BusCAN Protocolo SAE J1939

“ELECTRÓNICA DEL AUTOMÓVIL” CURSO ACADÉMICO ACADÉMICO 2010-2011 2010-20 11

BUS CAN Y J1939

DINÁMICA DE VEHÍCULOS Manuel Moreno FERMÍN SONEIRA

BUS CAN Y J1939

Índice • • • • • • • •

Motivación Defi efinici icione ones e Histor toria Conceptos Básicos Hardware / Software Aplicaciones Otros Buses ses de de Co Comunicaci cacióón Bibliografía J1939

Manuel Moreno

ELECTRÓNICA DEL AUTOMÓVIL

25/03/11

BUS CAN Y J1939

Índice • • • • • • • •

Motivación Defi efinici icione ones e Histor toria Conceptos Básicos Hardware / Software Aplicaciones Otros Buses ses de de Co Comunicaci cacióón Bibliografía J1939

Manuel Moreno


25/03/11

BUS CAN Y J1939

Motivación • Deman Demanda da crec crecie ient ntee de de elec electr trón ónica ica en el auto automó móvil vil (exigencias en normativas de contaminación, mayores prestaciones de seguridad, confort, multimedia…) • Gest Gestió iónn elec electr trón ónic ica, a, ABS ABS,, ESP ESP,, Airb Airbag, ag, EP EPB, B, etc etc.,., son son típicos ejemplos de unidades electrónicas de control (ECUs) que actualmente se incluye de serie en los vehículos. • A med medida ida que que aum aument entaa el el núm número ero de pres presta taci cione oness de de un un automóvil se plantea la posibilidad de realizar un control distribuido en lugar de un control centralizado. Manuel Moreno


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Manuel Moreno


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Motivación • El bus CAN nace como un mecanismo para compartir información entre las electrónicas (ECUs) del vehículo, lo cual permite:  Reducir el cableado del vehículo.  Reducir el número de sensores.  Reducir el tiempo en la detección y reparación de averías.  Facilitar la ampliación de la electrónica en nuevas versiones.  En definitiva, reducir el coste total. Manuel Moreno


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Control distribuido ECU 1

ECU 3

BUS de Comunicaciones

ECU 2

Manuel Moreno


ECU n

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Definiciones e Historia • CAN (Controller Area Network), bus digital inventado por Robert Bosch en 1982 como bus de campo (i. proceso). • El Mercedes Clase E fue el primer coche en incorporar el bus CAN, 10 años después (1992). • Diseñado para permitir la comunicación fiable entre ECUs (“Electronic Control Unit”) y reducir cableado. • En Europa se ha convertido en un estándar “de facto”, con carácter internacional y documentado por normas ISO (ISO-11898 ). • Ventajas: reducción de costes, mejora flexibilidad, mantenimiento y verificación de averías. Manuel Moreno


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Conceptos básicos • El bus CAN es un protocolo serie asíncrono del tipo CSMA/CD (“Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection”). • El bus es un medio compartido (multiplexado). • Se trata de un protocolo “Multicast”, es decir, todo el mundo puede hablar (de uno en uno) y escuchar. • “CSMA”: cada nodo de la red debe monitorizar el bus y si detecta que no hay actividad, puede enviar un mensaje. • “CD”: si 2 nodos de la red comienzan a transmitir un mensaje, ambos detectan la colisión. Un método de arbitración basado en prioridades resuelve el conflicto. Manuel Moreno


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Hardware/Nivel Físico • Se utiliza un par de cables trenzados (bus diferencial) para ser inmune a las interferencias electromagnéticas (EMIs). En camiones está apantallado, pero en los coches no (Tacaños!). • Resistencias terminadoras (típicamente de 120Ω) al principio y al final del bus evitan reflexiones y ruido en el bus (antenas). • Longitud máxima de 1000m (a 40Kbps). • Velocidad máxima de 1Mbps (con una longitud de 40m) • En los coches se utiliza a 125kbit/s y a 500kbit/s. Manuel Moreno


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Manuel Moreno


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Implementación Física 0-5V TX

CAN LOW TX

1.5V – 3.5V

0-5V

CAN HIGH

RX

RX

Nodo 1 (ECU)

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Nodo 2 (ECU)


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Niveles de Tensión Vbus CAN HIGH

3.5V 2.5V 1.5V

CAN LOW Bit dominante “0” lógico

Manuel Moreno

Bit recesivo “1” lógico


t

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CAN HIGH CAN LOW CAN HIGH – CAN LOW

Formas de onda en un bus CAN real. CAN HIGH, CAN LOW y la diferencia.

Manuel Moreno


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Nivel Lógico • La información es transmitida mediante mensajes. • Cada mensaje se empaqueta en una trama o “frame”. • Existen 4 tipos de mensajes distintos, definidos por el protocolo:  DATA FRAME: mensaje de información (datos).  REMOTE FRAME (RTR): mensaje de petición de datos.  ERROR FRAME: mensaje que indica un error.  OVERLOAD FRAME: mensaje de sobrecarga de un nodo.

Manuel Moreno


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Estructura de un FRAME en bus CAN SOF

IDENTIFIER

DLC

DATA

CRC

ACK

EOF

• SOF (Start of Frame): 1 bit dominante inicia la trama. • IDENTIFIER (Identificador): 11 bits estándar / 29 bits extendido; indica el tipo de información y la prioridad. Cuanto más pequeño es el identificador, mayor prioridad tiene el mensaje. • DLC (Data Length Code): número de bytes de datos (0-8). • DATA (Datos): Entre 0 y 8 bytes de datos. • CRC (Cyclic Redundancy Check): 15 bits para detectar errores. • ACK (Acknowledge): 1 bit de reconocimiento de mensaje. • EOF (End of Frame): 1 bit que indica que ha terminado la trama. Manuel Moreno


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Proceso de Arbitraje en el bus CAN

Manuel Moreno


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Buses CAN en Automóviles • Se utilizan diferentes buses CAN en función de las tareas de las centralitas.  Bus CAN Tracción: bus de alta velocidad (500 kbit/s), intercambio de información de centralitas con tareas críticas (Gestión de Motor, Airbag, ABS, ESP).  Bus CAN Confort: bus de baja velocidad (125kbit/s), intercambio de información de centralitas con tareas no críticas (climatizador, control de puertas, asientos, etc.)  Una puerta de enlace o “GateWay” permite el transpaso de información entre los dos buses anteriores. Manuel Moreno


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Manuel Moreno


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Hardware en bus CAN •  

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Básicamente existen 2 opciones: Microcontrolador con Controlador de Bus CAN Interno Microcontrolador + Controlador de Bus CAN Externo Es preferible la primera versión por tamaño y coste. La mayoría de microcontroladores de automoción llevan integrado el controlador de bus CAN. Actualmente existen circuitos integrados que digitalizan señales analógicas y las envían por el bus CAN.

Manuel Moreno


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