wykład 3 · 2013-11-06 · –j1939/13 off-boarddiagnosticconnector –j1939/15...

Interfejsy CAN, LIN, USB

Wykład 3

Interfejs CAN

CAN – Controller Area Network

CAN - podstawy

Cechy:

- różnicowy protokół komunikacji zdefiniowany w ISO11898

- bardzo niezawodny

- dostępna wersja o dużej prędkości (CAN2.0B-1Mb/s)

- dostępne również wersja o małej prędkości (125kb/s) ale dużej odporności na szumy

CAN

• Protokół zdefiniowany pod koniec lat 80-tych przez firmę

Bosch

• Transmisja odbywa się na pojedynczej, terminowanej,

parze skręconej

• Możliwa jest obecność wielu urządzeń typu Master

• Zasięg od 40m przy 1Mb/s do 10km przy 5kb/s

• Maksymalne opóźnienie ramki o wysokim priorytecie

<120µs przy 1Mb/s

• Węzły sieci nie mają numerów – mają je jedynie

komunikaty!

• Możliwość podłączenia nieskończonej ilości węzłów

CAN – warstwa fizyczna

• CAN może być zaimplementowane na wielu różnych

mediach z jednym warunkiem – każdy węzeł musi

słyszeć co transmituje

• Zazwyczaj medium jest skrętka o poziomie napięć 5V co

pozwala na dużą odporność na szumy i pracę przy

rozwartej szynie

CAN – warstwa fizyczna

• Każdy węzeł musi mieć nadany numer od 1 do 127

• Maksymalny rozmiar sieci zależy od prędkości, np. około

250 m dla 256 kb/s

CAN – arbitraż szyny

• Każda ramka zaczyna się od Arbitration ID, które służy do arbitrażu dostępu do magistrali

• Gdy dwa urządzenia próbują nadawać jednocześnie, słowa Arbitration ID pozwalają na „bezkrwawe”rozwiązanie konfliktu bez zatrzymywania transmisji na szynie (CSMA/CA)

CAN - ramki

Ramka danych – są dwa rodzaje: standardowa i rozszerzona

Ramka zdalna – żądanie nadania ramki o takim samym identyfikatorze

Ramka błędu – wysyłana po wykryciu błędu transmisji

CAN – ramka danych

CAN – ramka danych

• Opis bitów:

– SRR – oznacza ramkę rozszerzoną

– RTR – oznacza ramkę danych lub ramkęzdalną

– R0, R1 – zarezerwowane

– DLC – długość pola danych

– Pole danych – długość od 0 do 64 bitów

– ACK – pole potwierdzenia odbioru

CAN – modyfikacje standardu

CAN transceiver – PCA82C251

CAN – warstwy ISO/OSI

Są różne rodzaje warstw aplikacji: CANopen, DeviceNet, SDS, J1939,

NMEA 2000, EnergyBus, MilCAN,O

CAN transceiver – PCA82C251

• Linia Rs określa maksymalną prędkość działania transceivera

CAN - TMS320f2810

SAE J1939

CAN – SAE J1939

• Protokół zdefiniowany do komunikacji

wewnątrz ciężarówek

• Bit rate: 250kb/s

• Bus length: 40m

• Max nodes in network: 30

• Używa 29-bit CAN-ID

CAN – SAE J1939

CAN – SAE J1939

• Warstwy zdefiniowane w standardzie:

– J1939/11 Physical layer (250 kbit/s, twisted shielded pair)

– J1939/13 Off-board diagnostic connector

– J1939/15 Reduced physical layer (250 kbit/s, unshielded

twisted pair)

– J1939/21 Data link layer

– J1939/31 Network layer

– J1939/71 Vehicle application layer

– J1939/73 Application layer diagnostics

– J1939/74 (Draft) Application - Configurable messaging

– J1939/75 Application layer - Generator sets and industrial

– J1939/81 Network management

CAN – SAE J1939/11

• Standard definiuje pojedynczą, liniową,

ekranowaną skrętkę łączącą wszystkie

urządzenia

• Wymagane trzy przewody: CAN_HI,

CAN_LO, ekran

• Sieć może składać się z wielu segmentów

połączonych mostami

CAN – SAE J1939/21

• Najważniejszy dokument specyfikacji

• Opisuje najczęściej używane wiadomości:

– Request

– Acknowledgement

– Transport Protocol:

• Specifies breaking up larger amount of data into

smaller frames

CAN – SAE J1939/31

• Definiuje repeatery, routery, przełączniki

oraz mosty

• Definiuje sposób w jaki przekazywane są

wiadomości CAN z jednej podsieci do

drugiej

• Definiowany jest również sposób filtracji

przekazywanych wiadomości

CANopen

CANopen

• CANopen standardizes the way the communicated data is structured and exchanged.

• CANopen standards work with Device Profiles

• Several Device Profiles for CANopen are standardized and new ones get constantly added.

• Device Profiles specify the data sets and communication models supported by modules such as Generic I/O, Encoders, Drives, etc.

Interfejs USB

CANopen – stany węzła Slave

CANopen – Katalog obiektów

•Każdy z węzłów posiada katalog obiektów, który może zostać odczytany przez inne węzły podczaskomunikacji

CANopen – Profile urządzeń

• Zastosowanie katalogu obiektów pozwala ustrukturyzować przesyłane dane

• O tym, który z wpisów w katalogu zawiera jakie dane decydują profile urządzeń

• Niektóre z profili urządzeń są zdefiniowane

• Można definiować własne profile urządzeń

Interfejs LIN

LIN - cechy

• LIN – Local Interconnect Network

• Uzupełnienie interfejsu CAN dla prostych aplikacji typu odczyt czujników

• Umożliwia komunikację dwukierunkową po jednym przewodzie

• LIN jest prostym protokołem przeznaczonym dla mikrokontrolerów z interfejsem UART lub USI

• LIN jest połączeniem protokołów I2C oraz RS232

LIN - cechy

• Prędkość do 20kb/s

• Pojedynczy przewód

• Jeden Master/ do 16 Slave-ów

• Autosynchronizacja bez wymogów na rezonatory kwarcowe/ ceramiczne w Slave-ach

• Gwarantowany czas opóźnienia transmisji

LIN – typowe zastosowania

LIN – koszty

LIN vs CAN

LIN – Bus configuration

LIN – transmisja

• Master:– posiada kontrolę nad całą szyną

– decyduje jaka wiadomość i kiedy może byćtransmitowana poprzez sieć

– obsługuje błędy

– służy jako zegar referencyjny

• Slave:– nadaje odbiera dane TYLKO wtedy, gdy otrzyma ramkę z właściwym ID

– oczekuje na właściwe ID

– podczas transmisji slave nadaje: 1, 2, 4 lub 8 bajtów

LIN – transmisja

LIN – ramka

• Pole synchronizacyjne:– specjalny wzór dla określenia częstotliwości transmisji

– pole synchronizacyjne poprzedza każdą ramkę

• Pole ID:– zawiera informacje:

• o nadawcy

• o odbiorcy (odbiorcach)

• o celu ramki

• o długości pola danych

– długość 6 bitów

– chronione przez aż 2 bity parzystości

LIN – ramka

LIN – transmisja Slave->Master

LIN – transmisja Master->Slave(s)

LIN – transmisja Slave -> Slave(s)

LIN – interfejs fizyczny

Interfejs USB

USB- standardy

• USB 1.1:

– Oryginalny standard

– Do 6 hostów (tier) i do 127 urządzeń

– Architektura Master/Slave

– Data rate:• 1.5 Mb/s w trybie LowSpeed

• 12 Mb/s w trybie Full Speed

– Każde z urządzeń może czerpać do 500 mA

USB- standardy

• USB 2.0:

– Zastępuje standard w wersji 1.1

– Główną różnicą jest dodanie nowego trybu: HighSpeed z prędkością 480MB/s

• USB 3.0:

– Główną różnicą jest dodanie nowego trybu: SuperSpeed z prędkością 4.8 GB/s

Dziękuję za uwagę

FT232R

• Główne cechy:

– Pojedynczy układ obsługujący zarówno warstwęsprzętową, jak i programową

– Dostępne i darmowe sterowniki na komputery PC

– Zintegrowany EEPROM 1024B do zapamiętywania ustawień

– Zintegrowany generator sygnału zegarowego

– Prędkości przesyłu od 300B/s do 3Mb/s (RS422, RS485, RS232)

– Kompatybilność z trybem USB2.0 FullSpeed

– Zasilanie 3.3 – 5.25 V


FT232R – Schemat blokowy


FT232R – Zasilanie z portu


FT232R – Zasilanie autonomiczne

USB 3.0

USB On the Go• Features:

– USB OTG is a supplement to USB 2.0 or USB 3.0 specification

– It auguments the capability of USB peripherals by adding host functionality

– The switch between host and peripheralfunctionality can be made dynamically

– OTG devices must have Host NegotiationProtocol (HNP) and Session Request Protocol(SRP) implemented

USB On the Go• Requirements:

– A limited Host capability

– Full-speed operation as a peripheral (high-speed

optional)

– Full-speed support as a host (low-speed and high-

speed optional)

– Session Request Protocol

– Host Negotiation Protocol

– One, and only one connection: a Micro-AB receptacle

– Bus current of minimum 8mA

Host Negotiation Protocol

Host Negotiation Protocol• Initial conditions are the A-Device

operating as host (a_host state) and the

B-Device operating as a peripheral

(b_peripheral state)

• The A-Device has its pull-down resistors

turned on

• The B-Device has its pull-up turned on

• The A-Device performs all the normal host

duties

Host Negotiation Protocol• The application running on the A-Device

starts the HNP ball rolling by negating an

internal signal called “a_bus_req”,

indicating that it does not need to use the

bus

• The A-Device suspends the bus

(a_suspend state) – stops all bus traffic

for at least 3ms

• The A-Device is still operating as the host,

so its pull-down resistors remain on

Host Negotiation Protocol• Then the B-device transitions to the

b_wait_acon state, meaning “the B-

Device waits for the ADevice to connect”

• In this state the B-Device “disconnects” by

turning its pullup resistor off and turning its

pull-down resistors on

Host Negotiation Protocol• After “disconnecting,” the B-Device waits

in the b_wait_acon state for the A-Device

to “connect” as a peripheral

• The ADevice, which is in the a_suspend

state, detects the „dual PD state”, and

transitions to the a_peripheral state

Host Negotiation Protocol• The ADevice “connects” as a peripheral in

the normal USB way, by powering its D+

pullup resistor

• This causes the B-Device to transition to

the b_host state, and the role reversal is

complete

OTG Device architecture

wykład 3 · 2013-11-06 · –j1939/13 off-boarddiagnosticconnector –j1939/15...

Documents