Adresa: Bd-ul. Victoriei, nr. 10 1 [612616]

Ministerul Educației Naționale
Universitatea “Lucian Blaga” din Sibiu

Adresa: Bd-ul. Victoriei, nr. 10 1
Sibiu, 550024, România
e-mail: [anonimizat]
Tel: +40 (269) 216 062
Fax: +40 (269) 21 7 887 Universitatea „Lucian Blaga” din Sibiu,
Facultatea de Inginerie

Prezentarea sistemului magistralei de
comunicație CAN

Realizat: Cercel Elena SIlvana
Disciplina:T.I.C.
Grupa/semi-grupa:424
An studiu: II

Ministerul Educației Naționale
Universitatea “Lucian Blaga” din Sibiu

Adresa: Bd-ul. Victoriei, nr. 10 2
Sibiu, 550024, România
e-mail: [anonimizat]
Tel: +40 (269) 216 062
Fax: +40 (269) 21 7 887 Cuprins
1. CAN – Generalități 3
1.1. Ce este CAN? 3
1.2. CAN-Scurtă istorie 5
1.3. Aplicații CAN 6
2. Descrierea sistemului 7
2.1. Principii de functionare ale sistemului 7
2.2. Formatul mesajului CAN 9
2.3. Arbitrarea Magistralei CAN 11
2.4. Detectarea Erorilor 12
2.5. Supraincarcarea conditiilor cadru 13
2.6. CAN versus Ethernet 14
3. Concluzii 16
4. Referințe bibliografice 16

Ministerul Educației Naționale
Universitatea “Lucian Blaga” din Sibiu

Adresa: Bd-ul. Victoriei, nr. 10 3
Sibiu, 550024, România
e-mail: [anonimizat]
Tel: +40 (269) 216 062
Fax: +40 (269) 21 7 887 1. CAN – Generalități
1.1. Ce este CAN?

Controller Area Network (CAN) este un protocol de comunicare serial dezvoltat de Bosch in anii
1980. La început a fost creat pentru industria automotive, dar apoi a devenit o magistrala populară și
in automatizări industriale, precum și in alte aplicații. Magistrala CAN este folosită cu preponderență
in sisteme embedded și așa cum o spune și numele, este o tehnologie de rețea care ofera comunicare
de viteza între microcontrolere, aproape de cerințele in timp real.

CAN este un sistem de rețea de mare viteza, tip dublu fir pe o jumătate de duplex, cu mult superior
tehnologiilor seriale convenționale, cum este RS232, în privința funcționalității și a fiabilitații și
totuși implementările pe CAN sunt cele mai cost-eficiente. În timp ce, de exemplu, TCP/IP este
destinat transportului mare de date, CAN este construit pentru utilizare în timp real și cu rata sa de
transfer de numai 1Mbit/s poate cu ușurința sa bată o conexiune TCP/IP de 100Mbit/s atunci cand
vine vorba de timp de răspuns rapid, detecția rapidă a erorii, recuperarea erorii și repararea erorii.

În continuare, iată un exemplu de aplicație realizat pe rețeaua CAN. Este vorba de ușile culisante
automate ale minivan-urilor moderne. Aceste uși sunt controlate de un ECU numit Modulul de
Control al Șasiului sau Body Control Module. In mod constant senzorii raportează dacă ușa este
închisă sau deschisă precum și dacă șoferul acționează butonul de comandă al ușii. Atunci când
ECU-ul primește semnalul de comandă pentru a acționa ușa, acesta nu doar o închide sau deschide.
Întâi el verifică stream-ul de date primit dacă de exemplu mașina este in modul Park sau în mișcare.

Dacă toate condițiile necesare acționarii sunt întrunite, atunci ECU-ul dă comanda unui circuit de
putere care energizează motorul pentru a acționa ușa. Dar procesul merge mai departe – ECU poate
monitoriza și curentul consumat de motor. Atunci cand este depistat un vârf de curent consumat –
ceea ce se poate întampla de exemplu când un bagaj este blocat in ușa – ECU-ul imediat inversează
direcția motorului, pentru a preveni eventuale accidente.Daca ușa se închide corect, atunci se
comandă blocarea ei.
În automobilele mai vechi, această opțiune ar fi fost posibilă fără o rețea de comunicare doar prin
intermediul conectării unor cabluri si relee între schimbător, mânerul ușii și motorul care acționează
ușa.

Ministerul Educației Naționale
Universitatea “Lucian Blaga” din Sibiu

Adresa: Bd-ul. Victoriei, nr. 10 4
Sibiu, 550024, România
e-mail: rectorat@ulbsibiu.ro
Tel: +40 (269) 216 062
Fax: +40 (269) 21 7 887

Fig. 1 Sistem automat de închidere a ușii culisante la autovehicule din clasa mini-van

Ministerul Educației Naționale
Universitatea “Lucian Blaga” din Sibiu

Adresa: Bd-ul. Victoriei, nr. 10 5
Sibiu, 550024, România
e-mail: rectorat@ulbsibiu.ro
Tel: +40 (269) 216 062
Fax: +40 (269) 21 7 887

1.2. CAN-Scurtă istorie
Înaintea dezvoltării sale în jurul anilor 1980, de fiecare dată când un producător de automobile
adaugă o noua funcționalitate – de exemplu scaune încalzite – fire noi, special create pentru această
funcție, trebuiau trase prin automobil si legate la un întrerupator de pe bord. Cu timpul, mai multe
opțiuni introduse automobilului au însemnat tot mai multe fire, astfel încat s-a ajuns la situația de a
avea chiar kilometri de fire în manunchiuri groase, șerpuind prin toată mașina.

Prin CAN, elementul de încălzire din scaune și butonul de pornire nu sunt direct legate împreuna.
Prin intermediul rețelei CAN, aceste dispozitive pot comunica fără nevoia de alte fire speciale. Cu
adevărat necesar va fi programarea acestor dispozitive interconecate. Aceasta este alegerea de a trece
de la o complexitate fizica, la una software.

Deși CAN a adus dezvoltarea software la un nivel mai înalt, a venit și cu multe efecte pozitive:
costuri semnificativ mai mici pentru consumator, greutate redusă, o mai mica dependență de
resursele de cupru și plastic și o mai buna fiabilitate dată de numărul mai mic de fire ce se pot
întrerupe de-a lungul timpului. Dacă din punct de vedere tehnic aceste elemente sunt foarte
importante, cel mai profund efect al acestei orientări spre programare este posibilitatea diagnozei și a
update-urilor software.

Micșorarea volumului de fire într-o mașină nu au fost singurele motive pentru implementarea CAN.
În Statele Unite la sfârșitul anilor 1970, pe masură ce reglementările în domeniul poluării s-au
maturizat, Administrația Națională a Siguranței Traficului pe Autostrăzi și Comisia pentru Resursele
de Aer din California au cerut mijloace prin care sa se monitorizeze efectivitatea sistemelor de
control a emisiilor din autovehicule.
Ca și rezultat, a fost standardizat și implementat un protocol de diagnoză la bord – On-Board
Diagnostics protocol (astăzi la a doua generație, cunoscut ca OBD-II) care necesită ca o rețea CAN
sa se conecteze eficient la toți senzorii de motor pentru o auto-diagnoză.

Cu această interconexiune, un anume ECU poate sa monitorizeze rețeaua pentru transmisii de erori
sub formă codurilor OBD. Dacă un ECU depistează o problemă, o transmite ca un cod alfanumeric și
un bec din bord este aprins ( Check Engine, ABS ). Mașinile moderne fac aceste teste in mod constant
pe toată durata funcționării. Oricine cu un cititor de coduri poate sa se conecteze la mufa standard de
16 pini din bord si sa recupereze codurile de eroare acive. O cautare pe Internet de obicei poate sa
explice eroarea sau măcar sa aducă câteva indicii.

Același port poate fi de ajutor atunci când un producător de automobile descopera o eroare software
sau vor să modifice funcționarea automobilului. De exemplu, un producător auto poate dezvolta un
algoritm pentru o schimbare a treptelor de viteza mai confortabilă. Instalarea în mașina clientului se
face prin conectarea la portul de date al mașinii într-un service autorizat și transferul noului software
in ECU-ul mașinii. Înainte de CAN, asta însemna înlocuirea ECU-ului.

Ministerul Educației Naționale
Universitatea “Lucian Blaga” din Sibiu

Adresa: Bd-ul. Victoriei, nr. 10 6
Sibiu, 550024, România
e-mail: rectorat@ulbsibiu.ro
Tel: +40 (269) 216 062
Fax: +40 (269) 21 7 887 1.3. Aplicații CAN

Standardizarea ulterioară de către organismele internaționale și apariția organizațiilor din industria
energetică, cum ar fi DeviceNet și CANopen, cu propriile inițiative de standardizare – în straturile
superioare ale pachetului de protocoale – au deschis calea pentru ca protocolul CAN de bază să intre
pe o gamă largă de piețe. Rețelele bazate pe CAN au o prezență semnificativă în automatizarea
fabricilor, în controlul mașinilor, în comunicații, în automatizarea clădirilor și în dispozitivele și
sistemele medicale.

Segmentele de automobile și de transport încă mai domină vânzările de unități de emisie-recepție
CAN și microcontrolere, atingând în mod constant 80% dintr-o piață anuală de 100 de milioane de
unități, probabil cu 20 de aplicații distincte. Cu toate acestea, 20% din piață, împărțită de toate
celelalte segmente, reprezintă mii de aplicații, dintre care majoritatea nu ating volumul ridicat:

 Firmele de rețea, cum ar fi Cisco Systems, utilizează, de exemplu, o sub-rețea CAN pentru
implementarea inițializării sistemului și schimbarea la cald pe plăcile mari de PC care
implementează routerele. La aproximativ 500.000 până la 1 milion de noduri instalate pe an,
numărul de plăci de router se numără printre cele mai mari aplicații non-automate CAN.

 Spitalele controlează componente vitale ale camerelor de operare, cum ar fi lămpile sau
mesele OR, lămpile endoscopice și aparatele de fotografiat, aparatele cu raze X și ultrasunete,
înregistratoarele video și imprimantele video direct din zona sterilă folosind CAN-ul sau, mai
adecvat, protocolul CANopen.

 În automatizarea din fabrică, DeviceNet – un protocol de nivel superior construit pe CAN –
este una dintre cele mai importante rețele la nivel de dispozitiv pentru automatizări
industriale. Într-un studiu recent, mai mult de 40% dintre utilizatorii finali au ales DeviceNet
peste alte rețele.

Aplicațiile non-auto beneficiază în mare măsură de timpul, energia și banii furnizați de producătorii
mondiali de automobile pentru a-și menține reeteaua CAN în pas cu – sau în fața – cerințelor
tehnologice ale timpului.

De fapt, din cauza ciclului lung de proiectare al electronicii auto, noile capabilități, cum ar fi
gateway-urile care conectează rețele care rulează la viteze diferite, se dezvoltă în aplicații industriale
cu mult înainte de a fi văzute în automobile, spune Geoff Lees, director de marketing pentru Philips
Semiconductors.

Ministerul Educației Naționale
Universitatea “Lucian Blaga” din Sibiu

Adresa: Bd-ul. Victoriei, nr. 10 7
Sibiu, 550024, România
e-mail: rectorat@ulbsibiu.ro
Tel: +40 (269) 216 062
Fax: +40 (269) 21 7 887

2. Descrierea sistemului
2.1. Principii de functionare ale sistemului

În mod evident, CAN și derivatele sale oferă un set atrăgător de avantaje pentru inginerii de
proiectare care caută o rețea simplă și robustă și o rampă de proiectare relativ rapidă. Din punct de
vedere tehnic, aceste elemente se remarcă ca avantaje în multe aplicații:
 Toleranța la defecțiuni
 Mesaje scurte, dar frecvență mare a mesajelor (mai mult de 10.000 / s)
 Utilizarea lățimii de bandă ridicată
 Vitezele de transmisie rezonabile

Există mai multe protocoale de nivel superior, cum ar fi DeviceNet, CANopen și J1939.
CAN utilizează un sistem sofisticat de confirmare a mesajelor care oferă un transmițător cu o
confirmare de primire în cadrul mesajului. Unul dintre ultimii biți dintr-un mesaj CAN este un bit de
recunoaștere care nu este scris de emițător. În schimb, acesta este utilizat de toți receptorii pentru a
trimite o indicație înapoi la emițător că acest mesaj a fost primit cu succes.

Dacă un singur nod are o eroare de primire, există un mecanism care permite acelui nod să distrugă
mesajul pentru fiecare nod și aceasta duce la o retransmisie automată a mesajului. Deoarece acest
lucru este implementat în hardware low-level, fiecare nod CAN din rețea participă la acest mecanism
de verificare a erorilor, chiar dacă nu are nici un folos pentru mesajul transmis.

Ca rezultat, un transmițător știe că, dacă a primit confirmarea, fiecare nod din rețea a primit mesajul.

Prin comparație, protocolul familial Acces multiplu cu Detectarea Coliziunii (Collision Sensing
Multiple Access – CSMA) al Ethernet permite tuturor nodurilor să aibă acces egal la magistrala
pentru a transmite date. Rezolvă conflictele prin faptul că opreste transmisia nodurilor și re-difuzeaza
după o întârziere pseudo-aleatoare. Schema funcționează, dar este și ineficientă.

În timpul condițiilor de încărcare ridicată, de exemplu, nodurile care încearcă să difuzeze își petrec o
bună parte din timp pe bus, backing-off , așteaptă să ajunga din nou pe bus și se ciocnesc iar. Ca
rezultat, doar aproximativ 60% din capacitatea teoretică a magistralei este utilizată la un moment dat
și Ethernet trebuie să meargă la viteze mai mari și mai mari ale magistralei pentru a mări viteza de
transfer.

Protocolul CAN, pe de altă parte, furnizează noduri cu priorități intrinseci, astfel încât chiar și atunci
când toate nodurile încearcă să acceseze simultan coliziunea magistralei, ciclul de back-off /
retransmitere ulterior este practic eliminat.

Ministerul Educației Naționale
Universitatea “Lucian Blaga” din Sibiu

Adresa: Bd-ul. Victoriei, nr. 10 8
Sibiu, 550024, România
e-mail: rectorat@ulbsibiu.ro
Tel: +40 (269) 216 062
Fax: +40 (269) 21 7 887

În cazul în care mai multe noduri încearcă să acceseze simultan rețeaua, un mecanism de arbitraj
nedistructiv biologic rezolvă conflictul potențial fără pierderi de date sau lățime de bandă.
O diferență importantă între CAN și Ethernet, de exemplu, este faptul că CAN nu specifică o stație
de transmisie sau un nod, ci doar un mesaj. Ca rezultat, un câmp de identificare este inclus în fiecare
mesaj. În CAN 2.0 A spec, acest câmp este de 11 biți. În spec. CAN 2.0 B, este de 29 de biți. Un
astfel de identificator de mesaje trebuie să fie unic în întreaga rețea și definește nu numai conținutul,
ci și prioritatea mesajului.

Iată o imagine simplistă a modului în care funcționează arbitrajul nedistructiv. Specificația CAN
definește două stări de magistrală: dominantă și recesivă. Orice nod de transmisie poate conduce
magistrala într-o stare dominantă, iar magistrala este în stare recesivă atunci când niciun transmițător
nu este în starea dominantă.

În modelul CAN 2.0 A, care este cea mai acceptată versiune, un câmp de arbitraj creat din
combinația unui Identificator de 11 biți și a unei singure cereri de transmisie la distanță (RTR) în
cadrul de date CAN facilitează accesul media. Atunci când un nod transmite date, acesta
monitorizează propriul mesaj, care permite detectarea transmisiei simultane.

Atunci când un nod care transmite un bit recesiv primește un bit dominant în timp ce trimite câmpul
de arbitraj, acesta nu mai transmite. Nodul cu identificatorul inferior numerotat pe 11 biți câștigă
arbitrajul dintre două noduri care transmit simultan.

Noul model CAN spec-CAN 2.0 B-a mărit câmpul de identificare la 29 de biți pentru a găzdui mai
multe mesaje și noduri, dar câmpul pe 29 de biți nu este suportat de DeviceNet.
Rezultatul net al arbitrajului nedistructiv este o utilizare a lățimii de bandă de 80% până la 90% și o
fiabilitate foarte mare. Schema de a avea fiecare nod monitorizând propria transmisie – și transmisia
altor noduri – totuși, limitează capacitatea sa maximă la 1 Mbit / s la lungimea maximă standard a
magistralei de 30 de metri. Pe de altă parte, rata maximă de biți poate fi mărită prin scurtarea
lungimii magistralei așa cum se arată în tabelul 1.

Ministerul Educației Naționale
Universitatea “Lucian Blaga” din Sibiu

Adresa: Bd-ul. Victoriei, nr. 10 9
Sibiu, 550024, România
e-mail: rectorat@ulbsibiu.ro
Tel: +40 (269) 216 062
Fax: +40 (269) 21 7 887 Fig. 2 Latimea de banda poate fi extinsa prin scaderea ratei de transfer
2.2. Formatul mesajului CAN

Fig. 3 Formatul mesajului CAN

Startul cadrului (SOF) este o poziție dominantă 0 pentru a spune tuturor celorlalte ECU-uri că un
mesaj este pe drum.

În continuare se află câmpul Identifier (ID). Aceasta este, de obicei, o adresă funcțională (de
exemplu, parametrii motorului, viteza roților etc.). În unele aplicații, ID-ul poate conține adrese de
destinație și sursă. Valoarea Identificatorului determină prioritatea mesajului. Cu cât valoarea este
mai mică, cu atât este mai mare prioritatea.

Valoarea identificatorului poate fi de 11 biți sau 29 de biți. Aceasta este cunoscută sub numele de
CAN standard și CAN extins. Specificația CAN originală desemnată identificatori de 11 biți. În
1991, specificația CAN a fost actualizată pentru a include acest format extins CAN. Privind numărul
posibil de identificatori, 2 la puterea de 11 = 2048 posibile ID-uri. 2 la puterea de 29 permite mai
mult de 500 de milioane ID-uri posibile. Motivul pentru introducerea formatului extins de cadre nu a
fost atât de mult să crească numărul ID-urilor, ci să se adapteze CAN la cerințele producătorilor
americani de mașini. Cu identificatorul de 29 biți se poate realiza o strategie de mesaj, care este
similară cu protocolul J1850 publicat de Societatea Americană a Inginerilor de Automobile (SAE).

Ministerul Educației Naționale
Universitatea “Lucian Blaga” din Sibiu

Adresa: Bd-ul. Victoriei, nr. 10 10
Sibiu, 550024, România
e-mail: rectorat@ulbsibiu.ro
Tel: +40 (269) 216 062
Fax: +40 (269) 21 7 887
Standardul SAE J1939 pentru Camioane și Autobuze prevede că se va utiliza formatul extins. Acest
lucru nu este atât de mult pentru a permite mai mulți Identificatori, ci pentru a permite tipuri versatile
de mesagerie. Aceasta va fi acoperită într-o secțiune ulterioară.

Bitul de solicitare de transfer de la distanță (RTR) permite unui ECU să solicite un ID de la un alt
ECU care nu a fost transferat într-un anumit interval de timp. Când este trimis un mesaj RTR, acest
bit este setat la Recesiv (Binar 1). În timpul mesajelor normale, bitul RTR este întotdeauna setat la
Dominant (Binar 0).

ID-ul și RTR-ul sunt considerate a fi cunoscute sub numele de câmpul de arbitraj, deoarece
determină prioritatea mesajului în timpul arbitrajului unui mesaj. Acest lucru se întâmplă atunci când
două sau mai multe mesaje se ciocnesc în timpul accesului la magistrală.

Câmpul de control conține Codul pentru lungimea datelor (DLC). DLC informează pur și simplu
despre lungimea câmpului de date. Aceasta poate fi o valoare cuprinsă între 0 și 8 octeți. Este
întotdeauna în Bytes. Chiar dacă nodul dorește să trimită un singur bit, trebuie să fie atribuit un Byte.
Pot exista cadre de 0 byte. Mesajul RTR este un mesaj de 0 octeți. În unele protocoale, un mesaj 0
byte poate fi folosit ca mesaj de sănătate / bătăi de inimă.

Câmpul de date conține informațiile care trebuie transmise altor ECU, de ex. mesajul Parametrii
motorului poate conține informații precum viteza motorului, temperatura apei și a uleiului etc.
Formatul datelor și modul în care sunt interpretate sunt acoperite într-o secțiune ulterioară.

Verificarea de redundanță ciclică (CRC) este o secvență de 15 biți utilizată pentru verificarea
integrității datelor. Uneori cunoscut sub numele de Check Sum, este o metodă comună de verificare a
erorilor în comunicarea digitală. Modul în care funcționează este că nodul de transmisie va genera o
secvență digitală pe 15 biți, bazată pe datele anterioare (câmpuri de identificare, control și date).
Odată ce cadrul este adus în nodul receptorului, acel nod va genera propriile secvențe CRC pe baza
informațiilor primite (ID, Control și Date).

CRC-ul receptorului este apoi comparat cu CRC transmis. Dacă există o potrivire, datele sunt
considerate OK, iar Acknowledge este generată. Dacă acestea nu se potrivesc, a existat o corupere a
datelor, iar nodul receptorului va genera un cadru de eroare (care va fi acoperit mai târziu).

Slotul Acknowledge (ACK) este un singur bit generat de toți nodurile receptoare CAN pentru a
indica că procesele lor CRC sunt OK. Nodul transmițătorului lasă acest bit recesiv (Data 1), iar
nodurile receptorului introduc un bit dominant (Date 0) în acest slot. Aceasta indică faptul că toți
receptoarele sunt în regulă cu integritatea datelor cadru CAN. Dacă a existat o problemă în cadrul
procesului CRC, un nod va genera un cadru de eroare, negând orice proces ACK (acoperit mai
târziu).

Delimitatori. Rețineți că câmpurile CRC și ACK au un Delimiters cu un singur bit. Acestea sunt doar
pentru a permite un spațiu pentru următorul proces.

Ministerul Educației Naționale
Universitatea “Lucian Blaga” din Sibiu

Adresa: Bd-ul. Victoriei, nr. 10 11
Sibiu, 550024, România
e-mail: rectorat@ulbsibiu.ro
Tel: +40 (269) 216 062
Fax: +40 (269) 21 7 887 End-of-Frame (EOF). EOF este o secvență recesivă de șapte biți la sfârșitul cadrului CAN. Acest
lucru, împreună cu minimul de 3 biți de Interframe Space, oferă o întârziere suficientă pentru a
permite următorul acces al mesajelor CAN. Dacă există mesaje CAN back-to-back, veți observa cel
puțin 11 biți de Recesiv înainte de următorul cadru CAN. Acești 11 biți sunt compuși din delimitator
ACK, EOF și spațiu Interframe de 3 biți.

2.3. Arbitrarea Magistralei CAN

Ambele straturi de legături de date CAN, clasice CAN și CAN FD, oferă capacitate multi-master.
Aceasta înseamnă că orice nod are permisiunea de a accesa magistrala în orice moment, dacă aceasta
este inactiva. Dacă mai multe noduri doresc să comunice în același moment, mesajul cu cea mai
mare prioritate câștigă arbitrajul de magistrală și primește dreptul de a transmite. Designerul
sistemului atribuie prioritatea unică fiecărui mesaj. Identificatorul CAN (CAN-ID) ca parte a
mesajului indică prioritatea. Cu cât numărul CAN-ID este mai mic, cu atât este mai mare prioritatea.
Valoarea "0" este cea mai mare prioritate.

Fig. 4 In acest exemplu de arbitrare CAN, „0” reprezinta un nivel de bus dominant si „1” un nivel recesiv. (ID-Identificator,
SOF-Start Cadru, RTR-Remote Transmission Request, IDE-Extensie Identificator)

Conflictele privind accesul la rețea sunt soluționate printr-o arbitrare de tip CAN-ID. Toate nodurile
conectate respectă nivelul de biți bit-pe-bit. Există două niveluri de autobuz: dominant și recesiv.
Nivelul dominant suprascrie nivelul recesiv echivalent unei circuite cu cablu AND. Toate nodurile

Ministerul Educației Naționale
Universitatea “Lucian Blaga” din Sibiu

Adresa: Bd-ul. Victoriei, nr. 10 12
Sibiu, 550024, România
e-mail: rectorat@ulbsibiu.ro
Tel: +40 (269) 216 062
Fax: +40 (269) 21 7 887 care transmit un nivel recesiv și detectează pe linii de autobuz un nivel dominant pierd arbitrajul de
magistrală și tranzitează în modul de ascultare.

După transmiterea tuturor biților CAN-ID, un singur nod este încă în modul de transmisie. Toate
celelalte noduri consumă mesajul transmis. Există o singură excepție: dacă un cadru la distanță și
cadrul de date solicitat care utilizează același canal CAN-ID se află în concurență pe transmisia
dreaptă, cadrul de date câștigă datorită bitului suplimentar RTR (solicitare de transmisie la distanță),
care aparține, de asemenea, arbitrajului camp. Aceasta înseamnă că cadrul de date câștigă arbitrajul
de magistrală împotriva cadrului la distanță corespunzător.

Cadrele la distanță nu sunt acceptate în protocolul CAN FD. Bitul RTR este numit RRS (înlocuire de
la distanță de cerere) și este transmis întotdeauna dominant.

2.4. Detectarea Erorilor

Straturile de legături de date CAN sunt foarte fiabile. Toate erorile cu un singur bit sunt detectate.
Erori cu erori multiple sunt detectate cu o probabilitate mare; protocolul CAN FD este chiar mai
puțin fiabil decât protocolul clasic CAN.

Straturile de legături de date CAN cuprind cinci mecanisme de detectare a erorilor. Spre deosebire de
alte sisteme de comunicații, ele nu utilizează mesaje de confirmare, ci semnalează eventuale erori.
Pentru detectarea erorilor protocoalele CAN implementează trei mecanisme la nivelul mesajelor:

 Verificarea redundanței ciclice: CRC garantează informațiile din date și cadrul de la distanță
prin adăugarea de biți de verificare redundanți la sfârșitul transmisiei. La sfârșitul
receptorului, acești biți sunt re-calculați și testați împotriva biților primiți. Dacă exista
diferente, a apărut o eroare CRC. Există o protecție suplimentară în protocolul CAN FD:
contorul de erori de chestii cu protecția parității biți.

 Controlul cadrelor: Acest mecanism verifică structura datelor transmise și a cadrului de la
distanță, prin verificarea câmpurilor de biți în raport cu formatul fix și dimensiunea cadrului.
Erori detectate de verificările de cadru sunt desemnate ca "erori de format".

 Erori ACK: După cum s-a menționat mai sus, toate nodurile confirmă datele recepționate și
cadrele de la distanțe prin confirmare pozitivă (conducând magistrala la nivelul dominant al
biților în timpul bitului ACK). Dacă transmițătorul nu vede un nivel dominant al biților în
timpul bitului ACK, aceasta poate însemna fie o eroare de transmisie care a fost detectată
doar de către destinatari, că domeniul ACK a fost corupt, fie că nu există receptoare.
Protocolul CAN implementează de asemenea două mecanisme de detectare a erorilor la nivelul de
biți.

Ministerul Educației Naționale
Universitatea “Lucian Blaga” din Sibiu

Adresa: Bd-ul. Victoriei, nr. 10 13
Sibiu, 550024, România
e-mail: rectorat@ulbsibiu.ro
Tel: +40 (269) 216 062
Fax: +40 (269) 21 7 887  Monitorizare: Capacitatea emițătorului de a detecta erorile se bazează pe monitorizarea
semnalelor de magistrală. Fiecare nod, care transmite și observa nivelul bus-ului și astfel
detectează diferențele dintre bitul trimis și bitul primit. Acest lucru permite detectarea fiabilă
a tuturor erorilor globale și erorilor locale la emițător.

 Bit de umplere: Codarea biților individuali este testată la nivelul de biți. Reprezentarea de biți
folosită de CAN este codarea NRZ (non-return-to-zero), care garantează o eficiență maximă
în codarea biților. Muchiile de sincronizare sunt generate prin intermediul umpluturii de biți,
adică după cinci biți egali consecutivi, expeditorul introduce un bit de material în fluxul de
biți cu valoarea complementară, care este îndepărtată de către receptoare. Verificarea codului
este limitată la verificarea respectării regulii de umplutură.

Erori detectate sunt indicate prin intermediul unui cadru de eroare. Se compune din Flagul de eroare
format din șase biți de același nivel de biți și opt biți de valoare recesivă denumită Error Delimiter.

2.5. Supraincarcarea conditiilor cadru

Este specificat un al patrulea format de cadru: cadrul de suprasarcină. Inițial introdus pentru a câștiga
mai mult timp pentru prelucrarea datelor primite, astăzi niciun controlor CAN nu le trimite în mod
activ. Toți controlorii CAN sunt suficient de rapizi pentru a stoca datele primite. Cu toate acestea,
protocoalele CAN specifică anumite condiții în care trebuie transmis un cadru de suprasarcină. Are
aceeași structură și format ca un flag activ de eroare. Cu toate acestea, nu determină o creștere a
numărătorilor de erori sau o retransmisie automată a mesajului, deoarece mesajul este considerat deja
primit corect. Cadrele de suprasarcină sunt trimise dacă primul sau al doilea bit al FMI este
dominant. O altă condiție de suprasarcină este detectarea unui nivel dominant de biți în cel de-al
șaptelea bit al EOF (sfârșitul cadrului) de către un nod recepționat. Un nod de transmisie
interpretează un bit dominant la ultimul bit al EOF ca o condiție de eroare și îl retransmite. Deoarece
nodurile receptoare au acceptat deja mesajul drept corect cu bitul 6 al EOF, îl primesc de două ori.
De aceea, în rețelele CAN nu trebuie schimbate date relative. Aceasta include numerele de delta, biții
de comutare etc. Dacă doriți să transmiteți date relative, trebuie să le faceți absolut, de exemplu prin
intermediul unui contor de mesaje.

Ministerul Educației Naționale
Universitatea “Lucian Blaga” din Sibiu

Adresa: Bd-ul. Victoriei, nr. 10 14
Sibiu, 550024, România
e-mail: rectorat@ulbsibiu.ro
Tel: +40 (269) 216 062
Fax: +40 (269) 21 7 887 2.6. CAN versus Ethernet

Dezvoltat în anii 1970, Ethernet este acum standardul global pentru comunicarea în rețea. Acest
sistem permite dispozitivelor noastre să "vorbească" unul cu celălalt. Ethernet-ul industrial inseamna
exact așa cum spune numele: Ethernet pentru aplicații industriale. Această metodă de comunicații de
date utilizează sisteme Ethernet pentru a trimite informații între piese de mașină automatizate.
Această formă de Ethernet diferă de omologul său tradițional, deoarece protocoalele specializate
deterministe sunt utilizate pentru a asigura o probabilitate mare de obținere a rezultatului dorit (de
exemplu, umplerea rapidă și exactă a sticlelor de sodiu cu CO2).

Comparativ cu clasicul CAN, Ethernet Industrial oferă viteze mari de transfer de date (până la 100
megabiți pe secundă) la o lungime mai mare a rețelei, permițând colectarea mai multor date pe
secundă care pot fi cu ușurință legate de "Cloud". Si, desi mai putin fiabil decât CAN, expertiza
Ethernet este mai răspândită, cu o mulțime de suport software atunci când este utilizat în combinație
cu Linux sau Windows. Cu toate acestea, aceste avantaje nu vin fără probleme.

 Întrebări despre eficiență – În ciuda transferului rapid de date, Industrial Ethernet nu a
perfecționat eficiența acestor transferuri. Dimensiunea minimă a cadrului Ethernet este de 80
de octeți cu 46 octeți de date. Atunci când se transferă între 0 și 8 octeți, adică lungimea
datelor utilizate astăzi în rapoartele clasice de comunicație CAN, rămâne o cantitate mare de
cheltuieli. În plus, transferurile de date pot fi mai puțin eficiente, în ciuda ratelor
impresionante de biți ale tehnologiei.

 Preocupările legate de securitate – Datorită necesității unei adrese IP, Ethernet Industrial este
de departe o metodă mai puțin sigură de transfer de date. În timp ce tipul de date comunicate
este de obicei mai puțin sensibil decât informațiile pe care le transmitem personal prin
interfețele Ethernet proprii, controalele de sistem sunt mai predispuse la atacuri cibernetice
(imaginați-vă că instalațiile de fabricație ar avea de suferit dacă operațiunile au fost închise
datorită unui virus) . Da, exista firewall-uri, routere si poduri, impreuna cu alte metode de
protectie pentru securizarea conexiunilor Ethernet, dar acestea nu ar trebui sa fie considerate
lipsite de siguranta.

 Costuri ascunse – in timp ce un controler Ethernet integrat într-un microcontroler (MCU) este
relativ similar în preț cu clasic CAN, aceste cifre nu sunt luate în considerare pentru
modernizare. Datorită utilizării extensive a CAN în automatizarea industrială, configurarea
sistemelor pentru Ethernet necesită schimbări semnificative. În plus, costul asigurării acestei
tehnologii din cauza amenințărilor externe trebuie să fie luat în considerare. Ethernet
industrial este, de asemenea, relativ nou, ceea ce înseamnă că, în prezent, nici un sistem unic
nu este la fel de dominant. Ganditi-vă la VHS versus Betamax sau MiniDisc versus CD. Cei
aliniati cu tehnologia greșită risca să plătească mai mult pentru a prinde din urmă. Pentru
automatizarea industrială, sistemele ar putea să se confrunte cu o actualizare costisitoare mai
devreme decât mai târziu.

Implicații pentru CAN FD

Ministerul Educației Naționale
Universitatea “Lucian Blaga” din Sibiu

Adresa: Bd-ul. Victoriei, nr. 10 15
Sibiu, 550024, România
e-mail: rectorat@ulbsibiu.ro
Tel: +40 (269) 216 062
Fax: +40 (269) 21 7 887 CAN FD (CAN cu rate de date flexibile) este cea mai recentă tranșă a CAN. Îmbunătățirile
prin CAN FD rezolvă problema limitată a ratei de biți prin furnizarea a aproximativ 8 megabiți pe
secundă, chiar și cu lungimi de cablu peste 40 de metri. CAN FD asigură, de asemenea, transmiterea
unor blocuri de date mai mari (până la 64 octeți) într-un singur mesaj, ceea ce face ca datele în timp
real să fie mai aproape de cele instantanee, toate acestea păstrând în același timp securitatea
sistemului. CAN FD a îmbunătățit aceste capacități de rată de biți alternând între timpii de biți scurți
și lungi în timpul transmisiei mesajului, mai degrabă decât un timp standard de biți pentru
comunicare. Chiar mai convingătoare, în special cele care cântăresc prețul upgrade-urilor industriale
Ethernet, controlerele CAN FD pot fi folosite în sistemele CAN existente, făcând upgrade-urile
automatelor industriale simple și rentabile. Deși nu este încă utilizat pe scară largă în cadrul acestei
industrii, îmbunătățirile CAN FD o fac o opțiune atractivă pentru automatizarea industrială.

CAN și Ethernet în Harmony
În timp ce CAN și Industrial Ethernet sunt de obicei considerate ca fiind incongruente, cele două
sisteme pot fi adaptate pentru a lucra împreună. Porturile CAN-to-Ethernet permit celor două
protocoale să comunice. Aceste gateway-uri păstrează CAN la inima comunicațiilor, dar permit
includerea Ethernet acolo unde este benefică. În timp ce gateway-urile CAN-to-Ethernet au fost
considerate anterior greoaie și dificil de integrat, noile versiuni îmbunătățite ale acestei tehnologii au
început să apară pe piață. De exemplu, macaralele terminale de transport utilizate pentru a localiza,
îndepărta și înlocui containerele mari într-un port de container utilizează Ethercan, o poartă ușoară
CAN-to-Ethernet, pentru a se conecta la sistemele de operare terminale. Aceasta permite operatorilor
să acceseze datele de macara colectate în timp real, cum ar fi presiunea în anvelope, nivelurile de
combustibil și greutatea încărcăturii, utilizând portaluri Ethernet de mare viteză. De asemenea,
supervizorii pot primi aceste date instantaneu într-o locație centralizată pentru a asigura că toate
macaralele terminale de transport ating funcționalitatea de nivel înalt. Dacă se detectează probleme,
cum ar fi presiunea scăzută a anvelopei, rezoluțiile pot fi făcute rapid înainte ca problemele mici să
crească într-o perioadă mai mare și mai consumatoare de timp. Chiar mai bine, aceste date CAN pot
fi accesate în timp real.

Ministerul Educației Naționale
Universitatea “Lucian Blaga” din Sibiu

Adresa: Bd-ul. Victoriei, nr. 10 16
Sibiu, 550024, România
e-mail: rectorat@ulbsibiu.ro
Tel: +40 (269) 216 062
Fax: +40 (269) 21 7 887 3. Concluzii

În concluzie, este limpede că dezvoltarea sistemelor CAN de-alungul anilor ’90 va exista și în
următoarea decadă mai ales că producătorii de controlere micșorează continuu costurile și oferă o
varietate de produse ce suportă sisteme CAN.
CAN a devenit cu adevărat un standard – aceasta înseamnă că există o uriașă și educată comunitate
de proiectanți care utilizează sisteme CAN atât timp cât costurile lor devin tot mai mici. Noile
controlere “low cost”vor continua să ajute la creșterea sistemelor CAN în viitorul apropiat.

4. Referințe bibliografice

1. Schirner G., Erdogmus D., Chowdhury K., Padir K. (2013). The Future of Human in-the-Loop
Cyber-Physical Systems, IEEE Computer , Jan, p. 36-45.
2. Wang Y., Vuran M.C., Goddard S. (2008). Cyber-physical Systems in Industrial Process Control,
University of Nebraska-Lincoln, available at: http://sigbed.seas.upenn.edu/archives/2008-
01/Wang.pdf
3. Zamfirescu C.B., Pirvu BC, Schlick J, Zuehlke D (2013). Preliminary Insides for an Anthropocentric
Cyber-physical Reference Architecture of the Smart Factory. Studies in Informatics and Control ,
22, p. 269-278.
4. https://www.technologyreview.com/s/424995/simple-yet-smart-cubes-go-on-sale/ , , accesat în
data de 06.08.2017