Definition CAN.Bus

Was ist ein CAN-Bus und wie funktioniert er im Crossfire
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Viper
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Definition CAN.Bus

Beitrag von Viper » Sonntag 22. Dezember 2019, 16:19

Controller Area Network

Der CAN-Bus (Controller Area Network) ist ein serielles Bussystem und gehört zu den Feldbussen.

Er wurde 1983 vom Unternehmen Bosch entwickelt und 1986 zusammen mit Intel vorgestellt. Sein Zweck ist es, Kabelbäume zu reduzieren und hiermit Kosten und Gewicht zu sparen. Zur damaligen Zeit konnte die Gesamtlänge aller Kabel im Kraftfahrzeug ohne CAN bis zu 2 km betragen.

CAN ist als ISO 11898 international standardisiert und definiert die Layer 1 (physische Schicht) und 2 (Datensicherungsschicht) im ISO/OSI-Referenzmodell. Die beiden gängigsten Realisierungen der physischen Schichten sind nach ISO 11898-2 (Highspeed-CAN) und ISO 11898-3 (Lowspeed-CAN). Sie unterscheiden sich in zahlreichen Eigenschaften und sind nicht zueinander kompatibel.

Übertragungsverfahren

Der CAN-Bus arbeitet nach dem „Multi-Master-Prinzip“ d. h., er verbindet mehrere gleichberechtigte Steuergeräte. Ein CSMA/CR-Verfahren löst Kollisionen (gleichzeitiger Buszugriff) auf, ohne dass die gewinnende, höher priorisierte Nachricht beschädigt wird. Dazu sind die Bits – je nach Zustand – dominant bzw. rezessiv (ein dominantes Bit überschreibt ein rezessives). Die logische 1 ist rezessiv (Wired-AND). Die Daten sind NRZ-codiert, mit Bitstopfen zur fortlaufenden Synchronisierung auch von Busteilnehmern mit wenig stabilem Oszillator. Zur Datensicherung kommt zyklische Redundanzprüfung zum Einsatz. Der Bus ist entweder mit Kupferleitungen oder über Glasfaser ausgeführt.
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Plupp; Canbus levels; CC BY-SA 3.0

Spannungspegel im Highspeed-CAN-Bus

Im Falle von Kupferleitungen arbeitet der CAN-Bus mit zwei verdrillten Adern, CAN_HIGH und CAN_LOW (symmetrische Signalübertragung). CAN_GND (Masse) als dritte Ader ist optional, jedoch oft zusammen mit einer vierten Ader zur 5-V-Stromversorgung vorhanden.

Bei höheren Datenraten (Highspeed-CAN) ist der Spannungshub zwischen den beiden Zuständen relativ gering: Im rezessiven Ruhezustand ist die Differenzspannung null (beide Adern etwa 2,5 V über Masse), im dominanten Zustand beträgt sie mindestens 2 V (CAN_HIGH > 3,5 V, CAN_LOW < 1,5 V).

Beim für größere Distanzen geeigneten Lowspeed-CAN kommt ein Spannungshub von 7 V zum Einsatz, indem die rezessiven Ruhepegel auf 5 V (CAN_LOW) und 0 V (CAN_HIGH) gelegt sind. Bei Ausfall einer der beiden Leitungen kann die Spannung der anderen Leitung gegen Masse ausgewertet werden. Bei langsameren Bussen („Komfort-Bus“ z. B. zur Betätigung von Elementen durch den Benutzer) kann ein Eindrahtsystem mit der Karosserie als Masse deshalb reichen. Praktisch wird es meistens doch als Zweidrahtsystem ausgeführt, verwendet aber im Fall eines Aderbruchs den Eindrahtbetrieb als Rückfallebene, um den Betrieb weiterführen zu können. Das nennt sich dann „Limp-Home-Modus“ (Deutsch: „nach-Hause-humpeln-Modus“).

Topologie
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Stefan-Xp; CAN-Bus Elektrische Zweidrahtleitung; CC BY-SA 3.0

Linearer CAN-Bus

Das CAN-Netzwerk wird als Linienstruktur aufgebaut. Stichleitungen sind in eingeschränktem Umfang zulässig. Auch ein sternförmiger Bus (z. B. bei der Zentralverriegelung im Auto) ist möglich. Diese Varianten haben allerdings im Vergleich zum linienförmigen Bus Nachteile:

Der sternförmige Bus wird meist von einem Zentralrechner gesteuert, da diesen alle Informationen passieren müssen, mit der Folge, dass bei einem Ausfall des Zentralrechners keine Informationen weitergeleitet werden können. Beim Ausfall eines einzelnen Steuergeräts funktioniert der Bus weiter.
Für Stichleitungen und sternförmige Busarchitektur ist der Leitungswellenwiderstand etwas aufwendiger zu bestimmen. Die Anzahl der Stichleitungen und ihre Gesamtlänge wird durch empirische Richtformeln abgeschätzt. Der lineare Bus hat den Vorteil, dass alle Steuergeräte parallel an einer zentralen Leitung liegen. Nur wenn diese ausfällt, funktioniert der Bus nicht mehr. Diese Topologie wird häufig in Kraftfahrzeugen eingesetzt.

An jedem Leitungsende sollte sich ein Abschlusswiderstand von 120 Ohm befinden. Für einen einzelnen CAN-Bus-Teilnehmer an einer Stichleitung wirkt dies genauso wie ein einzelner 60-Ohm-Widerstand, der am Ort der Abzweigung eingefügt ist. Dieser Wert ist die zentrale Impedanz einer Sternarchitektur.

Quelle: Wikipedia
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Ciao Andre ,wi,

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