Поиск по сайту: |
|
По базе: |
|
Главная страница > Статьи > Интерфейсы |
|
|||||||||||||
Шины для бортовых автомобильных системЭдуард Пройдаков Читатели нашего еженедельника в большинстве своем хорошо знакомы с локальными сетями (ЛС, ЛВС). Однако внедрение микропроцессоров и микропроцессорных контроллеров в самое различное оборудование
Рассмотрим в качестве примера такой сети шину (и соответствующий ей протокол) CAN (Controller Area Network). Она была предложена Робертом Бошем (Robert Bosch) в 80-х годах для автомобильной промышленности, затем стандартизована ISO (ISO 11898) и SAE (Society of Automotive Engineers). (Описание стандартов и большой объем документации по CAN можно найти на сайте Однако сети CAN используются и в таких сложных установках, как современные оптические телескопы с большим диаметром зеркала. Так как такие зеркала невозможно сделать монолитными, их сейчас делают составными, а управление отдельными зеркальцами (их может быть больше сотни) осуществляется сетью микроконтроллеров. Другие сферы применения — корабельные бортовые сети, управление системами кондиционирования воздуха, лифтами, медицинскими и промышленными установками. В мире уже установлено более 100 млн. узлов сетей CAN, ежегодный прирост составляет более 50%.
CAN представляет собой асинхронную последовательную шину, использующую в качестве среды передачи витую пару проводов (см. рисунок 1). При скорости передачи 1 Мбит/с длина шины может достигать 30 м. При меньших скоростях ее можно увеличить до километра. Если требуется большая длина, то ставятся мосты или повторители. Теоретически число подсоединяемых к шине устройств не ограничено, практически — до 64-х. Шина мультимастерная, т. е. сразу несколько устройств могут управлять ею.
Если базироваться на семиуровневой модели OSI, то CAN описывает передачу данных между узлами на двух нижних уровнях — физическом и канальном. Физический уровень разбит на три подуровня: физических сигналов (PLS), соединения с физической средой (PMA) и физического соединения (MDI). Битовый поток кодируется по методу NRZ (без возвращения к нулю), что позволяет работать на меньших частотах, чем, например, при других видах кодирования. Над CAN надстроена реализация протоколов более высоких уровней. Здесь нет жесткой стандартизации и имеется много протоколов или решений компаний. Примером одного из них является разработанный компанией Allen Bradley протокол DeviceNet.
На рынке CAN присутствует в двух версиях: версия А задает 11-битную идентификацию сообщений (т. е. в системе может быть 2048 сообщений), версия B — 29-битную (536 млн. сообщений). Отметим, что версия В, часто именуемая FullCAN, все больше вытесняет версию А, которую называют также BasicCAN.
Сеть CAN состоит из узлов с собственными тактовыми генераторами. Любой узел
сети CAN
В мире производится множество типов контроллеров CAN. Их объединяет общая структура — каждый контроллер имеет обработчик протокола (CAN protocol handler), память для сообщений, интерфейс с ЦП. Во многих популярных однокристальных микропроцессорах есть встроенный контроллер шины CAN.
Поддержкой технологии CAN занимается некоммерческая международная группа CiA (CAN in Automation, Замечу, что эта шина развивается в нескольких направлениях. В новом проекте стандарта будет увеличена скорость передачи данных, так как в автомобиле появилось много компьютерных подсистем, связанных с передачей аудио- и видеоинформации. Повышение надежности требует введения так называемой двойной (дублированной) шины CAN. Другие изменения достаточно кардинальны и вызваны появлением нового протокола, рассмотренного ниже.
Протокол TTP В системах реального времени существует два основных способа управления — по событиям (например, по прерываниям) и по временным меткам. Если первый подход широко распространен, то для второго требуются специальные средства. Одно из них — TTP, Time Triggered Protocol, коммуникационный протокол для высоконадежных приложений. Первоначально он разрабатывался в рамках исследовательской программы, финансируемой Евросоюзом. В этой 15-летней программе
принимало участие множество фирм, таких, как DaimlerChrysler, British Aerospace, Alcatel, Temic, Fiat, Ford, Marelli, Bosh, Volvo, и Венский технический университет. Разработкой занято около 100 человек, в нее вложено примерно 25 млн. долл. Созданная в ходе выполнения программы архитектура TTA (Time-Triggered Architecture) признана эффективной для критичных по безопасности систем (автомобильных, железнодорожных, авиационных). TTP является центральной частью проектов SETTA (System Engineering for TTA) и FIT (Fault Injection for TTA), разрабатываемых ЕС в рамках программы ESPRIT.
В настоящее время поддержка протокола TTP осуществляется специально созданной
для этого компанией TTTech ( В отличие от большинства стандартов на мультиплексированные шины для встраиваемых систем, TTP с самого начала разрабатывалась для высоконадежных приложений. В системах управления автомобиля очень важны устойчивость к ошибкам и временные характеристики, связанные, например, с заменой обычных гидравлических тормозов на электромеханические (brake-by-wire), управляемые по сети. Поэтому сети CAN при большом потоке сообщений будут заменяться на TTP/C. Замена гидравлических и механических компонентов в автомобиле обозначается общим термином by-wire applications. При этом образуется жесткая связь между электроникой и исполнительными механизмами, когда требуются надежность, простота сборки и
обслуживания.
Другой член семейства протоколов TTP — протокол TTP/A — дешевый протокол для сети датчиков и приводов. Он бесшовно интегрируется с TTP/C. Получающаяся в результате архитектура TTA гарантирует, что каждое чтение с датчика и команда на привод будут полностью предсказуемы в соответствии с их временными свойствами.
Система управления на базе протокола TTP/C состоит по крайней мере из одного вычислительного кластера, содержащего набор узлов. Узлы общаются по широковещательной шине. Общее время устанавливается с помощью синхронизации таймеров каждого из узлов. На уровне кластера ошибки узла или коммуникаций могут быть замаскированы за счет дублирования узлов и объединения их в группы, устойчивые к сбоям. Такие группы называются FPU (Fault Tolerant Units).
Доступ к среде передачи осуществляется по схеме статического TDMA, определенной перед запуском системы. Каждому узлу разрешается посылать до 16 байт данных с 4-байтовым заголовком и 16-битовым контрольным кодом (CRC). Эта посылка осуществляется в предопределенный интервал времени, называемый TDMA-слотом.
Технология TTP/C уже начала воплощаться в микросхемах: несколько европейских производителей либо выпустили первые кристаллы (AMS), либо объявили о намерении это сделать (ARM, Motorola, Philips). Motorola собирается предлагать не только аппаратные решения, но и программные — их реализацией уже заняты ее подразделения в Шотландии. Законченные решения появятся к концу года ( Дважды в год проводятся форумы (см. Безусловно, этот текст, написанный под впечатлением увиденного на Нюрнбергской выставке “Embedded Systems’2000”, лишь введение в интереснейшую тему шин для бортовых систем. Редакция приглашает специалистов осветить эту тему, как и в целом тему автомобильной электроники.С автором можно связаться по адресу: chief@pcweek.ru. |
|
Впервые? | Реклама на сайте | О проекте | Карта портала тел. редакции: +7 (995) 900 6254. e-mail:info@eust.ru ©1998-2023 Рынок Микроэлектроники |
|