يمكن أن تقف على منطقة التحكم بشبكة الاتصال بروتوكول. وهو بروتوكول تم تطويره بواسطة روبرت بوش في حوالي عام 1986. بروتوكول CAN هو معيار مصمم للسماح لوحدة التحكم الدقيقة والأجهزة الأخرى بالتواصل مع بعضها البعض دون أي كمبيوتر مضيف. الميزة التي تجعل بروتوكول CAN فريدًا بين بروتوكولات الاتصال الأخرى هو نوع بث الناقل. هنا يعني البث أن المعلومات تنتقل إلى جميع العقد. يمكن أن تكون العقدة عبارة عن مستشعر أو وحدة تحكم دقيقة أو بوابة تسمح للكمبيوتر بالاتصال عبر الشبكة من خلال كابل USB أو منفذ إيثرنت. CAN هو بروتوكول قائم على الرسائل، مما يعني أن الرسالة تحمل معرف الرسالة، وبناءً على المعرف، يتم تحديد الأولوية. ليست هناك حاجة لتحديد العقدة في شبكة CAN، لذلك يصبح من السهل جدًا إدراجها أو حذفها من الشبكة. إنه نوع تسلسلي أحادي الاتجاه وغير متزامن من بروتوكول الاتصال. CAN عبارة عن بروتوكول اتصال بسلكين حيث يتم توصيل شبكة CAN من خلال الناقل ذي السلكين. الأسلاك عبارة عن زوج ملتوي له مقاومة خصائص 120 أوم متصلة عند كل طرف. في البداية، تم تصميمه بشكل أساسي للاتصال داخل المركبات، ولكنه يستخدم الآن في العديد من السياقات الأخرى. مثل UDS، وKWP 2000، يمكن أيضًا استخدامه للتشخيص على متن الطائرة.
لماذا يمكن؟
جاءت الحاجة إلى بروتوكول اتصال موحد مركزي بسبب زيادة عدد الأجهزة الإلكترونية. على سبيل المثال، يمكن أن يكون هناك أكثر من 7 TCU لأنظمة فرعية مختلفة مثل لوحة القيادة، والتحكم في ناقل الحركة، ووحدة التحكم في المحرك، وغيرها الكثير في السيارة الحديثة. إذا كانت جميع العقد متصلة ببعضها البعض، فستكون سرعة الاتصال عالية جدًا، لكن تعقيد الأسلاك وتكلفةها سيكونان مرتفعين للغاية. في المثال أعلاه، تتطلب لوحة القيادة الواحدة 8 موصلات، لذا للتغلب على هذه المشكلة، تم تقديم CAN كحل مركزي يتطلب سلكين، أي CAN مرتفع وCAN منخفض. يعد حل استخدام بروتوكول CAN فعالاً للغاية نظرًا لتحديد أولويات الرسائل، كما أنه مرن حيث يمكن إدراج العقدة أو إزالتها دون التأثير على الشبكة.
تطبيقات بروتوكول CAN
في البداية، تم تصميم بروتوكول CAN لاستهداف مشكلة الاتصال التي تحدث داخل المركبات. ولكن لاحقًا، ونظرًا للميزات التي يقدمها، يتم استخدامه في مجالات أخرى مختلفة. فيما يلي تطبيقات بروتوكول CAN:
الزر الموجود في وسط CSS
- السيارات (مركبات الركاب والشاحنات والحافلات)
- المعدات الإلكترونية للطيران والملاحة
- الأتمتة الصناعية والتحكم الميكانيكي
- المصاعد والسلالم المتحركة
- التشغيل الآلي للمبنى
- الأدوات والمعدات الطبية
- البحرية والطبية والصناعية والطبية
يمكن الطبقات العمارة
كما نعلم أن نموذج OSI يقسم نظام الاتصالات إلى 7 طبقات مختلفة. لكن بنية الطبقات CAN تتكون من طبقتين، أي:
دعونا نفهم كلتا الطبقتين.
- طبقة ربط البيانات: هذه الطبقة مسؤولة عن نقل البيانات من عقدة إلى عقدة. يسمح لك بإنشاء وإنهاء الاتصال. كما أنها مسؤولة عن اكتشاف وتصحيح الأخطاء التي قد تحدث في الطبقة المادية. تنقسم طبقة ربط البيانات إلى طبقتين فرعيتين:
ماك: يعنيMAC التحكم في الوصول إلى الوسائط. وهو يحدد كيفية وصول الأجهزة الموجودة في الشبكة إلى الوسيط. يوفر تغليف وإلغاء تغليف البيانات واكتشاف الأخطاء والتشوير. - الطبقة المادية: الطبقة المادية مسؤولة عن نقل البيانات الأولية. فهو يحدد مواصفات المعلمات مثل مستوى الجهد والتوقيت ومعدلات البيانات والموصل.
تحدد مواصفات CAN بروتوكول CAN والطبقة المادية CAN، والتي تم تعريفها في معيار CAN ISO 11898. يتكون ISO 11898 من ثلاثة أجزاء:
- ISO 11898-1: يحتوي هذا الجزء على مواصفات طبقة رابط البيانات ورابط الإشارة المادية.
- ISO 11898-2: يأتي هذا الجزء ضمن الطبقة المادية لـ CAN لسرعة عالية. تسمح علبة السرعة العالية بمعدل بيانات يصل إلى 1 ميجابت في الثانية المستخدمة في مجموعة نقل الحركة ومنطقة الشحن في السيارة.
- ISO 11898-3: يأتي هذا الجزء أيضًا ضمن الطبقة المادية لـ CAN للسرعة المنخفضة. فهو يسمح بمعدل بيانات يصل إلى 125 كيلوبت في الثانية، ويتم استخدام السرعة المنخفضة CAN حيث لا تكون سرعة الاتصال عاملاً حاسماً.
CiA DS-102: الشكل الكامل لـ CiA هو CAN في التشغيل الآلي، والذي يحدد مواصفات موصل CAN.
وفيما يتعلق بالتنفيذ، يتم تنفيذ وحدة التحكم CAN وجهاز الإرسال والاستقبال CAN في البرنامج بمساعدة التطبيق ونظام التشغيل ووظائف إدارة الشبكة.
يمكن تأطير
دعونا نفهم هيكل إطار CAN.
الآن سنرى كيف يتم نقل البيانات عبر شبكة CAN.
تتكون شبكة CAN من عدة عقد CAN. في الحالة المذكورة أعلاه، أخذنا في الاعتبار ثلاث عقد CAN، وقمنا بتسميتها بالعقدة A، والعقدة B، والعقدة C. وتتكون عقدة CAN من ثلاثة عناصر مذكورة أدناه:
- يستضيف
المضيف عبارة عن وحدة تحكم دقيقة أو معالج دقيق يقوم بتشغيل بعض التطبيقات للقيام بمهمة محددة. يقرر المضيف معنى الرسالة المستلمة والرسالة التي يجب أن يرسلها بعد ذلك. - يمكن التحكم
تتعامل وحدة التحكم CAN مع وظائف الاتصال الموضحة في بروتوكول CAN. كما أنه يقوم بتشغيل إرسال أو استقبال رسائل CAN. - يمكن جهاز الإرسال والاستقبال
جهاز الإرسال والاستقبال CAN مسؤول عن إرسال أو استقبال البيانات على ناقل CAN. يقوم بتحويل إشارة البيانات إلى دفق البيانات التي تم جمعها من ناقل CAN والتي يمكن لوحدة التحكم CAN فهمها.
في الرسم البياني أعلاه، يتم استخدام كبل زوج ملتوي غير محمي لنقل أو استقبال البيانات. يُعرف أيضًا باسم CAN bus، ويتكون حافلة CAN من خطين، أي خط CAN المنخفض وخط CAN العالي، المعروفان أيضًا باسم CANH وCANL، على التوالي. يحدث النقل بسبب الجهد التفاضلي المطبق على هذه الخطوط. يستخدم CAN كبلًا مزدوجًا ملتويًا وجهدًا تفاضليًا بسبب بيئته. على سبيل المثال، في السيارة، يمكن أن يتسبب المحرك ونظام الإشعال والعديد من الأجهزة الأخرى في فقدان البيانات وتلف البيانات بسبب الضوضاء. يؤدي التواء الخطين أيضًا إلى تقليل المجال المغناطيسي. يتم إنهاء الحافلة بمقاومة 120 أوم عند كل طرف.
يمكن أن الخصائص
بمساعدة الجهد التفاضلي، سنحدد كيفية نقل 0 و 1 عبر ناقل CAN. الشكل أعلاه هو الرسم البياني للجهد الذي يوضح مستوى الجهد المنخفض والعالي. في مصطلحات CAN، يقال إن المنطق 1 متنحي بينما المنطق 0 هو السائد. عندما يتم تطبيق خط CAN العالي وخط CAN المنخفض بـ 2.5 فولت، فإن الجهد التفاضلي الفعلي سيكون صفر فولت. تتم قراءة الصفر فولت في ناقل CAN بواسطة جهاز الإرسال والاستقبال CAN على أنه متنحي أو منطقي 1. ويعتبر الصفر فولت في ناقل CAN حالة مثالية للحافلة. عندما يتم سحب خط CAN العالي إلى 3.5 فولت ويتم سحب خط CAN المنخفض إلى 1.5 فولت، فإن الجهد التفاضلي الفعلي للحافلة سيكون 2 فولت. ويتم التعامل معه على أنه البت المهيمن أو المنطق 0 بواسطة جهاز الإرسال والاستقبال CAN. إذا تم الوصول إلى حالة الناقل إلى الحالة السائدة أو المنطقية 0، فسيصبح من المستحيل الانتقال إلى الحالة المتنحية بواسطة أي عقدة أخرى.
تخفيض السعر يتوسطه خط
النقاط الرئيسية المستفادة من خصائص CAN
- المنطق 1 هو حالة متنحية. لنقل 1 على ناقل CAN، يجب تطبيق كل من CAN المرتفع والمنخفض CAN بجهد 2.5 فولت.
- المنطق 0 هو حالة مهيمنة. لنقل 0 على ناقل CAN، يجب تطبيق CAN High عند 3.5V ويجب تطبيق CAN low عند 1.5V.
- الحالة المثالية للحافلة متنحية.
- إذا وصلت العقدة إلى الحالة السائدة، فلا يمكنها العودة إلى الحالة المتنحية بواسطة أي عقدة أخرى.
يمكن منطق الحافلة
من السيناريو أعلاه، نتعرف على أن الدولة المهيمنة تحل محل الحالة المتنحية. عندما ترسل العقدة البتة السائدة والمتنحية في وقت واحد، فإن الناقل يظل هو السائد. يحدث المستوى المتنحي فقط عندما ترسل جميع العقد البت المتنحي. يُعرف هذا المنطق باسم منطق AND، ويتم تنفيذه فعليًا كدائرة مجمعة مفتوحة.
يمكن مبدأ الاتصال
وكما نعلم أن الرسالة يتم إرسالها بناء على الأولوية المحددة في مجال التحكيم. بالنسبة للإطار القياسي، يكون معرف الرسالة 11 بت، بينما بالنسبة للإطار الموسع، يكون معرف الرسالة 29 بت. يسمح لمصمم النظام بتصميم معرف الرسالة عند التصميم نفسه. كلما كان معرف الرسالة أصغر، زادت أولوية الرسالة.
دعونا نفهم كيف يعمل التحكيم من خلال مخطط التدفق.
يريد المرسل إرسال الرسالة وينتظر أن تصبح حافلة CAN في وضع الخمول. إذا كان ناقل CAN خاملاً، يرسل المرسل SOF أو البت السائد للوصول إلى الناقل. ثم يرسل بت معرف الرسالة في البت الأكثر أهمية. إذا اكتشفت العقدة البتة المهيمنة على الناقل أثناء إرسال البت المتنحية، فهذا يعني أن العقدة فقدت التحكيم وتوقفت عن إرسال المزيد من البتات. سينتظر المرسل ويعيد إرسال الرسالة بمجرد أن تصبح الحافلة مجانية.
يمكن التحكيم مثال
إذا أخذنا في الاعتبار ثلاث عقد، أي العقدة 1 والعقدة 2 والعقدة 3، فإن معرفات الرسائل لهذه العقد هي 0x7F3 و0x6B3 و0x6D9، على التوالي.
يظهر في الرسم البياني أعلاه إرسال جميع العقد الثلاث ذات البتة الأكثر أهمية.
جافا شار إلى السلسلة
أحد عشرذالبتة: نظرًا لأن البتات الثلاثة للعقد متنحية، فإن البتة الناقلة ستظل أيضًا متنحية.
10ذالبت: تحتوي جميع العقد على البتة العاشرة على أنها متنحية، وبالتالي ستظل الناقلة أيضًا متنحية.
9ذالبت: تحتوي العقدة 1 على بت متنحي بينما تحتوي العقد الأخرى على بت مهيمن، وبالتالي ستظل الناقلة أيضًا هي المهيمنة. في هذه الحالة، فقدت العقدة 1 التحكيم، لذا توقفت عن إرسال البتات.
8ذالبت: ترسل كل من العقدة 2 والعقدة 3 بتات متنحية، بحيث تظل حالة الناقل متنحية.
7ذالبت: ترسل العقدة 2 البتات المهيمنة بينما ترسل العقدة 3 البتات المتنحية، بحيث تظل حالة الناقل هي السائدة. في هذه الحالة، فقدت العقدة 3 التحكيم، لذا توقفت عن إرسال الرسالة بينما فازت العقدة 2 بالتحكيم مما يعني أنها ستستمر في احتجاز الناقل حتى استلام الرسالة.