CAN bus (شبکه منطقه کنترلر) یک پروتکل ارتباطی سریال زمانی واقعی و بسیار قابل اعتماد است که در وسایل نقلیه، اتوماسیون صنعتی و سایر زمینه ها استفاده می شود. چندین میکروکنترلر و دستگاه را قادر می سازد تا بدون کامپیوتر میزبان با یکدیگر ارتباط برقرار کنند.
اتوبوس CAN در ابتدا توسط بوش در آلمان در اوایل دهه 1980 برای ارتباطات در{1}}وسیله نقلیه توسعه یافت. در سال 1993، ISO استاندارد CAN bus (ISO 11898) را منتشر کرد که هم پروتکل لایه پیوند داده و هم پروتکل لایه فیزیکی را در بر می گرفت.
ISO 11898-1: پروتکل لایه پیوند داده را تعریف می کند.
ISO 11898-2: پروتکل لایه فیزیکی را برای-گذرگاه CAN با سرعت بالا تعریف می‌کند که از حداکثر سرعت انتقال داده 1 مگابیت بر ثانیه پشتیبانی می‌کند. این یک توپولوژی خطی را توصیه می کند و برای برنامه های کاربردی با نیازهای بلادرنگ بالا مناسب است.
ISO 11898-3: پروتکل لایه فیزیکی را برای-گذرگاه CAN با سرعت کم، با نرخ انتقال داده از 40 کیلوبیت بر ثانیه تا 125 کیلوبیت بر ثانیه تعریف می‌کند. همچنین به‌عنوان CAN متحمل خطا شناخته می‌شود، حتی زمانی که یک خط سیگنال از کار می‌افتد، ارتباط مداوم را فعال می‌کند و برای برنامه‌هایی با نیازهای زمان واقعی پایین‌تر مناسب است.
ویژگی های CAN Bus:
چند-کنترل اصلی:گذرگاه CAN از چندین دستگاه اصلی پشتیبانی می‌کند که در شبکه بدون سلسله مراتب اصلی-همزیستی دارند. دستگاه ها بر اساس اولویت پیام ارتباط برقرار می کنند.
سیگنال دهی دیفرانسیل:از دو سیم (CAN_H و CAN_L) برای انتقال سیگنال های دیفرانسیل استفاده می کند و مقاومت در برابر تداخل الکترومغناطیسی را افزایش می دهد.
داوری غیر مخرب:در حین انتقال پیام، اگر برخوردی رخ دهد، پیام با اولویت{0} بالاتر منتقل می‌شود در حالی که پیام با اولویت پایین‌تر منتظر ارسال مجدد است.
تشخیص و مدیریت خطا:دارای قابلیت‌های تشخیص و مدیریت خطای قوی، از جمله تأیید جمع‌بندی بررسی CRC و بررسی خطای بیت.
توپولوژی انعطاف پذیر:از چندین توپولوژی شبکه مانند پیکربندی خطی، ستاره، درخت و حلقه پشتیبانی می کند.
در گذرگاه CAN، اختلاف ولتاژ قابل توجه بین منطق "0" و "1" ارتباط قابل اعتماد را تضمین می کند. با توجه به توضیحات بالا، دو سطح منطقی در گذرگاه CAN عبارتند از:
غالب: 0
مغلوب: 1
سطوح سیگنال در گذرگاه CAN خط{0} و ویژگی‌ها را نشان می‌دهد. این خط{2}}و رفتار مبنای مدار داوری گذرگاه CAN را تشکیل می‌دهد: سطح غالب (0) همیشه سطح مغلوب (1) را پنهان می‌کند. اگر گره های مختلف به طور همزمان سطوح غالب و مغلوب را انتقال دهند، اتوبوس سطح غالب (0) را نشان می دهد. تنها زمانی که تمام گره ها سطح مغلوب (1) را انتقال می دهند، گذرگاه حالت مغلوب را نشان می دهد.
سطح غالب:منطق 0. در High{1}}CAN، پین CAN_H به 5 ولت می‌رود، در حالی که پین CAN_L به 0 ولت می‌رود.
سطح مطیع:منطق 1. هیچ یک از پین ها رانده نمی شود.
گذرگاه‌های سرعت بالا-CAN و کم{1}}CAN در تعریف سطح سیگنال لایه فیزیکی متفاوت هستند:
وقتی ولتاژهای CANH و CANL برابر باشند (CANH=CANL=2.5V)-سرعت بالا، منطق "1" و زمانی که اختلاف ولتاژ بین CANH و CANL 2 ولت باشد منطق "0" را تعریف می‌کند (CANH=3.5V، CANL {{7}).
در محدوده ولتاژ حالت رایج (-12 ولت تا 12 ولت)، فرستنده گیرنده CAN با سرعت بالا، اختلاف ولتاژی بیشتر از 0.9 ولت بین CANH و CANL را به عنوان حالت غالب، و اختلاف کمتر از 0.5 ولت را به عنوان حالت مغلوب تفسیر می کند. یک مدار هیسترزیس داخلی تداخل را کاهش می دهد.
زمانی که اختلاف ولتاژ بین CANH و CANL 5 ولت (CANH=0V, CANL=5V) باشد، منطق "1" و زمانی که اختلاف ولتاژ 2.2 ولت باشد منطق "0" را تعریف می کند (CANH=3.6V، CANL=1.4).
سطوح سیگنال CAN با سرعت بالا (ISO 11898-2)
سطوح سیگنال CAN کم-(ISO 11898-3)
مکانیسم های مدیریت خطا CAN:
خطاهای CRC:با محاسبه و تأیید ارزش CRC داده ها، خطاها را تشخیص می دهد.
خطاهای بیت:خطاهای بیت را در زمان واقعی-در حین انتقال تشخیص می‌دهد.
فریم های خطا:فریم های خطا را برای درخواست ارسال مجدد در صورت شناسایی خطا ارسال می کند.
خلاصه
گذرگاه CAN به دلیل قابلیت اطمینان بالا، عملکرد زمان واقعی و انعطاف پذیری آن در زمینه های مختلف مورد استقبال گسترده قرار گرفته است. با پیشرفت فناوری، گذرگاه CAN به تکامل خود ادامه می‌دهد-به عنوان مثال، استاندارد CAN FD (نرخ داده‌های انعطاف‌پذیر{3}}) که توسط BOSCH منتشر شده است، نرخ‌های انتقال داده را برای برآورده کردن نیازهای برنامه‌هایی که به پهنای باند بالاتر نیاز دارند، افزایش می‌دهد.