Teil 2: Sicherer Datenaustausch mit CAN Serielle Bussysteme im Automobil II

Die immer komplexer werdenden elektronischen Systemen sorgen für ein höheres Maß an Sicherheit und Komfort beim Autofahren. Durch seine spezifischen Merkmale – so wird etwa der sichere Datenaustausch auch unter widrigen Umgebungsbedingungen sichergestellt – leistet dabei das serielle Bussystem CAN (Controller Area Network) einen entscheidenden Beitrag.

Die immer komplexer werdenden elektronischen Systemen sorgen für ein höheres Maß an Sicherheit und Komfort beim Autofahren. Durch seine spezifischen Merkmale – so wird etwa der sichere Datenaustausch auch unter widrigen Umgebungsbedingungen sichergestellt – leistet dabei das serielle Bussystem CAN (Controller Area Network) einen entscheidenden Beitrag.

Die von Bosch [1] entwickelte CAN-Technik ist seit 1993 genormt und liegt, gegliedert in mehrere Teile, als ISO-Norm 11898 vor (Bild 1). Der erste Teil umfasst das CAN-Protokoll und deckt vollständig den Data Link Layer (Framing, Adressierung, Buszugriff, Datensicherung) und teilweise den Physical Layer (Physical Signaling) des standardisierten Referenzmodells der Datenkommunikation (ISO 7498) ab. Das CAN-Protokoll wird in Hardware implementiert, wofür mittlerweile eine Vielzahl von kostengünstigen CAN-Controllern zur Verfügung steht.

Der zweite Teil beschreibt den CAN-High-Speed-Physical-Layer, der dritte Teil den CAN-Low-Speed-Physical-Layer. Beide decken den Physical Layer der ISO 7498 ab (unter anderem die physikalische Busankopplung, Datenraten und die Spannungspegel). Der CAN-High-Speed-Physical-Layer kommt vor allem in Antriebs- und Fahrwerksapplikationen zum Einsatz. Man realisiert ihn im Wesentlichen durch den CAN-High-Speed-Transceiver, der eine maximale Datenrate von 1 Mbit/s unterstützt. Für den hauptsächlich im Komfortbereich eingesetzten CAN-Low-Speed-Physical-Layer nutzt man in der Regel den CAN-Low-Speed-Transceiver mit einer maximalen Datenrate von 125 kbit/s.

Die CAN-Schnittstelle (Bild 2) besteht demnach aus einem CAN-Controller und einem CAN-Transceiver. Während der CAN-Controller das CAN-Protokoll abwickelt, übernimmt der CAN-Transceiver die Aufgabe, den CAN-Controller physikalisch an den im Differenzsignalmodus betriebenen CAN-Bus zu koppeln. Die Differenzsignalübertragung verbessert die Störempfindlichkeit und erfordert zwei Kommunikationsleitungen (CAN-High- und CAN-Low-Leitung), die zur Vermeidung von Reflexionen an den Enden mit dem Wellenwiderstand abgeschlossen werden.

Zuordnung von Knoten und Nachrichten über Nachrichtenadressen und -filter

Die Nachrichtenadressen, üblicherweise als Identifier (ID) bezeichnet, bestimmen nicht die CAN-Zielknoten, sondern die Identität der Nachrichten selbst. Prinzipiell stehen so alle CAN-Nachrichten allen CAN-Knoten zum Empfang zur Verfügung (Nachrichtenverteilung). Über einen Filter selektiert jeder CAN-Knoten die für ihn relevanten CAN-Nachrichten aus dem Nachrichtenstrom (empfängerselektives System). Aufgrund des 11-bit-breiten Identifiers lassen sich in einem CAN-Netzwerk bis zu 2048 CAN-Nachrichten spezifizieren.
Diese Form der Nachrichtenverteilung bietet folgende Vorteile:

  • Kosteneinsparung durch Mehrfachausnutzung von Sensoren.
  • Einfache Realisierung und Synchronisation von verteilten Prozessen.
  • Hohe Flexibilität hinsichtlich der Konfiguration.

Der Verzicht auf Knotenadressen erlaubt die Integration von weiteren Busknoten, ohne dass die Hard- oder Software vorhandener Busknoten modifiziert werden muss. Dies gilt allerdings nur, wenn es sich beim hinzukommenden Busknoten ausschließlich um einen Empfänger handelt.

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