4. Микропроцессорные системы управления на базе can-сетей

4.1. Основные преимущества can-сетей

В настоящее время все большую популярность при построении систем сбора данных и управления получает метод использования распределенных (удаленных) устройств. Такой метод имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционным методом централизо­ванного управления. Он позволяет достаточно просто интегриро­вать дополнительные компоненты и обеспечивать переконфигура­цию уже имеющихся систем.

Системы управления на базе CAN-сетей имеют высокую надеж­ность и могут обеспечивать высокую скорость работы. Они позво­ляют разгрузить центральную машину, экономить средства на сиг­нальных кабельных коммуникациях и дают возможность исполь­зования радиоканалов для измерения и управления

Существует множество вариантов построения распределенных систем, но наиболее часто применяются системы с интерфейсами на основе CAN-протокола (Controller-Area-Network). Сетевой CAN-протокол был разработан в 1987 г. (версия 1.0) фирмами BOSCH и INTEL для создания бортовых мультипроцессорных систем реаль­ного времени. В международной организации по стандартизации он зарегистрирован ISO 11898 (для высокоскоростных приложений) и ISO 11519-2 (для низкоскоростных приложений).

CAN-протокол отличается повышенной помехоустойчивостью, надежностью и обладает следующими возможностями:

• конфигурационной гибкостью,

• получением сообщений всеми узлами с синхронизацией по вре­мени,

• неразрушающим арбитражем доступа к шине,

• режимом «мультимастер»,

• обнаружением ошибок и передачей сообщенеий об ошибках,

• автоматической передачей сбойных сообщений при получе­нии возможности повторного доступа к шине,

• различием между случайными ошибками и постоянными от­казами узлов с возможностью выключения дефектных узлов,

• работой по витой паре на расстоянии до 1 км.

Эти системы имеют достаточно невысокую стоимостью как са­мой сети, так и ее разработки. На рынке существует большой вы­бор недорогих CAN-контроллеров, а простейшие устройства вво­да-вывода — CAN SLIO (CAN 2.0А). Следует отметить доступность и широкий выбор готовых CAN-модулей и недорогих инструмен­тальных средств.

Эти системы имеют высокую степень надежности благодаря развитым механизмам обнаружения ошибок (одна незамеченная ошибка за более чем триста лет круглосуточной работы сети на ско­рости 500 Кбит/с), повтору ошибочных сообщений, самоизоляции неисправных узлов, нечувствительности к электромагнитным по­мехам.

Они имеют простую конфигурацию благодаря отсутствию огра­ничений на количество узлов и поддерживают разнотипные физи­ческие среды передачи данных от витой пары до оптоволоконной линии и радиоканала.

Эффективность реализации режима реального времени CAN-сетей высока благодаря мультимастерности, широковеща­нию, побитовому арбитражу и высокой скорости передачи дан­ных (до 1 Мбит/с).

Промышленный стандарт этих систем обеспечивают практически все электронные гиганты: Intel, Philips, Siemens, Motorola. Гарантиро­ванная доступность элементной базы составляет как минимум 10 лет.

Естественно, что все эти качества делают CAN-протокол весьма привлекательным для использования в производственных приложе­ниях, тем более что он поддерживается рядом фирм-производите­лей микросхем, выпускающих недорогие устройства, которые ап-паратно реализуют требования CAN-протокола и работают в ши­роком температурном диапазоне. CAN-протокол распространяет­ся на следующие уровни:

Объектный уровень — обеспечивает фильтрацию сообщений и обработку сообщений и состояний.

Транспортный уровень — представляет собой ядро CAN-прото­кола. Он отвечает за синхронизацию, арбитраж, доступ к шине, раз­деление посылок на фреймы, определение и передачу ошибок и минимизацию неисправностей.

Физический уровень — определяет, как именно будут передавать­ся сигналы, их электрические уровни и скорость передачи.

Физический уровень определяется стандартом ISO 11898 и ха­рактеризуется возможностями:

• дифференциального включения приемопередатчиков, обеспе­чивая подавление синфазной помехи, при этом уровень сигналов составляет 1/3 от значения напряжения питания, причем само на­пряжение питания не определяется жестко.;

• максимального расстояния между узлами до 1 км;

• скоростью обмена до 1 Мбит/с при длине линии 60 м;

• возможностью применения гальванической развязки, причем гальваническая развязка может устанавливаться либо между при­емопередающим буфером и микросхемой, обеспечивающей функ­ции CAN, либо между микросхемой и остальной системой.