Подключение китайской магнитолы к ISO и CAN-шине(VAG).
Изначально писал для владельцев VW Jetta 6 нижегородской сборки, где в штатном разъеме нет CAN шины. За 3 года пост посмотрели 111000 раз, обалдеть). Пост будет дополняться, поправки приветствуются. Если есть полезная инфо в других БЖ — сделаю ссылки, пишите.
Многие владельцы VAG сейчас ставят китайские магнитолы с поддержкой CAN, но в машине зачастую есть только ISO разъемы и CAN шина к ним не подведена. В моем случае это Isudar на андроиде aliexpress.ru/item/32557021060.html Инструкций по массе проводов и разъемов, которые шли с магнитолой, не было. В интернете по этой модели тоже ничего нет. Продавец на связи, но он не производитель и мало что понимает в теме. Перед тем, как заказать магнитолу, обязательно свяжитесь с продавцом для уточнения платформы и комплектации авто, чтобы он вложил все нужные переходники и правильный декодер. Итак, CAN не было в магнитоле с завода, имеем только два ISO разъема:
коричневый — аудиовыходы, черный — питание.
Втыкаем их в адаптер из комплекта. Адаптеры у всех разные, китайцы делают универсальные магнитолы со всеми возможными вариантами подключения, для этого делают массу адаптеров и внешний CAN декодер.
Желтый провод — плюс питания магнитолы
Черный — минус питания магнитолы
Они питают саму магнитолу и декодер
Красный — ACC (accesoires, шинка доп. оборудования)
По нему магнитола получает сигнал о включении, он идет либо сразу в магнитолу (без CAN), либо декодер получает сигнал о включении шинки ACC по CAN шине и далее декодер подает сигнал на включение магнитоле по своему проводу ACC. Во втором случае провода ACC от разъема ISO к декодеру и от разъема ISO к магнитоле должны быть разомкнуты во избежание проблем.
Оранжевый -ILL (illumination, подсветка кнопок)
По нему питается подсветка кнопок магнитолы, в плане подключения его касается все то же, что написано про провод АСС. ACC/ILL обычно и идут в паре.
Зеленые B0, B1, B2 — для разных распиновок CAN шины (у кого она подведена к ISO), пин CAN low — обычно общий. Бывает CAN-шина выполнена парой серый/белый провода.
адаптер из комплекта
Зачем нам магнитола, включенная в CAN сеть?
1) Задняя камера будет включаться правильно. Не надо будет подключаться к заднему фонарю = не будет проблем с импульсным контролем ламп.
2) На экран будет выводиться информация о точном количестве топлива, открытых дверях, непристегнутых ремнях, включении ручника, скорости, напряжении батареи, температуре за бортом, о работе климат-контроля, датчиках давления шин, парктрониках и т.д. (при наличии всего этого на авто)
3) Подсветка экрана будет приглушаться при включении фар
Для кого-то не очевидно, поэтому сразу скажу, что управление с магнитолы оборудованием авто невозможно Исключение — ГУ Teyes с огромным экраном и ценой, в котором ваш блок управления климатом заменяется на встроенный в ГУ, дабы увеличить экран вытеснив блок климата. Но мне пока не понятно, как зависший от мороза дисплей будет управлять печкой.
Итак, мы хотим подключиться к CAN — сети. Пора разобраться с терминами.
CAN — Controller Area Network — сеть контроллеров-блоков, связанных между собой витой парой проводов CAN bus. Именно витой парой, для уменьшения помех. Рекомендую также скручивать свои провода, которыми подключаетесь к CAN bus.
Многие непонятно почему называют декодер канбасом или канбусом. Некоторые даже убеждают что это правильное название, а декодером его зовут только китайцы)) Так вот, bus по английски — автобус шина. CAN bus = CAN — шина. CAN bus это сама шина, а не декодер! Это локальная сеть в авто. По CAN- шине контроллеры зависают в чатах всем сразу рассылают сообщения, а те контроллеры, которым они адресованы, их получают. В машине не одна CAN-шина. Быстрая шина (до 500кб/с) управляет двигателем, airbag, тормозами и прочими ответственными системами, на ВАГах это витая пара из оранжевого с ЧЕРНОЙ полосой и оранжевого с коричневой полосой проводов (лучше не трогать!). Есть еще медленные (до 100 кб/с) информационно-командная шина и шина комфорта, которые теперь объединены в одну шину комфорта. Разные шины общаются меж собой (и с нами по OBDII) через интерфейс Gateway. Нас интересует шина комфорта, на всех ВАГах это витая пара из оранжевого с зеленой полосой (CAN high) и оранжевого с коричневой полосой (CAN low) проводов.
витая пара CAN шины
Еще одно заблуждение: CAN low это не минус! CAN high и CAN low это два плюса, зеркальные отражения сигналов друг друга. Насколько на одном повышается напряжение при сигнале, настолько же на другом понижается. Так сделано для большей надежности, при обрыве одного провода или замыкании, такая сеть будет выполнять свои функции точно так же, просто перейдет в аварийный режим и выдаст соответствующую ошибку.
Но чтобы магнитола понимала сообщения CAN шины, нам нужен свой контроллер — CAN bus decoder, он либо встроен в магнитолу или внешний блок комфорта (штатные ГУ) либо идет с магнитолой в отдельной коробочке с кучей адаптеров для универсальности (китайское ГУ). Если декодера не было в комплекте, нужно попросить продавца его выслать вместе с адаптером под ISO-разъемы.
декодер
Декодер читает сообщения CAN-шины и посылает команды на MCU магнитолы по паре Rx/Tx, (R-receive, T-transfer) он также подает сигналы по проводам ACC/ILL в магнитолу, которые в варианте без CAN приходят из ISO напрямую.
Подключиться к CAN шине комфорта можно в любом месте, где она есть: у блока Gateway, у блока климат-контроля, в косе проводов водительской двери.
У блока Gateway можно подключиться, вставив дополнительные пины в разъем блока. 10-й пин — CAN low, 20-й пин — CAN high. Примеры подключения смотрите тут или тут
На новых машинах есть возможность подключиться к CAN в разъеме Эра-ГЛОНАСС, смотрите тут
У меня есть климат, мне было проще подключиться к шине у разъема его блока.
Снимаем блок климата, вынимаем из самого большого разъема (справа) красную защелку и выдергиваем разъем, чтоб удобней было паять. Я клеммы с аккумулятора не сдергивал, вы — как хотите.
В этом разъеме ищете витую пару CAN-шины комфорта. Как писал выше, на всех ВАГах это витая пара из двух оранжевых проводов. Оранжевый с зеленой полосой — CAN high, оранжевый с коричневой — CAN low.
Припаеваем к ним наши провода так, чтобы через все разъемы и адаптеры оранжевый провод с зеленой полосой соединить с CAN high декодера, а оранжевый с коричневой полосой — с CAN low декодера.
отрезал один из ненужных двухпиновых разъемов адаптера и использовал его для соединения
Куда подключить нашу витую пару в декодере? Распиновка китайских декодеров примерно одинаковая:
Нам интересны только 3 пары пинов:
— CAN high/CAN low — вход CAN шины, то что нам нужно.
— ACC/ILL — с этих пинов декодер в магнитолу подает сигналы ACC/ILL (писал выше)
— Rx/Tx — с этих пинов декодер подает команды на MCU магнитолы.
Почти все проблемы с включением магнитолы и отсутствием CAN инфо связаны с неправильным подключением проводов к этим пинам или с неисправным декодером.
Для тех, у кого CAN-шина и ISO есть в квадлок-разъеме с завода:
распиновка питания в квадлоке
Бывает такое, что китайцы путают местами ACC+ и BAT+ в переходниках. Надо менять местами. Бывает такое, что некоторые ГУ не успевают распознать короткую паузу по питанию, когда заводите двигатель и ГУ каждый раз перезагружается. Тут уж к производителю, или задержки какие-то самодельные паять.
С CAN bus разобрались. Теперь задняя камера. Видеосигнал камеры втыкаем в разъем "Rear camera in" а красный проводок на кабеле припаиваем к розовому проводу "reverse" с одной стороны (на нем появляется +12V при включении задней передачи) и к плюсу камеры с другой стороны, минус камеры — на массу.
У кого мультируль (у меня — нет!) — все должно работать по CAN -шине.
Как это выглядит:
Показывает остаток топлива, температуру, обороты, пробег, ремни, ручник. При включении фар подсветка экрана приглушается. Обе камеры работают. Кнопки светятся.
Сори за плохое качество фото.
Если вам нужен красивый интерфейс и расширенный функционал магнитолы, ищите альтернативную прошивку, например мод от Hal9k
ЕСЛИ ВАМ НУЖНА ПОМОЩЬ:
Я не специалист по настройке магнитол, диагностике неисправностей декодера, не гадаю вслепую по проводам и номерам пинов, не вникал в протоколы обмена данными, не разбираюсь в разновидностях декодеров и т.д. и т.п. Я вообще не специалист. Мне просто надо было подключить свою магнитолу к ISO, я изучил вопрос и у меня все получилось, поделился с другими, т.к.инфо по теме было мало в сети. Все, что я знаю — есть в посте. Если вы все сделали так же и ничего не работает — покажите фото всех ваших соединений и распиновку магнитолы, может что-то упустили. Если и с этим полный порядок — ищите проблему в оборудовании, пишите продавцу. По другим авто (не группы VAG) не знаю вообще ничего. Если зашли в тупик и никто вам не может помочь — обратитесь к установщику сигнализаций, автоэлектрику (реальному, не в интернете).
ХОТИТЕ ЕЩЕ БОЛЬШЕ?
Благодаря kizup и его крутому приложению Vag Android Cockpit, купив еще один китайский адаптер , можно подключить магнитолу еще и к диагностической каншине! (9 и 19 пины на гейте) И получить еще больше данных! Смотрите тут
как подключиться к can шине в автомобиле
Описание CAN шины и как через нее подключить автосигнализацию
Для того чтобы упорядочить работу всех контроллеров, которые облегчают управление и повышают контроль вождения автомобилем, используется CAN-шина. Подключить такое устройство к сигнализации машины можно своими руками.
Что такое CAN-шина и принцип ее работы
КАН-шина представляет собой сеть контроллеров. Устройство используется для объединения всех управляющих модулей автомобиля в одну рабочую сеть с общим проводом. Этот девайс состоит из одной пары кабелей, которая называется CAN. Информация, передающаяся по каналам из одного модуля на другой, отправляется в закодированном виде.
Какие функции может выполнять CAN-шина:
Эта система работает в нескольких режимах:
Канал Виалон СУшка в своем видео рассказал о КАН-шине и что надо знать про ее эксплуатацию.
Плюсы и минусы
Какими преимуществами обладает КАН-шина:
Какие недостатки характерны для устройства:
Виды и маркировки
Самым популярным типом шин являются устройства, разработанные Робертом Бошем. Девайс может функционировать последовательно, то есть сигнал передается за сигналом. Такие устройства называются Serial BUS. В продаже можно встретить и параллельные шины Parallel BUS. В них передача данных осуществляется по нескольким каналам связи.
О разновидностях, принципе действия, а также возможностях КАН-шины можно узнать из видео, снятого каналом DIYorDIE.
С учетом разных типов идентификаторов можно выделить несколько видов устройств:
Надо учесть, что в современных машинах такие типы устройств не применяются. Это связано с тем, что работа системы должна быть согласованной и логичной. А в данном случае она может функционировать при нескольких скоростях передачи импульсов – на 125 либо 250 кбит/с. Более низкая скорость используется для управления дополнительных устройств, таких как осветительные приборы в салоне, электрические стеклоподъемники, стеклоочистители и т. д. Высокая скорость нужна для обеспечения рабочего состояния трансмиссии, силового агрегата, системы ABS и т. д.
Разновидность функций шин
Рассмотрим, какие существуют функции у различных девайсов.
Девайс для автомобильного двигателя
При соединении устройства обеспечивается быстрый канал передачи данных, по которому информация распространяется со скоростью 500 кбит/с. Основное предназначение шины заключается в синхронизации работы управляющего модуля, к примеру, коробки передач и мотора.
Устройство типа Комфорт
Скорость передачи данных по этому каналу более низкая и составляет 100 кбит/с. Функция такой шины заключается в соединении всех устройств, относящихся к данному классу.
Информационно-командный девайс
Скорость передачи данных такая же, как и в случае с устройствами типа Комфорт. Главная задача шины заключается в обеспечении связи между обслуживающимися узлами, к примеру, мобильным девайсом и системой навигации.
Шины от разных производителей приведены на фото.
Могут ли быть проблемы в работе CAN-шин?
В современном авто цифровая шина используется постоянно. Она работает одновременно с несколькими системами, причем по ее каналам связи постоянно передается информация. Со временем в работе устройства могут возникнуть неполадки. В результате анализатор данных будет функционировать неверно. При обнаружении неполадок автовладелец должен найти причину.
По каким причинам возникают сбои в работе:
При поиске причин учитывайте, что неисправность может заключаться в некорректной работе вспомогательных устройств, устанавливающихся дополнительно. К примеру, причина может заключаться в неправильном функционировании противоугонной системы, контроллеров и девайсов.
О ремонте CAN-шины приборной панели в автомобиле Форд Фокус 2 можно узнать из ролика, снятого пользователем Brock – Video Corporation.
Процесс поиска неисправности осуществляется так:
Диагностика работоспособности КАН-шины требует определенных навыков и опыта, поэтому процедуру поиска неисправностей лучше доверить специалистам.
Как подключить сигнализацию по CAN-шине
Для подключения КАН-шины своими руками к автосигнализации машины с автозапуском либо без него надо знать, где находится блок управления противоугонной системой. Если установка сигнализации осуществлялась самостоятельно, то процесс поиска не вызовет сложностей у автовладельца. Управляющий модуль обычно ставится под приборной панелью в районе рулевого колеса либо за контрольным щитком.
Как произвести процедуру подключения:
Видео «Пример подключения КАН-шины»
Пользователь Alexander Bast в видеоролике показал на примере автомобиля Фольксваген Поло, как производится процедура подключения шины к бортовой сети автомобиля.
Новичку о подключении к CAN шине
Для работы с CAN шиной автомобиля необходимо знать:
В автомобиле может быть более одной CAN шины. Для каждого функционального сегмента автомобиля выделяется своя сеть CAN. Выделенные сети могут работать на разных скоростях.
Скорости работы CAN шины
CAN на разных автомобилях и в разных сегментах сети может работать на разных скоростях.
Названия сегментов сети: Мотор, Шасси, Комфорт, Салон – условны! У Каждого автопроизводителя свои названия этих участков сети!
Сегментация CAN шины по функциональному назначению
Схема ниже изображена в общем виде для упрощения понимания роли Гейтвея. Количество CAN шин и варианты включения блоков управления к тому или другому сегменту сети могут отличаться.
Реализации CAN на уровне электрических сигналов
CAN шина может быть реализована физически тремя способами:
1 ISO11898-2 или CAN-High Speed.
Классическая витая пара нагруженная с обоих концов резисторами 120 Ом.
В этом случае уровни на шине CAN выглядят так: 
2 ISO11898-3 или CAN-Low Speed или Faut Tolerant CAN
В этом варианте используется та же витая пара, но линии CAN-Low и CAN-High подтянуты к напряжению питания и массе соответственно.
Подробное описание FT-CAN по ссылке
Такой вариант CAN шины способен переключаться в однопроводный режим в случае повреждения одной из линий. Работает на скоростях до 250 кбит\с.Уровни сигнала на шине отличаются от High Speed CAN, при этом не теряется возможность работы с шиной FT-CAN используя трансиверы High-Speed CAN и соблюдая ряд условий.
Подробнее в нашей статье о FT-CAN – ссылка. 
Fault tolerant CAN обычно используется для низкоскоростного обмена между блоками управления относящимися к сегменту сети Салон\Комфорт\Мультимедиа.
3 Single Wire CAN или SW-CAN
Однопроводный вариант шины CAN. Работает на скорости 33.333 кбит\с
Используется специальный тип трансиверов. Для того что бы подключиться к такому варианту шины CAN необходимо линию CAN-High анализатора подключить к шине SW-CAN а линию CAN-Low к массе\земле. 
Взлом кан-шины для чайников.
Всем привет!
Я очень часто получаю вопросы через ЛС о том, как подключиться к кан-шине автомобиля и как вытащить нужную информацию из нее. Сегодня я подробно расскажу о процессе взлома кан-шины. Будет много текста и картинок.
Вернемся к Кан-шине. Нас интересуют конкретные данные. Кому-то нужны обороты двигателя, кому-то сведения о парктрониках или информация о параметрах климат-контроля, кто-то ищет команды, отправляемые с кнопок руля. Причем не обязательно, что все данные будут находиться в одной кан-шине. В автомобиле шин может быть 2, 3 и более. Есть высокоскоростная шина, с которой работают основные силовые узлы автомобиля (двигатель, коробка и т.д.). Но есть и другие шины. По ним передаются данные о состоянии замков дверей, парктроников, климата и прочего.
Для начала нужно определиться, к какой шине нам нужно подключиться. Если нас интересует информация о климат-контроле, то нужно подключаться к кан-шине, идущей к блоку управления климатом. Первым делом нужно найти схему разъема нужного блока (распиновку). В ней обязательно должны быть следующие контакты — Can H (он же Can+ или Can High) и Can L (он же Can- или Can Low). Именно к ним мы будем подключаться для извлечения данных.
Итак, определились с местом подключения. Теперь давайте разберемся с тем, чем именно будем взламывать шину. Для этого уже есть готовые и недорогие решения. Начнем с железной составляющей. Нам понадобится обычный компьютер (ноутбук) под управлением Windows. Думаю с этим ни у кого проблем не возникнет.
Для считывания данных кан-шины и передачи их на компьютер нам понадобится микроконтроллер Arduino UNO (рекомендую приобрести китайский клон на всем известном сайте) и так называемый шилд для него — Can Bus Shield для Arduino Uno. Вот ссылки на комплектующие:
Can Bus Shield (есть более дешевые варианты, но нужно паять ножки самостоятельно. В последний раз шилд обошелся мне в 350р).
Arduino Uno R3 (китайский клон)
Шилд нужно вставить в плату ардуино вот так.
На самом шилде есть вот такая дорожка. Ее нужно перерезать, например канцелярским ножом, иначе никаких данных он не передаст.
На некоторых шилдах дорожки нет (точнее есть, но она не видна). Есть просто два контакта в том же месте. Нужно перерезать ножом место между ними (так как под слоем краски идет дорожка).
На самом шилде есть колодка для подключения проводов к кан-шине (на фото выше — зеленая). Две клеммы с обозначениями Can L и Can H. Теперь нам нужно взять кусок двухжильного кабеля (я предпочитаю витую пару), одну сторону подключить к колодкам шилда, а вторую — к проводам Can H и Can L соответствующих пинов разъема климат-контроля. Можно посадить на скрутки.
Таким образом можем считать, что со стороны железа подключение и настройку мы закончили. Теперь перейдем к программной части.
Подключаем наш Arduino к компьютеру и настраиваем Arduino IDE. Выбираем в меню Инструменты->Плата-> Arduino Uno. В этом же меню выбираем Порт, к которому подключен наш Ардуино. Обязательно запоминаем номер порта, он нам еще пригодится. Теперь открываем скачанный скетч canhacker.ino и загружаем скетч в Ардуино, нажав Ctrl+U.
Да, вот еще что. В скетче следует обратить внимание на строку функции void setup():
if(CAN_OK == CAN.begin(CAN_100KBPS))
В этой строке мы указываем скорость нашей кан-шины. Мультимедийная шина генезиса работает со скоростью 100кб/с. Именно ее я и задал в скетче canhacker.ino. Для других автомобилей скорость может отличаться, поэтому если после запуска программы Can Tool вы не увидите никаких сообщений, пробуйте менять этот параметр на, скажем 125, 200, 500… полный перечень можно найти в файле mcp_can.cpp библиотеки Can Bus Shield (ссылка выше).
Как работает КАН шина в автосигнализации, где она находится и как ее подключить?
CAN шина является одним из устройств, обеспечивающих возможность более упрощенной установки противоугонной системы в автомобиле. Зная особенности монтажа КАН модуля, произвести его можно самостоятельно.
Что такое CAN шина и принцип работы
Автомобильный электронный КАН модуль представляет собой сеть контроллеров, предназначенных для объединения всех управляющих блоков машины в одну сеть. Основная особенность заключается в том, что объединение элементов происходит с использованием одного проводника. Сам цифровой интерфейс на авто включает в себя пару кабелей, именуемых CAN. Информация, которая поступает по каналам от одного блока к другому, передается в зашифрованном виде.
Где находится устройство
Место установки CAN шины зависит от конкретной модели автомобиля, этот момент надо уточнять в сервисном руководстве к машине. Он может располагаться в моторном отсеке или в салоне, под панелью приборов. Подробно на фото показаны примеры расположения КАН интерфейсов.
Функции
Функции, выполняющиеся интерфейсом КАН:
Режимы
Цифровая система может функционировать в нескольких режимах:
Характеристики
Отдельно следует сказать об основных характеристиках скорости работы интерфейса:
Разновидности и устройство
По устройству КАН шина представляет собой разъем, к которому могут подключаться блоки:
По типу использующихся идентификаторов КАН модули разделяются на два класса:
По разновидностям цифровые интерфейсы делятся на несколько категорий:
Подробно о способах передачи информации между устройствами по КАН модулю сказано в ролике канала «Электротехника и электроника для программистов».
Преимущества сигнализации с CAN шиной
Достоинства, характерные для КАН интерфейсов:
Подробно о преимуществах использования CAN модулей можно узнать из ролика, снятого каналом DIYorDIE.
Недостатки сигнализации с CAN шиной
Минусы, характерные для этих устройств:
Как установить и подключить сигнализацию к CAN шине?
Наличие данного интерфейса позволяет соединить противоугонный комплекс с «мозгами» автомобиля более быстро. Выполнить эту задачу можно своими руками.
Подготовительные работы
При подготовке надо точно узнать, где находится микропроцессорный модуль управления охранной системой. Если процедура ее монтажа выполнялась в гаражных условиях, то поиск будет несложным. В случае когда установка производилась специалистами, надо уточнить месторасположения устройства.
Пошаговая инструкция
Процесс подключения охранного комплекса к КАН интерфейсу выполняется так:
Пользователь sigmax69 в ролике показал, как выполняется процедура подключения противоугонного комплекса с помощью КАН модуля на примере автомобиля Хендай Солярис.
Неисправности CAN шины
О неполадках в работе КАН интерфейса могут сообщить следующие признаки:
Как проверить?
Процедуру диагностики работы CAN шины рекомендуется выполнять с помощью анализатора, это наиболее быстрый и точный метод проверки.
При его отсутствии можно воспользоваться мультиметром:
Как устранить?
Если CAN шина повреждена, необходимо найти вышедшие из строя контакты и отремонтировать их. Процедура восстановления работоспособности выполняется посредством перепайки. Поврежденные провода также подлежат замене, как и проводники, на которых стерлась изоляция.
Видео «Диагностика авто с помощью CAN шины»
Канал KV Avtoservice подробно рассказал о процедуре выполнения компьютерной проверки машины с использованием КАН интерфейса.
CAN-технология BOSCH в диагностике автомобилей
CAN Технологии
Применяемая на автомобилях система CAN (Controller_Area_Network) позволяет установить связь между отдельными электронными блоками управления. При эксплуатации автомобиля и при диагностике его агрегатов эта система предоставляет возможность использования новых функций, которые не могут быть возложены на отдельно действующие блоки управления.
Применяемая на автомобилях система CAN позволяет объединить в локальную сеть электронные блоки управления или сложные датчики, как, например, датчик угла поворота рулевого колеса. Обозначение CAN является сокращением от выражения Controller:Area:Network (локальная сеть, связывающая блоки управления). Применение системы CAN на автомобиле дает следующие преимущества:
Обмен данными между блоками управления производится на унифицированной базе. Эту базу называют протоколом. Шина CAN служит как бы магистралью для передачи данных.
Независимо действующие системы, например, система курсовой стабилизации ESP, могут быть реализованы с меньшими затратами.
Упрощается подключение дополнительного оборудования.
Шина данных CAN является открытой системой, к которой могут быть подключены как медные провода, так и стекловолоконные проводники.
Диагностика электронных блоков управления производится посредством кабеля «К».
Диагностика некоторых компонентов оборудования салона автомобиля уже сегодня производится через шину CAN (например, это подушки безопасности и блоки управления в дверях автомобиля). В данном случае речь идет о так называемом виртуальном кабеле «К». В будущем необходимость в кабеле «К» должна отпасть.
Можно проводить одновременную диагностику нескольких блоков управления, входящих в систему.
CAN
Промышленная сеть CAN (Controller Area Network) была создана в конце 80-х годов фирмой Bosch как решение для распределенных систем, работающих в режиме реального времени. Первая реализация CAN применялась в автомобильной электронике, однако сейчас CAN находит применение практически в любых типах машин и промышленных установок, от простейших бытовых приборов до систем управления ускорителями элементарных частиц. В настоящий момент CAN-протокол стандартизован в международном стандарте ISO 11898.
Основные положения стандарта CAN.
В качестве среды передачи в CAN используется дифференциальная линия связи — витая пара, сигналы по которой передаются в дифференциальном режиме.
Для контроля доступа к среде передачи используется метод недеструктивного арбитража.
Данные передаются короткими (максимальная длина поля данных — 8 байт) пакетами, которые защищены контрольной суммой.
В CAN отсутствует явная адресация сообщений. Вместо этого каждый пакет снабжен полем арбитража (идентификатор+RTR-бит), которое задает приоритет сообщения в сети.
CAN имеет исчерпывающую схему контроля ошибок, которая гарантирует повторную передачу пакета, в случае возникновения ошибок передачи/приема сообщения.
В CAN существует способ автоматического устранения узла, являющегося источником ошибочных пакетов в сети.
CAN контроллеры.
Протокол CAN полностью реализован аппаратно — в виде микросхем- CAN контроллеров или в виде стандартного периферийного устройства в составе микросхемы- микроконтроллера. Все производители современных микроконтроллеров по крайней мере в одном из семейств имеют микроконтроллеры со встроенным периферийным одним или несколькими CAN-контроллерами. Таким образом, сегодня, СAN-контроллер является таким же стандартным периферийным устройством как контроллер SPI, I2C или UART.
Что такое CAN-шина
Для повышения надежности в CAN-шине используется принцип дифференциальной передачи данных, требующий двух проводов, CAN-High (CAN-H) высокий и CAN-Low (CAN-L) низкий уровень напряжения.
Рецессивные и доминантные биты
Для повышения надежности в CAN-шине используется принцип дифференциальной передачи данных, требующий двух проводов, CAN-High (CAN-H) высокий и CAN-Low (CAN-L) низкий уровень напряжения.
Как это исполнено физически
Физически CAN-шина – система из специального кабеля с разветвителями для подключения электронных блоков и конечных устройств-терминаторов (резисторов).
Витая пара
Чаще всего шина CAN – скрученные (витые) пары проводов (по 30 витков на один погонный метр) с разветвителями для подключения ЭБУ (ECU) и конечными резисторами-терминаторами с номинальным сопротивлением 120 Ом на концах шины.
Сколько CAN-шин может быть на ТС
На ТС экологического уровня Евро-3 и выше может быть от 1 до 6 и более шин CAN, которые могут обозначаться как M-CAN, T-CAN, I-CAN, H-CAN, A-CAN, EBS-CAN и т.д.
Как найти CAN-шину
Признаками шины М-CAN и Т-CAN могут быть, например:
• наличие диагностического разъема OBD II;
• цвет и сечение проводов витых пар;
• связь витых пар с контактами в разъемах OBD II и ЭБУ.
Диагностический разъём OBD II и его распиновка
На большинстве ТС после 2003 года используется диагностический разъем OBD II или DLC (Diagnostic Link Connector), который находится под панелью приборов.
Как будем искать CAN-шину
С помощью мультиметра можно проверить любую витую пару проводов, чтобы убедиться в следующем:
1. Является ли проверяемая витая пара вообще CAN-шиной? (Проверка импеданса);
2. Если витая пара является CAN-шиной, то передаются ли в ней какие–либо сообщения? Проверка работоспособности);
3. Находится ли CAN-шина в работоспособном состоянии и какая из линий шины является CAN-L, а какая – CAN-H?
Внимание! Неосторожное обращение с включенной
CAN-шиной может привести к фиксации в ней ошибок!
Проверка импеданса
Проверка импеданса (полного сопротивления)
ВНИМАНИЕ!
Проверка должна производиться при полностью выключенном питании бортовой сети (выключенной массе).
Контрольное значение должно быть в пределах 60 Ом.
Проверка работоспособности CAN-шины
Находится ли CAN-шина в рабочем состоянии?
ВНИМАНИЕ! Проверка производится при включенном замке зажигания, работающем двигателе, нажатии и отпускании педали подачи топлива между проводами витой пары.
Контрольное значение напряжения должно быть в пределах 1,2-3,0 В.
Определение CAN-H и CAN-L
Какой из проводов является CAN-H, а какой CAN-L?
ВНИМАНИЕ! Проверка производится в состоянии рецессии (при включенном главном выключателе АКБ (кнопке массы), замок зажигания выключен!) и в доминантном состоянии (при включенном замке зажигания в положение «Приборы», при работающем и не работающем двигателе).
Проверка с помощью осциллографа
Учитывая возможные отклонения уровня напряжения от номинальных значений, состояние рецессии можно определить только с помощью осциллографа.
Цвет оболочки и цветовая маркировка проводов
CAN-шина. Что можно увидеть?
В зависимости от того, какую информацию заложил в CAN-шину производитель, могут распознавать:
Способы подключения:
Контактный способ:
Достоинства:
• просто и дешево;
• можно работать на считывание и передачу.
Недостатки:
• может оказывать мешающее влияние на CAN-шину; проблемы с возникновением и фиксацией ошибок;
• Проблемы с гарантией на ТС.
Безконтактный способ (CANCrocodile):
Достоинства:
• не оказывает мешающего воздействия на CAN-шину.
Недостатки:
• можно работать только на считывание.
Бесконтактныe считыватели Crocodile
CAN Crocodile – устройство для бесконтактного считывания данных с CAN-шины автомобиля. CAN Crocodile применяется для подключения к шине CAN систем GPS/ГЛОНАСС мониторинга, которые получают информацию о режимах работы двигателя, состоянии датчиков, уровне топлива, наличии неисправностей и т.д. CAN Crocodile не нарушает изоляцию проводов CAN и «слушает» обмен по шине с помощью специального беспроводного приемника. Применение CAN Crocodile абсолютно безопасно для автомобиля (!), незаметно для работы бортового компьютера, диагностического сканера и других электронных систем. Особенно актуально применение CAN Crocodile для гарантийных автомобилей, в которых подключение каких-либо электронных устройств к шине CAN часто служит поводом для снятия с гарантии.
Бесконтактным способом – без нарушения изоляционной оболочки проводов и электрического контакта.
Не нарушает изоляцию;
Не влияет на работу CAN-шины;
Не занимает диагностический разъём
Что такое CAN-шина в автомобиле (устройство и схема подключения)
Автомобили давно уже стали не просто компьютерами на колёсах, а скорее компьютерными сетями. Передача механических, гидравлических или пневматических усилий между узлами и механизмами со временем превратилась в обмен электрическими сигналами, а сейчас и в информационное взаимодействие.
Наряду с массовым внедрением дешёвых электронных комплектующих, потребовалось разработать достаточно сложное и надёжное сетевое физическое и программное обеспечение.
Зачем нужна в машине CAN-шина
По мере усложнения автомобильной электроники, производители столкнулись с некоторыми проблемами, которые всё больше проявлялись с ростом рыночной конкурентоспособности новых моделей.
Далее наращивать объём оборудования простым добавлением управляющих и исполнительных устройств стало невозможно:
- количество проводов в жгутах, их масса, объёмы и расход дорогостоящей меди стали превышать разумные пределы;
- многие узлы, особенно датчики и первичные преобразователи, многократно дублировались, что необоснованно увеличивало затраты;
- сложнейшие автомобили, особенно премиального класса, стали совершенно неподъёмными в обслуживании и диагностике даже для профильных сервисов из-за отсутствия стандартизации технических решений;
- надёжность машин падала по мере роста количества заключённого в них оборудования, как по чисто объективным законам связи сложности и безотказности, так и из-за отсутствия времени на отработку многочисленных уникальных систем.
Решение должно было быть радикальным, и этот качественный скачок в развитии автомобильной электроники произошёл.
Электросхемы машин стали делать по принципам, заложенным в основах вычислительной техники и к тому времени уже достаточно устоявшимся и понятным.
Автомобиль стал представлять собой сеть из микрокомпьютеров, каждый из которых обслуживал свою систему или отдельный узел.
Например, двигатель, коробку передач, узлы трансмиссии, блок климата и даже отдельные фонари наружного освещения или стеклоподъёмники. Уже не надо было тянуть к каждому устройству медные провода в огромном количестве через весь автомобиль.
Причём до появления единой информационной шины некоторые узлы были обвешаны сразу несколькими однотипными датчиками, электронными блоками и жгутами проводки.
CAN-шина обходится единственной витой парой, то есть скрученными между собой двумя тонкими проводками, которые обходят все устройства, имея ответвления на каждое из них.
По схеме получается, что все блоки соединены параллельно через данную шину. Последовательный способ передачи информации делает это возможным, отдельных проводов данных, адресов, синхронизации и назначения приоритета не требуется.
Более того, системе не нужен единый обрабатывающий и управляющий сервер, все ресурсы распределены по микроконтроллерам.
Схема и место расположения КАН-интерфейса
Сеть имеет выход наружу через диагностический OBD разъём, где на этот счёт стандартом чётко определена пара контактов.
Точнее, две пары, из дальнейшего рассмотрения станет понятно, что через диагностику можно подключаться к двум CAN-шинам различного вида и назначения.
Обеспечивающий совместную работу шлюз в разных автомобилях может быть выполнен в виде отдельного блока, входить в состав контроллера управления двигателем, но чаще – приборной панели.
Принцип работы
Работа CAN-шины определяется физическим и логическим протоколами, которые достаточно чётко стандартизованы, хотя и имеют целый ряд исполнений.
Физически это витая пара, каждый из проводов которой является сигнальным. Работают они в противофазе, один поэтому называется CAN-High, второй – CAN-Low.
Сделано так с целью обеспечить максимальную помехоустойчивость при большой скорости передачи данных. Сигнал с пары снимается по дифференциальному принципу, то есть парой встречно включённых компараторов.
На концах витой пары имеется волновое согласование двумя терминальными резисторами по 120 Ом. Хотя встречаются и другие номиналы, но редко.
Активным уровнем считается низкий, он же логический ноль. Это общий принцип в работе устройств с открытым коллектором, разве что тут не применяется инвертирование уровней. Отсюда и логический принцип работы – инициируется линия любым устройством, открывшим свой выходной транзистор и сформировавшим первый нулевой бит.
Далее идёт идентификация приоритетного устройства, которое должно передать свою информацию первым в случае конфликта во времени. Протокол стандартный, каждый бит посылки расписан в даташитах ISO.
Все устройства одновременно передают и считывают информацию чётко соблюдая протокол, зашитый в памяти их контроллеров. Ненужные или ошибочные данные определяются и игнорируются.
Виды CAN-шин
Обычно используют две шины – высокоскоростную и низкоскоростную (не желая использовать этот компрометирующий термин, некоторые производители говорят о среднескоростных устройствах).
Первая применена для связи наиболее важных устройств, агрегатов двигателя, трансмиссии, тормозов, подвесок, систем безопасности. Вторая обслуживает второстепенные функции комфорта и сервиса.
Это не значит, что системы автономны. Они связаны между собой через шлюз, обычно находящийся в приборной панели. Низкоскоростная линия также имеет свои контакты в диагностическом разъёме, записанные в стандарт.
Сделано так, чтобы системы низшего уровня важности не мешали максимально быстрому обмену приоритетных устройств. А большое быстродействие, например, регулировке сидений ни к чему.
На низшем уровне могут работать ещё более простые шины, однопроводные и низкоскоростные. Они подключаются к общей CAN через свой контроллер.
Например, в двери могут стоять стеклоподъёмники, блок кнопок управления, различные датчики, всё это нет необходимости выводить на общую шину. Но и плодить множество проводов тоже. Используются простейшие контроллеры и однопроводная сеть.
Как подключиться и сделать диагностику автомобиля
Сканеры могут внедряться в протокол шины и анализировать её состояние, а также проходящую информацию. Можно использовать виртуальные устройства, эмулирующие отдельные блоки, а также создавать и передавать тестовые команды отдельным участникам сети.
Для связи используются специальные адаптеры USB-CAN, более сложные устройства и программное обеспечение.
До появления профессиональных CAN-анализаторов и тестеров пользовались скоростным запоминающим осциллографом и логическим анализатором.
Эти приборы тоже способны сохранять и предоставлять для изучения отдельные фреймы CAN, но в работе неудобны, требуют больших затрат времени.
Неисправности
Отказы шины обычно сводятся к нескольким типовым случаям:
- пропадание питания отдельных устройств;
- повреждения проводки и разъёмов;
- отказ контроллеров.
Базой всей сетевой периферии является современная микроэлектроника и большие интегральные контроллеры серийного производства, поэтому надёжность оборудования в целом достаточно высока. Но поиски проблемного блока иногда бывают долгими из-за параллельного их подключения и размещения по всему автомобилю.
Плюсы и минусы встроенных шин
Сейчас уже трудно представить себе автомобиль с достойным набором современных опций без информационной шины, а конкурентоспособность требует ещё и высокого быстродействия.
CAN-шина всё это обеспечивает:
- имеется автоматический контроль проходящей информации на ошибки;
- дифференциальная передача сигналов и использование витой пары даёт хорошую скорость и защиту от помех;
- стандартизация протоколов упрощает диагностику и поиск неисправностей;
- построение системы приоритетов упрощает проектирование;
- все устройства функционально закончены и универсальны.
Но со временем усугубляются и недостатки. Так, усложнение автомобилей привело к тому, что быстродействия даже самых последних версий уже не хватает.
Поэтому в настоящее время эту самую распространённую автомобильную шину уже можно считать устаревшей, новые проекты обладают значительно более высоким быстродействием.
CAN-шина. Просто и понятно
Из этой статьи вы узнаете, что такое CAN-шина, почему она появилась. Разберемся с блоками управления в автомобиле и с тем, как они общаются между собой. Расскажем, какие контроллеры соединяются быстрой CAN-шиной, а какие — медленной.
Узнаете, как устроена CAN-шина на физическом и цифровом уровне, из каких данных состоит сообщение, как происходит арбитраж трафика. Какая максимальная длина кабеля и скорость передачи информации, как реализована защита от помех.
Если интересует какой-то конкретный вопрос, пользуйтесь оглавлением.
Что такое CAN-шина?
Автомобиль подобен человеческому организму. Сеть контроллеров (шина CAN) это как нервная система у человека.
В свою очередь, «узлы» или «электронные блоки управления» (ЭБУ) подобны частям тела. Они соединены между собой через CAN-шину.
Шина CAN представляет собой витую пару проводов. С ее помощью все блоки управления в автомобиле соединены в единую информационную сеть.
Причины появления CAN-шины
Когда вы нажимаете выключатель в своем доме, чтобы включить свет, электричество проходит через выключатель к лампам.
Автомобили раньше использовали такое же подключение. С тех пор как в 1915 году Генри Форду пришла идея добавить в свои автомобили фары и электрический сигнал, электричество поступало от аккумулятора через выключатели к фарам и другим устройствам.
К 1960-м годам в каждом автомобиле были тысячи тяжелых проводов.
После нефтяного эмбарго 1970-х годов на автопроизводителей оказывалось все большее давление с целью повышения эффективности использования топлива. Поэтому они начали искать способы уменьшить вес выпускаемых автомобилей.
К началу 1980-х годов в автомобилях было все больше и больше электронных блоков управления. Сначала электронное управление получили самые важные системы, такие как системы управления двигателем, трансмиссией и тормозной системой. Но со временем электронное управление распространилось и на второстепенные либо периферийные системы, такие как климат-контроль, блоки комфорта и прочие.
В скором времени такое положение дел привело к тому, что производители столкнулись тремя проблемами:
Такие компании, как Bosch, искали тип шинной коммуникационной системы, которая могла бы использоваться в качестве системы связи между несколькими ЭБУ и системами автомобиля.
Они искали на рынке, но не могли найти именно то, что было нужно, поэтому они начали разработку «Controller Area Network» в партнерстве с Mercedes-Benz, Intel, а также несколькими университетами Германии.
Краткая история шины CAN
В 1986 году компания Bosch представила стандарт CAN на конгрессе SAE в Детройте. Год спустя корпорация Intel начала поставки первых микросхем контроллеров CAN, и автомобильный мир изменился навсегда.
- До CAN: автомобильные ЭБУ использовали сложную проводку «точка-точка».
- 1986: Компания Bosch разработала протокол CAN.
- 1991: Bosch опубликовала CAN 2.0 (CAN 2.0A: 11 бит, 2.0B: 29 бит).
- 1993: CAN принят в качестве международного стандарта (ISO 11898).
- 2003: ISO 11898 становится серией стандартов.
- 2012: Bosch выпустила CAN FD 1.0 (передачи данных на двух скоростях).
- 2015: Протокол CAN FD стандартизирован (ISO 11898-1).
- 2016: Физический уровень CAN для скоростей передачи данных до 5 Мбит/с стандартизирован в ISO 11898-2.
Теперь, например, достаточно одного датчика температуры, который подключен к блоку управления двигателем. ЭБУ опрашивает датчик температуры для себя и отправляет эту информацию в виде сообщения в информационную шину данных для других блоков.
При таком подходе уменьшается количество проводов, нет дублирования датчиков. Появляется возможность ввода/вывода информации из электронных блоков управления, что позволяет диагностировать сложные системы с множеством электронных блоков управления.
Сегодня CAN является стандартом в автомобилях (легковых, грузовых, автобусах, тракторах, …), кораблях, самолетах, электромобилях и многом другом.
Что такое ЭБУ?
В автомобиле ЭБУ могут быть, например, блок управления двигателем, подушками безопасности, аудиосистемой и т. д.
В современном автомобиле может быть до 70 ЭБУ — и каждый из них может иметь информацию, которой необходимо поделиться с другими участниками сети.
Именно здесь на помощь приходит CAN-шина. Она позволяет каждому блоку управления общаться со всеми другими ЭБУ без сложной специальной проводки.
В частности, блок управления может передавать данные с датчиков по шине CAN. Переданные данные принимаются всеми другими контроллерами в сети CAN, после чего каждый ЭБУ может проверить данные и решить, принимать их или игнорировать.
Физический уровень шины CAN
Физический уровень CAN описан в стандарте ISO 11898 и регламентирует способ передачи данных. В случае с CAN-шиной это два провода витой пары. При этом CAN-шина вполне может работать и по одному проводу, а витая пара прежде всего используется для защиты от помех.
Однопроводная схема
Для того чтобы лучше понять как данные передаются по двухпроводной CAN-шине, давайте сначала рассмотрим как данные передаются по однопроводной схеме, которой, например, является K-линия.
Итак, есть один провод, с его помощью соединены блоки управления. Этот провод внутри блока соединен с 12 вольтами через резистор 5 килоом. Таким образом напряжение на проводе становится по умолчанию 12 В.
Каждый из подключенных блоков может стягивать это напряжение на массу, меняя его с 12 на 0 вольт. Таким образом, получаются прямоугольные импульсы на шине данных. Они могут принимать всего два уровня напряжения — 0 и 12 вольт.
Присвоим низкому уровню в ноль вольт логический ноль, а уровню 12 вольт — логическую единицу. Зададим тактовый сигнал шины, то есть обозначим сколько раз секунду блоки будут опрашивать шину и соответственно сколько времени будет длиться один бит.
То есть наименьшая часть цифровой информации вид может принимать только два значения 0 или 1. Таким образом, мы получили физическую возможность отправлять и принимать двоичные данные между блоками управления.
Витая пара. Как работает CAN high-speed
В CAN-шине тот же принцип, только сигнал считывается как разница между напряжениями проводов CAN-high и CAN-low, которые образуют витую пару.
Чтобы понять, как именно это происходит, давайте рассмотрим как могут меняться уровни напряжения на этих проводах.
По умолчанию на проводе CAN-high, как и на проводе CAN-low, напряжение соответствует величине в 2,5 В. При этом разница напряжений между проводами составляет 0 В. Такое состояние can-шины называется рецессивным (recessive) и интерпретируется как логическая единица.
Существует и второе состояние шины, при котором напряжение на проводе CAN-high будет 3,5 вольт, а на проводе CAN-low — 1,5 В. Разница напряжений между проводами составит 2 вольта. Это состояние называется доминантным (dominant) и соответствует логическому нулю.
Логическая 1 (рецессивное состояние):
- 2,5 вольта на проводе CAN_H;
- 2,5 вольта на проводе CAN_L;
- дифференциальное напряжение 0 вольт.
Логический 0 (доминантное состояние):
- 3,5 вольта на проводе CAN_H;
- 1,5 вольта на проводе CAN_L;
- дифференциальное напряжение 2 вольта.
Так работает высокоскоростная шина CAN high speed. Она описана в стандарте ISO 11898-2.
Работа CAN low speed
Устройство низкоскоростной шины CAN low speed описано в стандарте ISO 11898-3. Для нее уровни напряжения такие.
Логическая 1 (рецессивное состояние):
- 0 вольт на проводе CAN_H;
- 5 вольт на проводе CAN_L;
- дифференциальное напряжение 5 вольт.
Логический 0 (доминантное состояние):
- 3,6 вольта на проводе CAN_H;
- 1,4 вольта на проводе CAN_L;
- дифференциальное напряжение 2,2 вольта.
Защита от помех
Ведь и на одном проводе все работало, так зачем усложнять?
CAN-шиной объединены самые ответственные блоки управления автомобиля. От качества этой связи напрямую зависит безопасность движения. В связи с этим CAN-шине предъявляются высокие требования к надежности и безотказности.
Дело в том, что многие компоненты автомобиля являются источниками электромагнитных помех. Особенно система зажигания.
Использование витой пары позволяет в значительной степени решить эту проблему. Давайте посмотрим, как это происходит.
Представьте себе, что витая пара CAN-шины попадает в зону действия электромагнитной помехи. В медном проводе индуцируется напряжение, которое плюсуется или отнимается от напряжения, уже существующего на этом проводе.
Предположим, что на проводе CAN-high в рецессивном состоянии напряжение было 2,5 В. Помеха увеличила его на 1,1 В. Соответственно мы получили напряжение в 3,6 В, которое могло быть интерпретировано уже как доминантное состояние.
Но CAN-шина устойчива к таким помехам, потому что сигналом является не просто изменение уровня напряжения на одном из проводов, а именно изменение разницы между напряжениями на этих проводах. А разница как раз не изменилась из-за применения витой пары.
Таким образом, на проводе CAN_L напряжение поднимется на те же 1,1 В. А разница напряжений как была 2,5 — 2,5 = 0 В, так и осталась 3,6 — 3,6 = 0 В. Действие помехи на шину в доминантном состоянии аналогично.
Зачем нужен трансивер
Название Transceiver произошло от двух слов receiver (приемник) и transmitter (передатчик). Переводится как приемопередатчик.
Трансиверы обрабатывают дифференциальный сигнал, принимают и передают информацию. Трансивер связывает провода витой пары (CAN_H и CAN_L) с линиями Tx и Rx микропроцессора, который не умеет напрямую работать с CAN-шиной.
По линии Tx микропроцессор отправляет информацию в шину данных, а по линии Rx он считывает информацию.
В трансивере находится схемотехника, которая формирует разные уровни напряжения на проводах CAN_H и CAN_L для доминантного и рецессивного состояния шины.
Трансивер обычно устанавливается внутри электронного блока управления и представляет собой специализированную микросхему.
Оконечные сопротивления
Это еще одна часть физического уровня CAN-шины. Оконечные сопротивления используются для борьбы с отраженным сигналом так называемым эхом.
Отраженный сигнал препятствует нормальной передаче данных. Причем, чем больше будет длина проводов шины и чем выше будет скорость передачи данных, тем значительней будет проявляться этот негативный эффект.
Правильно подобранные конечные нагрузочные сопротивления компенсируют отраженный сигнал. Обычно это два резистора по 120 ом внутри блока управления. Они подключены к противоположным концам шины. Таким образом, сопротивление между проводами can-шины составляет около 60 ом.
У разных автопроизводителей величина оконечных сопротивлений может отличаться.
Где применяется CAN high speed, а где CAN low speed
HS-CAN и LS-CAN отличаются скоростью передачи данных и уровнями рабочих напряжений. Быстрый CAN применяется для связи блоков управления двигателя, автоматической коробки передач, тормозов, рулевого управления, подушек безопасности, полного привода, пневмоподвески и других важных систем, от которых напрямую зависит безопасность движения.
Медленный CAN используется для менее важных систем, таких как климат-контроль, системы комфорта, наружное освещение, электропривод сидений и т. п. в зависимости от комплектации автомобиля.
Особенностью медленного CAN является возможность сохранять работоспособность в однопроводном режиме, если второй провод витой пары поврежден.
Высокоскоростной и низкоскоростной CAN автопроизводители могут называть по-своему, а также пользоваться любой из доступных скоростей передачи данных.
Межсетевой шлюз (CAN gateway)
Часто есть необходимость передавать информацию от блока управления, подключенного к быстрой CAN-шине, к блоку, подключенному к медленной CAN-шине, и наоборот. Например, блоку управления климатом нужно знать температуру двигателя.
Так как напрямую разные CAN-шины не соединить, для этих целей используется межсетевой шлюз (CAN gateway). К нему подключаются шины с разными скоростями. Это могут быть не только CAN-шины, но и другие шины, присутствующие в автомобиле, к примеру, FlexRay или Ethernet.
Часто в CAN gateway хранится информация об автомобиле, VIN номер и комплектация. Именно из него сканеры получают информацию при автоопределении автомобиля.
Сам межсетевой интерфейс может быть выполнен как отдельным блоком, так и встроен в другие блоки. Обычно это приборная панель, электронный замок зажигания или блок управления бортовой сети (Body Control Module — BCM).
Мы разобрались физическим уровнем CAN-шины. Теперь вы знаете, как напряжение на витой паре становится единицами и нолями, как биты передаются от одного блока управления к другому.
Канальный уровень CAN-шины (передача данных)
CAN является широковещательной шиной последовательной передачи данных. То есть данные отправляются по очереди бит за битом и при этом между узлами сети реализован один общий эфир, когда каждый слышит каждого.
Блоки управления, как и диагностический сканер, выступают узлами в сети CAN-шины. Но для того, чтобы все это заработало мало просто подавать в шину единицы и ноли. Нужно определить, какой узел будет говорить, какой слушать, каков будет формат сообщения, кому это сообщение адресовано и как будет подтверждаться правильность приема.
Эту задачу решает канальный уровень (data link layer), описанный в стандарте ISO 11898-1. Каждый узел может отправлять и принимать информацию кадр за кадром.
Существует четыре типа сообщений-кадров:
- Кадр данных (data frame). Передает информацию одному или нескольким узлам-приемникам.
- Кадр удаленного запроса (remote frame). Запрашивает данные у других узлов.
- Кадр ошибки (error frame). Сообщает об ошибках.
- Кадр перегрузки (overload frame). Сообщает о состоянии перегрузки.
Из чего состоит кадр CAN-шины
Рассмотрим структуру самого распространенного кадра Data frame.
SOF. Начало кадра
Первый бит кадра (SOF — Start Of Frame) всегда доминантный логический ноль. Он выводит шину из состояния холостого хода и начинает передачу данных.
Арбитражное поле
Дальше следует арбитражное поле. Оно используется для того, чтобы определить, какой из узлов получит доступ к вещанию по шине. Ведь передача данных последовательная, бит за битом, кадр за кадром. Соответственно узлам приходится ждать своей очереди для отправки сообщения в шину, но при этом слушают шину они постоянно.
Зачем нужен арбитраж CAN-шины
Арбитраж сообщений это процесс, в котором два или более CAN-контроллеров договариваются о том, кто должен использовать шину.
Любой узел может начать передачу данных, когда обнаружит незанятую шину. Это может привести к тому, что два или более контроллеров начнут передачу сообщения почти одновременно.
Нет такого блока, который будет вещать всегда первым. Первым всегда будет передавать информацию тот блок, чьё сообщение имеет наивысший приоритет. И как раз этот спор и решается в арбитражном поле. Разберемся как именно.
Как происходит арбитраж CAN-шины и что такое идентификатор
Представим, что есть три узла, которые одновременно хотят получить доступ к CAN-шине. После бита «Start Of Frame» каждый из этих блоков начинает отправлять биты идентификаторов в шину данных.
Идентификатор присвоен каждому сообщению и определяет его приоритет, то есть определяет, какое сообщение более важное и должно быть отправлено в первую очередь.
Все узлы одновременно, бит за битом, начинают отправлять идентификаторы кадров в шину данных. В это же время все узлы также и считывают каждый новый появившийся бит на шине.
Пока отправляемые биты у всех блоков совпадают, все идет без изменений. Но рано или поздно случается конфликт, когда разные узлы одновременно отправят разные биты. И вот тут самое время вспомнить, что доминантный бит (логический 0) перебивает рецессивный бит (логическую 1) в конфликтных ситуациях. Это реализовано аппаратно в схемотехнике трансивера.
Это условие приводит к тому, что узел, у которого рецессивный бит (логическая единица) проигрывает арбитраж тому узлу, у которого оказался доминантный бит (логический ноль).
Проиграв арбитраж, блок утрачивает доступ к шине и ждет в режиме «только чтение» следующего арбитража. При этом остальные блоки продолжают арбитраж. Но при каждом очередном конфликте один из них отсеивается. И так до тех пор, пока не останется всего один блок, чье сообщение оказалось самым приоритетным и выиграло арбитраж.
Выигравшему блоку принадлежит право отправить сообщение в шину, а потому именно он будет продолжать начатый кадр.
Важным условием успешного битового арбитража является то, что никакие два узла не могут передавать одно и то же поле арбитража. Из этого правила есть одно исключение: если сообщение не содержит данных, то любой узел может передать это сообщение.
Поскольку шина является проводной, а доминирующий бит логически равен 0, следует, что в арбитраже победит сообщение с численно наименьшим Арбитражным полем.
11-bit и 29-bit идентификаторы
11 бит дают возможность использовать только 2048 идентификаторов, то есть 2048 параметров Этого иногда бывает недостаточно. В этом случае используется 29-битый ID. Таким образом, появляется возможность использовать миллионы идентификаторов.
Кадр с расширенным 29-битным идентификатором (CAN 2.0B) идентичен кадру с 11-битным идентификатором (CAN 2.0A), за исключением более длинного идентификатора. Он используется, например, в протоколе J1939 для большегрузных автомобилей.
Что произойдет, если узел будет один на шине и попытается передать сообщение?
Блок, конечно, выиграет арбитраж и с радостью продолжит передачу сообщения. Но когда придет время подтверждения… ни один узел не пошлет доминирующий бит подтверждения ACK (о нем ниже).
Передатчик почувствует ошибку ACK, пошлет флаг ошибки, увеличит свой счетчик ошибок передачи на 8 и начнет повторную передачу. Это произойдет 16 раз. Затем передатчик перейдет в режим пассивной передачи ошибок.
По специальному правилу алгоритма ограничения ошибок, счетчик ошибок передачи не увеличивается, если узел пассивен и ошибка является ошибкой ACK. Таким образом, узел будет продолжать передачу вечно, по крайней мере, до тех пор, пока кто-то не подтвердит сообщение.
RTR. Запрос на удаленную передачу.
Следующий бит Remote Transmission Request (RTR). Это бит запроса. Он определяет какого типа будет сообщение:
- Dataframe, когда вещающий блок сообщает информацию или
- Remote frame, когда передающий блок запрашивает информацию.
Поле Control
Дальше следует поле Control, в котором первый бит ID extension. Если в нем будет логический ноль, то будет использоваться стандартный 11-битный идентификатор, а если логическая единица, то расширенный 29-битный.
Каждый идентификатор это какой-то параметр. Например, обороты двигателя, температура, состояние замка зажигания, угол поворота руля, скорость автомобиля, запрос на включение кондиционера и так далее.
Биты DL3 — DL0 в поле Control используется для определения заранее количества байтов, которые будут передаваться в следующем поле Data. Чтобы не передавать лишние биты и сократить время фрейма, тем самым увеличив скорость передачи данных. По этой же причине по-умолчанию используется 11-битный идентификатор, чтобы без надобности не тратить время на лишние 18 бит.
Поле Data
В поле Data находится самая полезная информация, которую нужно передать. Обороты, скорость, нагрузка и т. п.
Ради передачи этой информации и строится весь фрейм. Это поле может составлять от 1 до 8 байт, то есть от 8 до 64 бит.
CRC. Контрольная сумма
Следующее поле это контрольная сумма CRC (Cyclic Redundancy Check). Представляет собой значение, вычисленное по определенной формуле, на основе битов из предыдущих полей.
То есть все эти биты обрабатываются определенным алгоритмам в блоке-отправителе. Результат этой отработки записывается в поле контрольной суммы кадра.
После этого уже блок-получатель повторно вычисляет контрольную сумму CRC таким же алгоритмом, но уже на базе полученной информации.
Если каждый из битов был распознан правильно, то контрольная сумма у блока-получателя будет такой же, как и у блока-отправителя. В этом случае данные считаются переданными без ошибок.
Если же контрольная сумма не сходится, распознается ошибка передачи данных и полученная информация игнорируется.
ACK. Бит подтверждения
Следующим идет бит подтверждения ACK (Acknowledge). Узел-отправитель выставляет в нем рецессивное состояние, но узел-получатель перебивает его доминантным в случае успешного приема, тем самым подтверждая передачу сообщения.
Отправитель проверяет наличие бита подтверждения и повторно передает сообщение, если подтверждение не было обнаружено.
Наличие бита подтверждения на шине не означает, что любой из предполагаемых адресатов получил сообщение. Единственное, что мы знаем, это то, что один или несколько узлов на шине приняли его правильно.
EOF. Конец кадра
Дальше идут 7 бит поля End of Frame (EOF). Это конец кадра, после которого кадр завершается и шина снова переходит состояние холостого хода.
И так до тех пор, пока один или несколько блоков снова не начнут отправлять сообщения.
Адресация и идентификация сообщений CAN-шины
Стоит еще раз отметить, что в CAN-сообщениях нет явного адреса. Каждый узел принимает весь трафик на шине. Используя аппаратные фильтры и программное обеспечение, он определяет, является ли сообщение «интересным» или нет.
Фактически, в CAN не существует понятия адреса сообщения. Вместо этого, содержимое сообщений идентифицируется по ID, который присутствует в кадре. Считается, что сообщения CAN имеют «адрес содержимого».
Обычный адрес сообщения будет выглядеть так: «Вот сообщение для узла N». Сообщение с адресом содержимого выглядит так: «Вот сообщение, содержащее данные с меткой N». Разница между этими двумя понятиями небольшая, но существенная.
Содержимое поля арбитража, согласно стандарту, используется для определения приоритета сообщения на шине. Все контроллеры CAN также используют все поле арбитража (некоторые используют только часть) в качестве ключа в процессе аппаратной фильтрации.
Стандарт не говорит, что поле арбитража должно использоваться в качестве идентификатора сообщения. Тем не менее это очень распространенное использование.
Что такое CAN FD (Flexible Data Rate CAN)?
С расширением функциональности автомобиля возрастает и нагрузка на CAN-шину. CAN FD (Flexible Data Rate) была разработана как шина CAN «следующего поколения».
Стандартная длина каждого сообщения была увеличена в 8 раз — с 8 до 64 байт, а максимальная скорость передачи данных была аналогично увеличена с 1 Мбит/с до 8 Мбит/с. Одним словом, CAN FD повышает скорость и эффективность. Поэтому она используется в современных автомобилях.
CAN FD обратно совместим и поддерживает протокол CAN 2.0, а также специальные протоколы, такие как SAE J1939.
CAN FD по сути является расширением оригинального стандарта CAN, как указано в ISO 11898-1, и полностью совместим с классическими CAN-шинами.
Отличия CAN FD от обычной CAN-шины
- CAN FD работает одновременно на двух скоростях. Поле арбитража или заголовок кадра передается со стандартной скоростью, например 500 кбит/с. А поле данных передается на скорости в несколько раз выше, вплоть до 8 Мбит/с.
- Размер сообщения увеличен до 64 байт. В обычной CAN-шине — максимум 8 байт.
- Контроллер CAN FD способен принимать обычные CAN сообщения, а стандартный CAN узел не может принимать кадры формата CAN FD.
- Для шины CAN FD нужны специальные микросхемы-трансиверы с повышенным быстродействием.
В настоящее время CAN FD используется в высокопроизводительных автомобилях, но по мере развития ЭБУ и снижения стоимости аппаратного обеспечения CAN FD, это лишь вопрос времени, когда CAN FD появится практически во всех автомобилях.
Будущее шины CAN
В будущем протокол шины CAN будет оставаться актуальным, хотя на него будут влиять основные тенденции:
- Потребность во все более расширяющихся функциях автомобиля.
- Рост облачных вычислений.
- Развитие Интернета вещей (Internet of Things — IoT).
- Развитие самоуправляемых автомобилей (без водителя).
В частности, рост числа подключенных автомобилей V2X и облачных вычислений приведет к быстрому росту автомобильной телематики и IoT CAN-регистраторов.
В свою очередь, перевод сети шины CAN в режим «онлайн» также подвергает автомобили рискам безопасности и может потребовать перехода на новые протоколы CAN, такие, как CAN FD.
Максимальная скорость CAN-шины
Максимальная скорость шины CAN, согласно стандарту, составляет 1 Мбит/с. Тем не менее некоторые CAN-контроллеры могут работать и с более высокими скоростями.
Медленный CAN low speed (ISO 11898-3) может работать на скорости до 125 кбит/с.
Однопроводной CAN может работать со скоростью около 50 кбит/с в стандартном режиме, а в специальном высокоскоростном режиме, используемом, например, для программирования ЭБУ, — до 100 кбит/с.
Максимальная длина кабеля в CAN-шине
При скорости 1 Мбит/с максимальная длина кабеля может составлять около 40 метров. Это связано с тем, что схема арбитража требует, чтобы волновой фронт сигнала успел распространиться до самого удаленного узла и обратно. Другими словами, длина кабеля ограничена скоростью света.
Другие максимальные длины кабелей (значения приблизительны):
- 100 метров при скорости 500 кбит/с;
- 200 метров — при 250 кбит/с;
- 500 метров — при 125 кбит/с;
- 6 километров — при 10 кбит/с.
Если для обеспечения гальванической развязки используются оптопары, максимальная длина шины соответственно уменьшается.