CAN поддерживается все большим количеством фирм-производителей средств промышленной автоматизации (например, в Германии, родине трёх популярных промышленных сетей: Profibus, Interbus-S и CAN, – последняя вышла на первое место), практически всеми автомобилестроителями и начинает активно использоваться в военной технике.
Основные предпосылки для этого следующие.
Зрелый стандарт. Протокол CAN уже более 10 лет активно используется во всем мире. Он показал свою качественность и надежность. Сейчас на рынке представлены тысячи различных CAN-изделий. CAN поддерживается развитой системой инструментальных средств, позволяющих быстро и легко проектировать CAN-сети.
Аппаратная поддержка протокола. Протокол CAN реализован в кремнии, что позволяет быстро проектировать высокоэффективные, высокоскоростные, высоконадежные и в то же время дешевые системы. Так компания Microchip собирается продавать свой автономный CAN-контроллер MCP2510 по цене $3, а он же, интегрированный в PIC-контроллер, – $6.
Различная среда передачи. Основная среда передачи в CAN-сетях – витая пара. Но CAN может также работать только на одном проводе (второй провод – корпус). Имеются системы, использующие в качестве среды передачи коаксиальный кабель, оптоволоконные, ИК- и радиоканалы, силовые линии электропередачи. CAN может работать на физическую среду RS-485.
Превосходная обработка ошибок. Помимо высоконадежного алгоритма передачи и обработки ошибок, протокол CAN имеет механизм, позволяющий отключать удаленный узел и тем самым не допускать блокирование сети.
Хорошая поддержка систем реального времени. Использование глобальных часов, широковещательный (broadcast) способ передачи сообщений, мультимастерность (multiMaster) позволяет создавать полностью синхронные системы.
Хорошая поддержка систем, управляемых событиями. Так как все CAN-узлы слушают все сообщения, проходящие по сети, просто реализуются приложения, управляемые событиями.
Ориентирован на распределенные системы управления. Протокол CAN очень хорошо подходит для построения территориально-распределенных систем управления. Используемый метод арбитража для определения приоритета сообщения и широковещательная передача позволяют просто и оптимально проектировать такие системы.
Краткие технические характеристики CAN-протокола приведены в таблице 1.
Таблица 1.1 – Технические характеристики CAN-протокола
Параметр
CAN
Топология
Шина (моноканал) с терминаторами на концах
Длина шины
Типовые – 40 метров при скорости передачи 1Мбит/сек, до 10 000 метров при уменьшении скорости передачи до 5 Кбит/сек
Стандартизированная – максимум 1 Мбит/сек на длине 40 метров; возможно – 1,6 Мбит/сек на лине 10 метров
Режим передачи
Последовательная асинхронная передача данных, возможность multiMaster, групповая передача, NRZ кодирование с битстаффингом
Доступ к шине
CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Arbitration), захват шины через приоритет фрейма, встроенный арбитраж на битовом уровне, недеструктивный алгоритм
Тип выхода
В соответствии с ISO/IS 11898
Число возможных узлов
Неограниченно (теоретически), до 127 на сегменте (практически), просто подключаются (plug&play)
Возможность
Real-Time
Зависит от максимально допустимой задержки для сообщения с высоким приоритетом, реально < 120 μсек для 1Мбит/сек
Высокая надежность
Обеспечивается через: обнаружение ошибки, обработку ошибки, локализацию ошибки. Расстояние Хемминга = 6. Одна необнаруживаемая ошибка за 1 000 лет. Высокий иммунитет к электромагнитным помехам.
Обнаружение ошибки
Каждый CAN-контроллер выполняет мониторинг своего передатчика и всех приемников, 15-битовая CRC, все участвуют в проверке выполнения битстаффинга и целостности фрейма
Обработка ошибки
Все непосредственно участвуют в подтверждении правильности приема фрейма и маркировке неправильного фрейма
Локализация ошибки
Различает ситуации между фиксированными ошибками и временной ошибкой (помеха). Фиксированная ошибка автоматически отключает CAN-узел. Возможно автоматическое подключение.
Протокол 7 уровня:
CAL, CANopen, DeviceNet, SDS, CAN Kingdom, SeleCAN, SAE J1939
Протокол 2-1 уровня:
ISO 11898, ISO 11519-2, SAE J2284, SAE J2411
Область применения
Транспорт, промышленная автоматика, робототехника, медицина, авиация, морской транспорт, военная техника, космические станции и спутники.
Аппаратная поддержка
Motorola, Philips, Siemens, NEC, Microchip, Mitsubishi, Intel, Fujitsu, Toshiba, ST Microelectronics, Thomson, Texas Instruments, Hitachi, National Semiconductor, Temic, …
