Описание интерфейса CAN

Интерфейс CAN предназначен для организации последовательных, высоконадёжных и недорогих каналов связи в распределённых системах управления. Он позволяет организовывать как мультиплексные каналы, так и высокоскоростные сети. Данный интерфейс имеет протокол, поддерживающий возможность нахождения на магистрали нескольких ведущих устройств и обеспечивает передачу данных в реальном масштабе времени.

Интерфейс обладает высокой помехоустойчивостью благодаря коррекции ошибок. Передача данных осуществляется кадрами, которые принимаются всеми устройствами сети. Кадр состоит из идентификатора длиной 11 бит для стандартного формата или 29 бит для расширенного формата и блока данных, содержащего от 0 до 8 байт. Идентификатор описывает содержимое пакета данных и служит для определения приоритета при попытке одновременной передачи несколькими устройствами.

Скорость передачи данных выбирается исходя из расстояния, числа абонентов в сети и ёмкости линии связи. Она задаётся программно и может составлять от десятка Кбод до единиц Мбод.

Стандарт интерфейса CAN определяет передачу данных независимо от физического уровня, т. е. канал связи может быть каким угодно, например, радиоканалом или оптоволокном. Однако на практике под CAN-интерфейсом обычно подразумевается сеть с физическим каналом связи в виде дифференциальной пары проводов, определённым в стандарте ISO 11 898. На рисунке 1 приведена схема подключения устройств к интерфейсу CAN. Стандартное назначение выводов для широко распространённого 9-контактного разъёма интерфейса CAN приведено на рисунке 2.

Интерфейс CAN относится к типу сетей CR (Collision Resolution, разрешение коллизий), в отличие от сетей типа CD (Collision Detect, обнаружение коллизий), например Ethernet. Тип сетей CR обеспечивает приоритетный доступ к передаче сообщения, что необходимо для промышленных устройств.

Приоритетный доступ к передаче сообщений в стандарте ISO-11 898 реализуют так называемые рецессивные и доминантные биты. В зависимости от типа шины, объединяющей устройства CAN, эти биты могут принимать значение лог. 0 либо лог. 1. В таблице 1 приведены два примера организации шин, поясняющие образование управляющих битов.

Спецификация интерфейса CAN избегает описания двоичных значений сигналов, как лог. 0 либо лог. 1, с целью абстрагирования от среды передачи. Именно поэтому вместо них применяются термины «рецессивный» и «доминантный» биты. При этом подразумевается, что при передаче одним устройством сети рецессивного бита, а другим доминантного, принят будет доминантный бит. Например, при реализации физического уровня с помощью радиоканала отсутствие сигнала означает рецессивный бит, а наличие сигнала — доминантный.

Стандарт сети требует от физического уровня передачи, чтобы доминантный бит мог подавить рецессивный, но не наоборот. Например, в оптическом волокне доминантному биту должен соответствовать свет, а рецессивному — его отсутствие. В электрическом проводе рецессивное состояние соответствует высокому потенциалу на линии связи, а доминантное — низкому потенциалу, т. е. когда устройство подключает линию связи к нулевому потенциалу. Если линия находится в рецессивном состоянии, перевести её в доминантное состояние может любое устройство сети, например, включив свет в оптоволокне.

Рис. 1. Схема подключения устройств к интерфейсу CAN.

Рис. 2. Стандартное назначение выводов для 9-контактного разъёма CAN_интерфейса.