Présentation du bus CAN
Le bus CAN a été développé par BOSCH, une société allemande célèbre pour la R&D et la production de produits électroniques automobiles, et est finalement devenu une norme internationale (ISO11519). Il s’agit de l’un des bus de terrain les plus utilisés au monde. Le bus CAN est un système de bus multimaître.
Les systèmes de bus traditionnels tels que USB ou Ethernet réalisent la transmission de grandes quantités de données du nœud A au nœud B sous la coordination d'un contrôleur de bus. Les messages du réseau CAN sont diffusés, c'est-à-dire que les données détectées par tous les nœuds du réseau en même temps sont cohérentes. Il s'agit d'un bus de communication série basé sur le mode de diffusion de messages.
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Types courants de topologie de bus CAN
Il existe 4 types courants de topologie de bus CAN, à savoir : la topologie linéaire, la topologie en étoile, la topologie arborescente et la topologie en anneau. Étant donné que la ligne de distribution du bus CAN est affectée par des facteurs tels que l'environnement et les produits, le phénomène de branches trop longues/trop nombreuses du bus apparaît dans le câblage sur site. Lorsque le bus système est trop long, la ligne est trop longue. Cela entraînera des changements soudains d'impédance, ou une discontinuité d'impédance, et il y aura des pas de front montant et descendant, ce qui peut facilement conduire à une identification erronée lors de l'identification logique. Cela entraîne un désalignement de la largeur de bit et les nœuds reçoivent des informations incorrectes.
"En tant que fournisseur et usine de modules de communication CAN2.0 en Chine, CDEBYTE se concentre sur la fourniture en gros de convertisseurs CAN en ligne. La série CAN couvre le convertisseur CAN vers WIFI double canal, le convertisseur CAN vers RS485/RS232/RS422, le convertisseur CAN vers fibre optique et le convertisseur CAN vers USB. La série ECAN est un petit produit de conversion de protocole intelligent développé indépendamment par CDEBYTE. Le produit prend en charge la configuration de la commande AT série et les paramètres et modes de fonctionnement du périphérique de configuration de l'ordinateur hôte et prend en charge cinq modes de conversion de données, y compris la conversion transparente, la conversion transparente avec logo, la conversion de protocole, la conversion Modbus RTU et défini par l'utilisateur (utilisateur). "
Topologie de bus linéaire :
La topologie de bus linéaire est la structure la plus simple du bus CAN. Dans cette topologie, tous les nœuds CAN sont connectés à un bus principal et chaque nœud communique via le bus. Ce type de topologie convient aux réseaux de petite à moyenne taille où le nombre de nœuds est limité. Ses principales caractéristiques sont un faible coût et une maintenance facile. Cependant, les topologies linéaires peuvent entraîner une latence de communication accrue, car les nœuds doivent attendre que d'autres nœuds sur le bus terminent la communication.
Topologie de bus en étoile :
La topologie de bus en étoile connecte tous les nœuds CAN à un hub ou un commutateur central. Chaque nœud est connecté à un hub et non directement aux autres nœuds. Cette topologie offre une meilleure gestion et isolation du réseau car chaque nœud peut se connecter et se déconnecter indépendamment sans perturber l'ensemble du réseau. Il est souvent utilisé dans les grands réseaux CAN pour réduire les délais de communication dans les topologies linéaires.
Topologie de bus arborescent :
La topologie en bus arborescent est une structure hybride qui combine la topologie linéaire et la topologie en étoile. Il permet de créer plusieurs sous-réseaux, chacun pouvant avoir sa propre topologie linéaire ou en étoile, puis de les connecter entre eux via un ou plusieurs hubs. Cette topologie convient aux réseaux CAN vastes et complexes et offre une plus grande flexibilité pour mettre en œuvre différents types de communication entre différentes parties.
Topologie du bus en anneau :
La topologie de bus en anneau est une combinaison de différentes topologies pour répondre aux besoins spécifiques du réseau. Cette topologie peut inclure une combinaison de structures linéaires, en étoile, arborescentes ou autres pour mieux répondre aux besoins de communication. L’avantage d’une architecture de bus hybride est qu’elle peut être personnalisée en fonction des besoins réels pour offrir des performances et une fiabilité optimales.
Il est clairement stipulé dans IOS11898-2 que sous la condition d'un débit en bauds de 1 M, la longueur maximale de la branche CAN est de 0,3 mètre à 1 Mbps. Nous devrions donc développer des spécifications pour la plus longue distance de branchement, basées sur différents débits en bauds. En principe : la somme des longueurs de branchement + longueur de ligne réseau < longueur limite de transmission du bus (longueur limite * 0,7) est utilisée. La somme des branches ne dépasse généralement pas 30 % de la longueur totale.
Exigences matérielles du bus CAN :
Les systèmes de bus CAN nécessitent des composants matériels spécifiques pour garantir que les nœuds peuvent transmettre et recevoir des données sur le bus. Voici les principaux aspects des exigences matérielles du bus CAN :
Puce de contrôleur CAN : chaque nœud CAN nécessite une puce de contrôleur CAN pour gérer l'envoi et la réception de trames de données. La puce intègre généralement les fonctions de base du protocole CAN, notamment l'assemblage et l'analyse des trames, la détection et la retransmission des erreurs, etc.
Convertisseur de couche physique : les caractéristiques de la couche physique du bus CAN impliquent généralement des changements dans les niveaux de tension. Un convertisseur de couche physique est donc nécessaire pour garantir que le signal s'adapte aux caractéristiques électriques du bus. Ces convertisseurs sont généralement des convertisseurs de signal différentiels, utilisés pour convertir le signal asymétrique du nœud en signal différentiel du bus CAN.
Résistance terminale : des résistances terminales sont généralement nécessaires aux deux extrémités du bus CAN pour éliminer la réflexion du signal et assurer la transmission correcte du signal. Ces résistances de terminaison sont connectées aux deux extrémités du bus et mesurent généralement 120 ohms.
Alimentation électrique appropriée : les nœuds CAN nécessitent une alimentation électrique appropriée pour leur fonctionnement. Cela inclut les exigences de tension et de courant pour garantir le bon fonctionnement du nœud.
Connecteurs et câbles appropriés : Afin de connecter les nœuds au bus CAN, des connecteurs et des câbles appropriés sont nécessaires. Ceux-ci doivent être capables de connecter physiquement les nœuds et de fournir une connexion électrique fiable.
Gestion du réseau bus CAN :
Pour les grands réseaux de bus CAN, une gestion efficace du réseau est cruciale pour garantir la stabilité et la fiabilité du réseau. Voici quelques aspects clés liés à la gestion du réseau de bus CAN :
Attribution des nœuds et gestion des adresses : dans le réseau bus CAN, chaque nœud doit se voir attribuer une adresse unique. Les administrateurs réseau sont responsables de l'attribution et de la gestion de ces adresses afin de garantir l'absence de conflits et de confusion.
Gestion de la vitesse de communication et de la bande passante : la vitesse de communication et la bande passante doivent être gérées en fonction des besoins du réseau. Cela inclut la sélection de la vitesse du bus CAN appropriée pour répondre aux exigences de transfert de données.
Détection des pannes et dépannage : la gestion du réseau implique également la détection et le dépannage des pannes. Cela inclut la surveillance de l'état des nœuds, la détection des trames d'erreur et la prise de mesures pour gérer les nœuds défaillants.
Gestion de la sécurité : Avec l'application croissante du bus CAN dans l'automobile et dans d'autres domaines, la gestion de la sécurité est devenue particulièrement importante. Les administrateurs réseau doivent prendre des mesures pour garantir que le réseau n'est pas vulnérable aux attaques malveillantes ou aux accès non autorisés.
Optimisation des performances : pour des performances optimales, la gestion du réseau peut impliquer l'ajustement des paramètres du réseau tels que la vitesse de communication, la priorité des messages et le filtrage des messages.
Comment résoudre le problème du bus CAN trop long
(1) Réduire la longueur des branches
Pour résoudre le problème d'un bus CAN trop long à partir de la racine, il s'agit de réduire la longueur de branche des nœuds CAN, réduisant ainsi la réflexion du signal et assurant la stabilité de la largeur de bit. La méthode standard de câblage d'interface standard « main dans la main » peut être utilisée pour minimiser la longueur des branches afin de réduire le problème de longueur des branches.
(2) Ajoutez des résistances appropriées aux longues branches
Lorsque nous ne pouvons pas modifier la disposition du réseau, une réflexion du signal provoquée par un trop grand nombre de branches existe forcément. La méthode la plus simple et la plus pratique consiste à enchaîner des résistances aux extrémités de longues branches pour éliminer les réflexions du signal. Cependant, la tension différentielle diminuera après l'ajout d'une résistance. Notez que la tension différentielle ne doit pas être inférieure à 0,9 V.
(3) Ajouter un relais ou un hub CAN
Dans de nombreuses situations, lorsque nous ne pouvons plus modifier la longueur des branches et connecter des résistances en série dans les branches, nous pouvons utiliser des relais CANBridge ou des hubs CANHub. Les équipements réseau tels que les hubs CANHub sont ramifiés. Chaque canal de ces appareils dispose d'un contrôleur CAN indépendant, de sorte que chaque section peut être transformée en une topologie linéaire indépendante pour faciliter la construction.