Поразрядный арбитраж

Принципы работы сети CAN

Данные, передаваемые одним узлом, рассылаются по сети всем станциям. Первоначально это сообщение принимается всеми станциями. Узел, принявший сообщение, может проигнорировать его, если оно не будет связано с выполняемыми узлом функциями.

Тип передаваемых данных (например, число оборотов двигателя, температура масла и др.) обозначается 11-битным идентификатором, стоящим в самом начале сообщения.

Но самым важным является то, что этот идентификатор определяет приоритет сообщения. Такой тип рассылки сообщений называется "схема адресации, ориентированная на содержимое". В ней и заключается особенность CAN. В сети CAN каждый 11-битный идентификатор уникален. Никакая пара узлов сети не может послать сообщения с одинаковыми идентификаторами. Аналогичным образом, никакой узел не может принять сообщения разных типов, но с одинаковыми идентификаторами. Это особенно важно при распределении шины между несколькими конкурирующими за доступ к шине станциями.

Если центральный процессор (ЦП) какой-либо станции решает послать сообщение другой станции или станциям, то сначала он передает эти данные и свой идентификатор в соответствующую ему CAN-микросхему. На рисунке 3.26 это обозначено состоянием "Готов" (Make Ready). После этого CAN-схема конструирует сообщение и пересылает его по шине (когда она доступна). Это состояние обозначено "Послать Сообщение" (Send Message).

В этот момент все другие станции становятся приемниками этого сообщения (состояние "Получить Сообщение" - Receive Message). Каждый приёмник определяет, предназначено ли это сообщение ему (состояние "Выбрать" - Select). Если да, то данные принимаются, в противном случае они игнорируются.

Данные, подлежащие обработке в реальном масштабе времени, должны передаваться быстро. Это требует не только высокой скорости передачи, но и быстрого предоставления шины, когда несколько устройств запрашивают ее для пересылки своих сообщений одновременно.

В системах реального времени срочность пересылаемых по сети сообщений бывает разной. Быстро меняющиеся величины, такие как нагрузка двигателя, должны передаваться более часто и, следовательно, с меньшей задержкой, чем такие параметры, как относительно медленно меняющаяся температура двигателя.

Приоритет передаваемого сообщения входит в состав 11-битного идентификатора. Идентификатор с наименьшим двоичным значением имеет наивысший приоритет. Приоритеты задаются во время проектирования системы и динамически изменяться не могут.

Конфликты доступа к шине разрешаются поразрядным сравнением идентификаторов, присвоенных каждой станцией. На рисунке 3.31 приведен пример, иллюстрирующий описанную процедуру.

Эффективность сети CAN определяется тем, что шина используется только теми станциями, у которых есть отложенные ("повисшие") запросы на передачу. Эти запросы обрабатываются в порядке степени важности сообщений для всей системы. Преимущества этого механизма особенно сказываются при сильной загрузке системы. Так как приоритеты доступа к шине базируются на сообщениях, можно гарантировать малое время задержки в системах реального времени.

В данном примере три CAN-узла хотят передать свои данные одновременно.

Для решения проблемы надежности главной (мастер) станции (и, следовательно, надежности всей коммуникационной системы) в протоколе сети CAN реализуется децентрализованное управление шиной.

Все основные механизмы связи, включая управление доступом к шине, дублируются в системе несколько раз.

Это единственный способ обеспечения высоких требований к коэффициенту готовности коммуникационной системы.

Дата добавления: 2013-12-12