bit consecutivi dello stesso valore. Questa pratica è chiamata ''bit stuffing'' (letteralmente ''riempimento di bit''), ed è necessaria a causa della codifica utilizzata nel frame, di tipo [[Codifica di linea|NRZ]] (''Non Return to Zero''), che in caso di valori consecutivi uguali mantiene lo stesso valore di tensione e non genera transizioni utili a risincronizzare i dispositivi comunicanti. I frame sottoposti a questa operazione vengono poi "decodificati" dal ricevitore, che rimuove i bit precedentemente inseriti. Di conseguenza, quando vengono ricevuti sei bit uguali consecutivi dello stesso valore (111111 oppure 000000), essi vengono considerati un errore. Il ''bit stuffing'' implica che i frame dati trasmessi possono essere più grandi di quelli che ci si potrebbe aspettare dall'applicazione delle tabelle soprariportate.

== Standard ISO applicabili ==

* '''ISO 11898-2:2003''': CAN ad alta velocità

* '''ISO 11898-3:2006''': CAN [[fault-tolerant]] (a bassa velocità)

* '''ISO 11992-1:2003''': CAN fault-tolerant per autoveicoli

* '''ISO 11898-5:2007:''': CAN alta velocità/low-powerselective (layer fisico)wake-up

* '''SAE J2411''': CAN single-wire CAN (SWC)

Lo standard '''ISO 11898-2''' utilizza per i segnali una [[linea bilanciata]] a due fili. È il layer fisico più usato in applicazioni per autotrazione e controlli industriali.

Lo standard '''ISO 11898-4''' definisce il tipo di comunicazione del CAN detto ''time-triggered'' (TTCAN), basato su un protocollo di layer fornito di un orologio di sistema per schedulare l'inoltro dei messaggi.

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== Voci correlate ==

* [[Bus (informatica)]]

== Altri progetti ==

{{interprogetto}}

== Collegamenti esterni ==

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* {{cita web|http://www.can-wiki.info/|CAN-Wiki|lingua=en}}

* {{cita web|http://www.can-cia.org/|CAN nell'automazione (CiA) Gruppo internazionale utilizzatori e costruttori|lingua=en}}

* {{cita web|1=http://www.launch-techs.com/Support/Info/can-bus.htm|2=CAN DATA BUS della Mercedes Benz|lingua=en|accesso=5 febbraio 2006|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20060301143401/http://www.launch-techs.com/Support/Info/can-bus.htm|dataarchivio=1 marzo 2006|urlmorto=sì}}

* {{cita web|1=http://www.yamar.com/DCAN250.html|2=CAN-BUS per controllo veicoli|lingua=en|accesso=5 febbraio 2006|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20060311085648/http://www.yamar.com/DCAN250.html|dataarchivio=11 marzo 2006|urlmorto=sì}}

* {{cita web|1=http://www.interfacebus.com/Design_Connector_CAN.html|2=Descrizione dell'interfaccia CAN Bus, Pin Out e nomi dei segnali|lingua=en|accesso=5 febbraio 2006|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20060205025135/http://www.interfacebus.com/Design_Connector_CAN.html|dataarchivio=5 febbraio 2006|urlmorto=sì}}

* {{cita web|httphttps://wwwtraining.cancapturedewesoft.com/online/course/automotive-buses-can-measurement|ExampleCAN ofBus and CAN NetworkFD AnalysisData ToolAcquisition and Analysis|lingua=en}}

* {{cita web|http://www.canlist.org|Piattaforma indipendente di discussione CANLIST|lingua=en}}

{{Bus computer}}