Themen:
- Einführung
- Mehrere Netzwerke in einem Auto
- CAN-Netzwerk mit den Knoten
- Verschiedene Arten von CAN-Geschwindigkeiten
- CAN-Bus-Signale
- Geschwindigkeiten und Spannungsniveaus
- Aufbau der CAN-Bus-Nachricht eines (Standard-)11-Bit-Identifiers
- Aufbau der CAN-Bus-Nachricht eines (erweiterten) 28-Bit-Identifiers
- Fehlererkennung mithilfe von Bitstuffing und CRC- und ACK-Trennzeichen
- Twisted-Pair-Verkabelung
- Abschlusswiderstände
- Gateway
- Messung auf dem CAN-Bus
Einführung:
Moderne Fahrzeuge sind vollgepackt mit Elektronik. Die Steuergeräte sammeln und verarbeiten Daten von Sensoren und steuern Aktoren. Unterschiedliche Steuergeräte nutzen oft die gleichen Daten: dDer Gaspedalstellungssensor registriert die Stellung des Gaspedals. Dieses Signal wird über die Verkabelung direkt an das Motorsteuergerät gesendet. Das Motorsteuergerät ist nicht das einzige Steuergerät, das dieses Signal verwendet:
- Das Motor-ECU nutzt das Signal des Gaspedal-Positionssensors zur Steuerung der Drosselklappe, beim Beschleunigen zur Beschleunigungsanreicherung, indem es die Einspritzdüsen länger aktiviert, den Zündzeitpunkt anpasst und, falls erforderlich, die Beschleunigung anreichert. Steuern Sie die Wastegate- oder VGT-Einstellung des Turbos.
- Das Steuergerät des Automatikgetriebes ermittelt anhand der Gaspedalstellung die Schaltzeiten der Kupplungen im Automatikgetriebe. Bei leichtem Durchtreten des Gaspedals schaltet das Automatikgetriebe mit einer geringeren Geschwindigkeit hoch als bei halb durchgetretenem Gaspedal. Durch plötzliches und schnelles Betätigen des Gaspedals erfolgt der „Kick Down“, indem in einen niedrigeren Gang geschaltet wird und der Motor mehr Drehzahl erhält;
- Das Ausmaß der Beschleunigung in einer Kurve kann ein Grund dafür sein, dass die ESP-ECU das ESP eingreifen lässt, indem es die Motorleistung reduziert und ggf. die Bremse an einem sich drehenden Rad betätigen.
Beim ESP-Eingriff verringert sich die Motorleistung, indem die Drosselklappe (teilweise) geschlossen und weniger Kraftstoff eingespritzt wird. Außerdem leuchtet oder blinkt eine Kontrollleuchte in der Instrumententafel, um den Fahrer darauf aufmerksam zu machen, dass das ESP in Betrieb ist.
Das Obige zeigt deutlich die Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Steuergeräten. Der CAN-Bus sorgt dafür, dass Steuergeräte miteinander kommunizieren und somit Daten untereinander austauschen können. CAN ist eine Abkürzung für: Controller Area Network.
In den 80er Jahren erhielten Autos immer mehr Zubehör und die Hersteller begannen, Steuergeräte einzubauen. Jede Funktion hatte einen separaten Draht. Dies führte zu einem starken Anstieg der Drahtstärke und der Anzahl der Steckverbindungen.
Dicke Kabelbäume haben den Nachteil, dass sie nur schwer hinter Innenverkleidungen zu verbergen sind und die Gefahr von Fehlfunktionen erheblich steigt.
Beim CAN-Bus kommunizieren Steuergeräte nur über zwei Leitungen: CAN-High und CAN-Low. Die gesamte Kommunikation zwischen den Steuergeräten erfolgt über diese beiden Leitungen. ICHDie nächsten beiden Bilder zeigen deutlich, dass die Anzahl der Leitungen an einer Tür bei Verwendung des CAN-Busses bereits deutlich reduziert wird.
An die beiden CAN-Bus-Leitungen des CAN-Busses können Dutzende Steuergeräte angeschlossen werden. Alle angeschlossenen Steuergeräte können untereinander Daten austauschen.
Das Bild unten zeigt ein Fahrzeug mit elf Steuergeräten (gekennzeichnet durch die roten Blöcke). Diese Steuergeräte sind alle über zwei Leitungen miteinander verbunden; ein oranger und ein grüner Draht. Diese Leitungen repräsentieren CAN-High und CAN-Low. Jedes Steuergerät hat seine eigene Funktion und kann über CAN-Bus mit jedem anderen Steuergerät im Netzwerk kommunizieren. Weitere inhaltliche Informationen zu den Steuergeräten finden Sie auf der Seite Steuergeräte.
1. Steuergerät für die Installation der Anhängerkupplung
2. Türsteuergerät RA
3. Türsteuergerät RV
4. Tor
5. Komfortsteuergerät
6. Steuereinheit der Alarmanlage
7. Instrumententafel
8. Steuergerät für Lenksäulenelektronik
9. Türsteuergerät LV
10. Türsteuergerät LA
11. Steuergerät für Park Distance Control
Mit der Einführung des CAN-Busses ist dies ebenfalls möglich EOBD besser verständlich. EOBD steht für European On Board Diagnosis. EOBD hat mit Emissionen zu tun. Verschiedene Sensoren im Motor und Auspuff übermitteln Informationen an das Steuergerät. Bei falschen Werten (zum Beispiel aufgrund einer schlechten Verbrennung) leuchtet eine MIL (Engine Indication Light) auf. Das ist ein Zeichen dafür, dass das Auto ausgelesen werden muss. Anschließend muss ein Diagnosetester an den OBD-Stecker angeschlossen werden, um die Fehler auszulesen. Basierend auf dem Fehler hat das Steuergerät einen hexadezimalen Fehlercode gespeichert, der vom Diagnosetester als P-Code oder Fehler mit Text (letzterer ist markenspezifischer) angezeigt wird. Klicken Sie hier für weitere Informationen zu OBD1, OBD II und EOBD.
Mehrere Netzwerke in einem Auto:
In einem Auto können mehrere Netzwerke vorhanden sein. Das Bild unten zeigt eine Übersicht mit Legende der Steuergeräte in mehreren Netzwerken eines BMW 3er E90.
Die K-CAN-, PT-CAN- und F-CAN-Netzwerke im obigen Bild fallen unter den CAN-Bus. Die Unterschiede liegen in den Geschwindigkeiten, den Spannungsniveaus und den Anwendungen. Obwohl der PowerTrain-CAN und der F-CAN die gleichen Hochgeschwindigkeitsgeschwindigkeits- und Spannungsniveaus haben, besteht der Unterschied darin, dass der PT-CAN für die Motor- und Getriebesteuerung verwendet wird und der F-CAN die Fahrwerkssteuergeräte enthält.
CAN-Vernetzung mit den Steuergeräten
Das CAN-Bus-Netzwerk besteht aus Steuergeräten, die mit Hardware und Software zum Empfangen, Verarbeiten und Senden von Nachrichten ausgestattet sind. Für die Datenübertragung werden eine CAN-High-Leitung und eine CAN-Low-Leitung verwendet. Im Bild unten ist CAN-High rot und CAN-Low blau gefärbt.
An diese Leitungen werden die Steuergeräte (auch Steuergeräte oder Knoten genannt) angeschlossen. Alle Steuergeräte können Informationen sowohl senden als auch empfangen. Ein Beispiel für ein Netzwerk ist das CAN-Bus-System im Innenraum des Autos; Dabei können verschiedene Steuergeräte an ein Bussystem angeschlossen werden.
Als Beispiel nehmen wir eine Rückfahrkamera (Knoten 5), die nachgerüstet wird. Diese Kamera wird in der Nähe des Nummernschildhalters oder Griffs montiert. Die CAN-Verkabelung wird an einer beliebigen Stelle im Innenraum angeschlossen. Voraussetzung ist, dass der Kameraknoten die richtige (vom Hersteller vorprogrammierte) Kennung enthält, da die anderen Steuergeräte diese erkennen müssen. Wenn die Kamera am unterstützten Radio angemeldet ist, ist das Bild sofort sichtbar.
Nach der Programmierung der Software erhält das Radio vom Getriebe das Signal, dass der Rückwärtsgang eingelegt wurde. In diesem Moment schaltet das Radio auf das Bild der Rückfahrkamera um. Sobald der erste Gang (vorwärts) eingelegt wird, schaltet sich das Bild wieder aus. All dies dank der Datenübertragung des CAN-Bus-Systems.
Nicht unterstützte Geräte (z. B. mit falscher Kennung) können zu Problemen führen. Wenn es Nachrichten sendet, die von anderen Steuergeräten nicht erkannt werden, wird eine Fehlermeldung generiert. Mit einer solchen Ausstattung kann auch sichergestellt werden, dass der CAN-Bus auch nach dem Ausschalten der Zündung aktiv bleibt. Das Auto geht dann nicht in den „Schlafmodus“, was zu einer schnellen Entladung der Batterie führen würde. Dann gibt es einen heimlicher Konsument.
CAN-Bus-Signale:
Das CAN-Bus-System nutzt das Broadcast-Prinzip; Ein Sender sendet eine Nachricht auf den CAN-Bus. Jeder Knoten am selben Bus empfängt die Nachricht. Allerdings gibt der Absender in der Nachricht an, für welche Knoten die Nachricht bestimmt ist. Alle Knoten empfangen die Nachricht und geben Feedback (dazu später mehr). Die Knoten, für die die Nachricht nicht gedacht ist, erkennen dies und ignorieren es.
Ein CAN-Bus-Signal besteht aus einer CAN-High- und einer CAN-Low-Spannung. Das Bild unten zeigt CAN-High-Rot und CAN-Low-Blau. Die High- und Low-Signale sind identisch, jedoch spiegelverkehrt. Wenn der Bus dominant wird, steigt die Spannung von CAN-High von 2,5 auf 3,5 Volt und die Spannung von CAN-Low sinkt von 2,5 auf 1,5 Volt. Im rezessiven Zustand (im Ruhezustand) betragen beide Spannungen 2,5 Volt.
Das Bild oben zeigt ein Beispiel einer Messung mit einem Oszilloskop. Es ist deutlich zu erkennen, dass beide Spannungen identisch zueinander sind, nur spiegelbildlich. Letztlich beträgt die Spannungsdifferenz im aktiven (dominanten) Bereich 2 Volt. Damit ist der Unterschied zwischen 1,5 und 3,5 Volt gemeint. Die Differenz von 2 Volt wird als 0 (dominant) und die Differenz von 0 Volt als 1 (rezessiv) betrachtet.
Wenn ein (sendender) Knoten den Binärcode „0 0 1 0 1 1 0 1“ senden möchte, legt er die genannten Spannungen an CAN-High und CAN-Low an (siehe Beispiel oben). Der empfangende Knoten sieht diese Spannungen wiederum als Binärcode und wandelt sie dann in einen Hexadezimalcode um. Der besagte Binärcode wird von hexadezimal in 2D umgewandelt.
Um binär in hexadezimal umzuwandeln, ist es einfach, eine Tabelle mit 8 Kästchen mit einer dicken Linie in der Mitte zu zeichnen. Benennen Sie die Kästchen rechts mit 1, 2, 4 und 8 (siehe die roten Zahlen im Bild). Dann machen Sie dies auch auf der linken Seite. Notieren Sie die Zahlen mit einer 1 im Binärcode darüber. Links ist es nur die 2, rechts sind es 8, 4 und 1. Addiere alles rechts zusammen (13) und mache dasselbe links (2). Hexadezimale Änderungen von 10 zu A, 11 = B, 12 = C, 13 = D. Das ergibt letztendlich 2D.
Weitere Informationen zur Konvertierung von binär in (hexa)dezimal und umgekehrt finden Sie auf der Seite Binär, dezimal und hexadezimal. Anschauliche Beispiele werden hier ausführlich beschrieben.
Geschwindigkeiten und Spannungsniveaus:
In Fahrzeugen können wir CAN-Bus-Netzwerke mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten antreffen:
- Hohe Geschwindigkeit: Steuergeräte im Zusammenhang mit dem Antrieb, einschließlich Motorelektronik, Getriebe, ABS/ESP, EBS (Nutzfahrzeuge);
- Mittlere oder niedrige Geschwindigkeit: Innenraumelektronik wie Instrumententafel, Radio, Klimaanlage, Feststellbremse, Anhängerkupplung.
Die beiden Bilder unten zeigen die CAN-High- und CAN-Low-Signale des Hochgeschwindigkeits-CAN-Busses. Im Ruhezustand beträgt die Spannung beider Signale 2,5 Volt. Um eine Nachricht zu senden, steigt die CAN-High-Spannung von 2,5 auf 3,5 Volt und die CAN-Low-Spannung sinkt von 2,5 auf 1,5 Volt.
Unten sehen Sie noch einmal das nun vergrößerte Signal vom CAN-High-Speed (50 Mikrosekunden pro Division), wobei der Umfang für das obige Signal auf 200 Mikrosekunden pro Division eingestellt wurde.
Bei der Komfortelektronik spielt die hohe Kommunikationsgeschwindigkeit eine untergeordnete Rolle. Charakteristisch für den CAN-Bus mittlerer oder niedriger Geschwindigkeit sind die Spannungspegel im Ruhezustand und bei der Generierung einer Nachricht wie folgt:
- CAN-High beträgt im Ruhezustand 5 Volt und fällt auf 1 Volt;
- CAN-low beträgt im Ruhezustand 0 Volt und steigt auf 4 Volt.
Bei der Messung, bei der die Nulllinien der Kanäle A und B auf gleicher Höhe liegen, ist zu erkennen, dass die Spannungen „ineinander geschoben“ wurden. Dies erschwert das Ablesen der Reinheit der CAN-High- und Low-Signale.
Um die Reinheit der Nachrichten beurteilen zu können, empfiehlt es sich, die Nulllinien zu verschieben. Im Bild unten wurde die Nulllinie von Kanal A nach unten und die von Kanal B nach oben verschoben. Dies bedeutet, dass die dargestellten Signale getrennt wurden und ein deutlicherer Verlauf der Spannungen erkennbar ist.
Aufbau der CAN-Bus-Nachricht eines (Standard-)11-Bit-Identifiers:
Der Aufbau einer CAN-Bus-Nachricht richtet sich immer nach dem Bild unten. Es gibt Unterschiede im Aufbau; Beispielsweise sind das ARB- und das CTRL-Feld eines 11-Bit-Identifikators und eines 29-Bit-Identifikators unterschiedlich. Die folgenden Informationen beziehen sich auf den 11-Bit-Identifier. Zu Ihrer Information: Ein 29-Bit-Identifikator bietet Platz für mehr Daten als die 11 Bit. Mehr dazu später.
Der Aufbau der Nachricht wird nun einfach zusammengefasst und später ausführlich beschrieben:
SOF:
Jede CAN-Nachricht beginnt mit einem SOF (Start of Frame). Wenn ein Knoten eine Nachricht senden möchte, wird ein dominantes Bit auf dem Bus platziert. Der CAN-Bus ist im Ruhezustand immer rezessiv (eine 1, sodass sowohl CAN-High als auch CAN-Low 2 Volt betragen). Das dominante Bit (eine 0) gibt an, dass andere Knoten mit dem Senden einer Nachricht warten sollen, bis die gesamte Nachricht gesendet wurde. Erst nach dem IFS (Interframe Space) darf der nächste Knoten seine Nachricht senden. Auch wenn es sich um eine wichtige Nachricht handelt, darf sie nicht übersehen werden.
Wenn zwei Knoten gleichzeitig eine Nachricht senden möchten (von der sie nichts voneinander wissen) und so gemeinsam den Bus dominant machen, indem sie eine 2 setzen, bestimmt das ARB (Schiedsverfahren), welche Nachricht Vorrang hat.
Von hier an wird jedem Teil der CAN-Bus-Nachricht, der besprochen wird, dieser Teil zu diesem grauen Bild hinzugefügt. So versuche ich den Überblick zu behalten. Die Nachricht begann mit dem SOF.
ARB:
Das Arbitration Field eines 11-Bit-Identifiers besteht aus 2 Teilen; der Identifier und das RTR-Bit.
Identifikator:
Angenommen, zwei Knoten machen gleichzeitig den CAN-Bus dominant, dann wartet der Knoten mit der unwichtigsten Nachricht, bis die wichtige Nachricht gesendet wurde (bis nach dem IFS). Der Bezeichner der Nachricht enthält eine Reihe von Einsen und Nullen. Diese Nummern werden vom Programmierer bewusst einer Nachricht zugewiesen. Der Identifier mit einer 2 in der Nachricht (dominant) hat eine höhere Priorität als der mit einer 0 in der Nachricht (rezessiv). Die Nachricht mit 1 wird fortgesetzt und die Nachricht mit 0 muss warten.
Beide Identifikatoren beginnen mit der Übermittlung einer 11-Bit-Nachricht. Beim SOF wird das dominante Bit platziert. Dann sind die ersten 5 Bits beider Identifier gleich (0 1 1 0 1). Das 6. Bit ist eine 2 für Identifier Nummer 0 und eine 1 für den ersten Identifier. Dominant dominiert, daher erstellt Identifier 2 die endgültige CAN-Nachricht.
Identifier 1 platziert als 6. Bit eine 1. Der Knoten, der den Identifier sendet, erkennt erst, dass 0 Knoten gleichzeitig eine Nachricht senden, wenn ein anderer Knoten eine 2 auf den Bus setzt. An diesem Punkt beendet Identifier 1 die Übertragung und fungiert nun als Empfänger. Obwohl die Nachricht, die mit 0 1 1 0 1 beginnt, ursprünglich als die Nachricht gedacht war, die dieser Knoten senden wollte, wird sie nun als empfangene Nachricht behandelt. Der Knoten lauscht dann auf die gesamte Nachricht und entscheidet, ob er damit etwas unternehmen soll.
Das Graubild des SOF wird nun um den ARB erweitert, der aus 2 Teilen besteht, nämlich dem Identifier und dem RTR-Bit:
RTR-Bit:
Das letzte Bit der 11-Bit-Kennung wird RTR genannt; Dies ist ein Remote-Transmission-Request-Bit. Dieses RTR-Bit gibt an, ob es sich um einen Datenrahmen oder einen Remote-Rahmen handelt.
0 = Datenrahmen
1 = Remote-Frame
Ein Datenrahmen enthält Daten, die an die Knoten weitergeleitet werden, die die Informationen benötigen. Ein Knoten kann auch Informationen anfordern; z.B. wie hoch die Kühlmitteltemperatur zu einem bestimmten Zeitpunkt ist. Der Knoten setzt dann eine 1 als RTR-Bit, da er nach den Daten fragt.
STRG:
Das Kontrollfeld besteht aus der IDE (Identifier Extension), einem R-Bit und dem DLC. Das IDE-Bit gibt an, ob es sich um einen Standard- (11 Bit) oder einen erweiterten (29 Bit) Identifier handelt:
0 = Standard-Identifier (11 Bit)
1 = Erweiterter Identifier (29 Bit)
Das R-Bit ist für die Zukunft reserviert und nun immer rezessiv.
Dann kommt der DLC: Ein CAN-Bus-Netzwerk kann maximal 8 Bytes senden. 1 Byte enthält 8 Bit, sodass gemäß dem Standardprotokoll insgesamt 64 Bit gesendet werden können. Das Kontrollfeld zeigt an, wie viele Daten gesendet werden. Es wäre sinnlos, eine große Nachricht mit allen leeren Datenfeldern für ein Bestätigungsbit (1 für Ein oder 0 für Aus) zu senden. Die Anzahl der Bytes ist im entsprechenden DLC (Data Length Code) angegeben. Der DLC ist eine Funktion in der Programmiersoftware und daher ein vom Programmierer vorgegebener Wert.
Angenommen, im DLC ist 1 Byte angegeben, dann werden 8 Bits gesendet. Für kurze Bestätigungsnachrichten ist dies ausreichend.
Bei sehr umfangreichen Nachrichten enthält der DLC einen Wert von bis zu 8 Datenbytes.
Das Beispiel wurde noch einmal erweitert. Die IDE, R und DLC wurden hinzugefügt.
DATA:
Die endgültigen Daten, die gesendet werden müssen, werden im Datenfeld platziert. Die Größe hängt vom Wert des DLC (Data Length Code) ab. Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass der DLC maximal 8 Byte groß ist. Jedes Byte besteht aus 8 Bit, sodass das Datenfeld insgesamt aus 64 Bit bestehen kann.
CRC:
Die zyklische Redundanzprüfung besteht aus einer mathematischen Berechnung, die mit der Nachricht gesendet wird. Der sendende Knoten berechnet die bisherige gesamte CAN-Nachricht; die SOF, ARB, CTRL und DATA. Der CRC ist also die Berechnung. Wenn der empfangende Knoten die Nachricht bis einschließlich des CRC empfangen hat, führt er die mathematische Berechnung bis zum DATA durch und vergleicht sie mit der Berechnung im CRC. Wenn dies nicht übereinstimmt (aufgrund eines fehlerhaften Bits/Fehlers), wird die Nachricht nicht akzeptiert und es erfolgt die Aufforderung, die Nachricht erneut zu senden (mit einer bestimmten maximalen Anzahl von Versuchen). Das Beispiel wurde um den CRC erweitert.
ACK:
Das Acknowledge-Feld dient der Empfangsbestätigung. Wenn der Absender die Nachricht an den CRC gesendet hat, wird eine Art Pause eingefügt; Der Sender macht den Bus rezessiv (mit einer 0) und wartet, bis ein oder mehrere Knoten den Bus dominant machen (1). Es spielt keine Rolle, ob ein oder mehrere Knoten die Nachricht empfangen haben, denn wenn ein Knoten sie empfangen hat, wurde sie erfolgreich gesendet. Nachdem der Bus mit einer 1 dominant gemacht wurde, wird die Nachrichtenübertragung fortgesetzt.
EDF:
Das End-Of-Frame besteht aus 7 rezessiven Bits (1 1 1 1 1 1 1). Dies ist für alle Steuergeräte ein Zeichen dafür, dass die Meldung beendet ist.
IFS:
Um Störungen vorzubeugen, wird nach dem EDF immer ein Inter Frame Space verwendet. Das IFS besteht aus 11 rezessiven Bits. Alle Knoten warten auf das Passieren dieser 11 rezessiven Bits, bevor sie eine Nachricht senden. Nach diesen 11 rezessiven Bits können beispielsweise 2 Knoten gleichzeitig eine Nachricht senden. Anschließend wird das ARB (Arbitration) erneut geprüft, um festzustellen, welche Nachricht die höchste Priorität hat. Der ganze Zyklus beginnt dann von vorne.
Aufbau der CAN-Bus-Nachricht eines (erweiterten) 28-Bit-Identifiers:
Der 11-Bit-Identifier wurde zu einer Zeit entwickelt, als Autos noch nicht über so viele Steuergeräte (Knoten) verfügten. Die Programmierer stellten bald fest, dass ihnen die 11-Bit-Kennung nicht ausreichte. Dies hat nur (2^11) = 2048 Möglichkeiten. Davon sind noch 2032 einzigartige Kombinationen des Binärcodes übrig. Dank der erweiterten 28-Bit-Kennung verwenden moderne Autos heute viel mehr Codes. Dies wird als erweiterter Identifikator bezeichnet.
Das bedeutet, dass nicht weniger als (2^29) = 536870912 Kombinationen möglich sind. Das ist mehr als genug für die Zukunft.
In der CAN-Bus-Nachricht wird sich einiges ändern. Beide Bezeichner (Standard und erweitert) werden austauschbar verwendet. Die CAN-Nachricht gibt also an, um welche Art es sich handelt, woraufhin eine lange Nachricht folgt.
Die Basis des 11-Bit-Identifiers wird genutzt und dient auch als Vorbereitung vor dem Durchlesen; Jetzt werden nur noch die Änderungen angezeigt, die die Nachricht erfährt, wenn es sich um eine 29-Bit-Kennung handelt.
Der SOF (Start Of Frame) bleibt gleich. Der sendende Knoten macht ihn dominant, wenn er mit dem Senden einer Nachricht beginnt.
Darauf folgen ARB und CTRL, wo die Unterschiede liegen.
ARB:
Während der Arbitrierung wird zuerst eine standardmäßige 11-Bit-Kennung angezeigt (d. h. ein Teil der 29 Bits). Das RTR-Bit wird (wie bei den 11 Bits) an das Ende des ARB verschoben. Der RTR wird nun durch den SRR ersetzt: (Substitute Remote Request). Dieses Bit ist für einen erweiterten Identifier immer rezessiv (1).
Nach dem SRR-Bit kommt das IDE-Bit, das sich im 11-Bit-Identifier im CTRL (Control Field) befindet. Dieses wird nun aus dem Kontrollfeld entfernt und hinter dem SRR-Bit im erweiterten Identifier platziert.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit zeigen die folgenden Bilder die Standard- (11-Bit) und erweiterten (29-Bit) Identifikatoren.
Das IDE-Bit steht für Identifier Extension. Das IDE-Bit bestimmt, ob es sich um einen Standard- oder einen erweiterten Bezeichner handelt.
IDE 0 = Standard (11-Bit-ID)
IDE 1 = Erweitert (29-Bit-ID)
Nach dem IDE-Bit kommt der Rest der erweiterten Kennung. Die 11 und 18 Bit ergeben zusammen 29. Diese können nicht als Ganzes in der Nachricht platziert werden, da dann das CAN-Protokoll nicht mehr korrekt ist. Im Grunde zeigt das IDE-Bit nun an, dass die Nachricht in zwei Teile geteilt wurde.
STRG:
Daher wurde das Kontrollfeld für den erweiterten Identifikator geändert. Das IDE-Bit wurde zum ARB verschoben.
Das IDE-Bit wird durch ein R-Bit (Ersatz) ersetzt. Dies ist standardmäßig rezessiv. Darauf folgen ein R-Bit und der DLC (Data Length Code), der angibt, aus wie vielen Bytes die Nachricht bestehen wird.
Auch hier werden die Kontrollfelder sowohl der 11-Bit- als auch der 29-Bit-Identifikatoren angezeigt.
Fehlererkennung mittels Bitstuffing und CRC & ACK-Trennzeichen:
Bitfüllung:
Um eine optimale Synchronisation zwischen den sendenden und empfangenden Knoten aufrechtzuerhalten, wird Bit-Stuffing angewendet. Bit-Stuffing bedeutet, dass nach 5 gleichen Bits ein Gegenbit hinzugefügt wird. In der ursprünglich gesendeten Nachricht ändert sich der Bitwert nicht, es wird jedoch ein Bit hinzugefügt.
Der Empfänger erkennt dies. Nach 5 identischen Bits löscht der Empfänger das 6. Bit (siehe Abbildung unten).
Die ursprüngliche Nachricht besteht nur aus Einsen, der Absender fügt jedoch jedes 6. Bit eine 0 hinzu. Durch die Nullen erhöht sich zwar die Nachrichtenlänge (diese Länge zählt jedoch nicht für den DLC (Data Length Code). Der Empfänger filtert die entgegengesetzten Bits (die Nullen) heraus und liest die Nachricht dann erneut mit nur Einsen.
CRC- und ACK-Trennzeichen:
Trennzeichen werden nach dem CRC-Feld und dem ACK-Feld platziert. Dabei handelt es sich um ein Bit mit einem bekannten Wert sowohl für den Sender als auch für den Empfänger. Wenn in der Nachricht ein Fehler auftritt, weicht dieser Wert ab. Der Empfänger empfängt dann einen anderen Bitwert als erwartet und markiert die Nachricht als fehlerhaft. Der Absender sendet die Nachricht erneut.
Twisted-Pair-Verkabelung:
Als Verkabelung für den CAN-Bus werden Twisted-Pair-Kabel verwendet. Anschließend werden das CAN-High- und das CAN-Low-Kabel wie im Bild gezeigt miteinander verdrillt. Auf diese Weise werden Eingriffe von außen vermieden; Wenn in einem Kabel eine Induktion von einigen Zehntel Volt auftritt, wird sie auch im anderen auftreten. Der Spannungsunterschied zwischen CAN High und Low bleibt jedoch gleich. Dadurch wird die Fehlfunktion behoben und es entstehen keine Unannehmlichkeiten für die Steuergeräte.
Abschlusswiderstände:
Abschlusswiderstände werden in jedem Hochgeschwindigkeits-CAN-Bus-Netzwerk verwendet. Diese werden häufig in den Knoten am Ende der CAN-Bus-Leitung (Draht) oder in der Verkabelung eingebaut. Diese Widerstände haben jeweils einen Widerstandswert von 120 Ω (Ohm). Der Ersatzwiderstand wird bei der Messung des Widerstands an den Drähten mit 60 Ω gemessen.
Diese Abschlusswiderstände dienen der Störunterdrückung; Wären diese nicht vorhanden, würde Reflexion stattfinden. Das Spannungssignal wandert durch das CAN-Bus-Kabel, erreicht das Ende und wird zurückprallt. Letzteres wird verhindert. Die Spannung wird im Widerstand erfasst. Die Reflexion könnte dazu führen, dass Spannungssignale zurückprallen, die gesendeten Nachrichten beeinträchtigen und in der Folge zu Fehlfunktionen der Steuergeräte führen.
Tor:
Das Auto ist mit einem Netzwerk von Steuergeräten (Knoten) ausgestattet. Das Gateway verbindet verschiedene CAN-Bus-Netzwerke (z. B. Innenraum, Motor/Getriebe und Fahrwerk), den MOST-Bus und den LIN-Bus und ermöglicht so die Kommunikation aller Netzwerke untereinander. Es handelt sich also tatsächlich um einen Knotenpunkt zwischen allen Netzwerken. Die Geschwindigkeitsunterschiede spielen bei einem Gateway keine Rolle. Klicken Sie hier, um zu der Seite zu gelangen, auf der die Bedienung und Funktionen des Gateways beschrieben werden.
Messung am CAN-Bus:
Oft wird gefragt, ob es möglich sei, den CAN-Bus zu messen. Das ist durchaus möglich. Eine Diagnose kann durch Messen der Spannungspegel an den Drähten und Überprüfen der Spannungsanzeige auf dem Oszilloskop gestellt werden. Wie Messungen durchgeführt werden können, ist auf der Seite beschrieben Messung auf dem CAN-Bus-System.
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