На рис. 6.26 показаны способы представления битов в системах кодирования, применяемых в мультиплексных сетях. Здесь Т - время для представления одного бита. Заметим, что реальные сигналы не являются такими прямоугольными, с крутыми фронтами, как показано на рис. 6.26.

Для кода без возврап1ения к нулю (NRZ-код) уровень сигнала остается гюсто-янным для каждой последовательности одноименных битов. В это.м случае уровень сигнала остается низким для бита О и возрастает до некоторого высокого уровня напряжения для бита 1 (во многих устройствах для О и 1 используются противоположные по полярности значения напряжения). Код NRZ широко используется для передачи данных вследствие своей относительной простоты и низкой стоимости. NRZ-код обеспечивает очень эффективное использование полосы частот, поскольку он может представлять бит для каждого бода (изменения сигнала). Однако его недостатком является отсутствие способности самосинхронизации, поскольку длинные серии идущих подряд единиц и нулей не приводят к изменениям состояния сигнала в канале. Вследствие этого может произойти рассогласование (дрейф) таймера приемника по отношению к поступающему сигналу и несвоевременный опрос линии, передатчик и нрие.мник .могут фактически утратить взаимную синхронизацию. NRZ-код .может быть полярным и биполярным в зависимости от конкретной реализации.

Код с возвращением к нулю (RZ-код) предусматривает, что в представлении каждого бита сигнал меняется по меньшей мере один раз. Поскольку RZ-коды обеспечивают изменение состояния для кажтого бита, эти коды обладают очень хорошими свойствами синхронизации. Основной недостаток RZ-кода состоит в том, что он требует двух переходов (изменений) сигнала л,ля каждого бита. Следовательно, RZ-код потребует вдвое большей скорости (в бодах) по сравнению с обычным кодом. В качестве примера RZ-кодов на рисунке 6.26 показаны манчестерский код и широтно-импульсная модуляция.

В авто.мобильной .мультиплексной шине CAN используется NRZ-код.

6.5.4. Управление доступом к среде (подуровень MAC)

Локальные сети обычно являются равноранговы.ми, то есть статус всех узлов одинаковый, они имеют равные права на доступ в сеть. С другой слороны, голько один узел может передавать данные в сеть в любой конкретный .момент времени. Необходим .механизм для контроля за доступом к шине (среде), который и реаш-зуется на подуровне MAC.

Метод доступа CSMA/CD (Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detection) - метод множественного доступа с контролем несущей и обнаружением коллизий.

Если то или иное устройство готово к передаче данных в сеть, оно выдает на шину запрос для проверки того, не передаются ли уже по сети какие-либо данные. Если сеть занята, контрол.,1ер ожидает в течение некоторо10 произвольного интервала времени, прежде чем выполнить еще одну попытку передать данные. Если линия сети все еще занята, контроллер будет ожидать несколько дольше до следующей попытки. Поскольку каждый контроллер в сети ожидает в течение произвольного, случайно выбрашюго интервала времени, вероятность того, что все устройства примут с шины предназначенные для них сообщения, возрастает.

Для того чтобы исключить сто;1кновения, контроллер, передавая данные, непрерывно контролирует состояние шины. Если контроллер обнаруживает, что на шине уже имеются данные, передаваемые не им, он приходит к заключению, чло

A-BUS

: Класс SAE

Л 567

i Разработчик

ISO, Bosch Chrysler

NRZ+ I вставка бита

Л 850

Ford, GM, Chrysler

1Линия связи Провод : пР ; витаяпара Витая пара

I оптическая

J2058

Chrysler ISO

Провод Витая пара

J2106

Витая пара, оптическая

NRZ + вставка бита

Дэступ к среде Недетерм. Недетерм. Недетерм. i Недетерм. Детерм. Недетерм. , Недетерм.

Скорость обмена gJ 1 Мбит i 8 кбит в секунду

42 кбит

1 кбит

Определяет 2мбит i пользователь

столкновение, скорее всего, уже произошло, и приостанаа-зивает передачу. Поскольку и тот контроллер, который передал данные, вызвавшие столкновение, постоянно запрашивает шину, он тоже прекращас!- передачу. Оба контроллера после этого ожидают в течение произвольного интервала времени, прежде чем попытаться снова передать весь блок данных. Выбранная в случайном порядке длитель-носзь периода ожидания повьпиает вероятность того, что оба контроллера смогут передать данные через сеть без повторного столкновения. Если оно все же происходит, средняя длительность периода ожидания увеличивается.

Метод доступа CSMA/CD-A отличается от CSMA/CD наличием арбитража при коллизиях, что используется в CAN, VAN, VNP и в дру1их автомобильных шинных протоколах.

Каждый пакет данных, передаваемый по сети, снабжается приоритетом. Если несколько узлов одновременно пытаются вести передачу данных, узлы, передающие данные с более низкими приоритетами, обнаружат коллизию и прекратят передачу. Узел, данные с которого имеют наивысший приоритет, продолжит передачу.

Пропускная способность сети с побитным арбитражем при коллизиях теоретически может использоваться на 100%. На практике это недостижимо из-за задержки передачи пакетов данных с низким приоризетом.

Недостатко.м .метода доступа CS.MA/CD является нрекрашение передачи всех сообшений при обнаружении коллизии. .Метод CS.MA/CD-A позволяет продолжить без остановки передачу наиболее важной информации.

Реализация метода CS.MA/CI)-A предусматривает, что вре.мя задержки для всей линии связи составляет малую часть от времени передачи одного бита информации. Это ограничивает максимальную длину линии для заданной скорости передачи. Например, .максимальная долина электрической линии д.ля реализации CAN-протокола со скоростью передачи 1 Мбит/сек не более 40 .метров.

Обмен данными в автомобильных мультиплексных системах может производиться по различным протокола.м, которые сведены в табл. 6.2.

Таблица 6.2

Глава 7. Протокол CAN для автомобильных мультиплексных систем

7.1. Предварительные замечания

Протокол CAN был разработай инженерами фирмы R.Bosch GmbH ;1ля применения на автомобилях. Протокол соответствует международным стандартам 180П898 и 180П519, практически используется несколькими производителями электронного оборудования. Протокол CAN признан автомобильными производителями США и Европы, используется на современных легковых а!!томобилях, грузовиках, автобусах, сельскохозяйстветюм транспорте, в морском оборудовании, для автоматизации производства 14J.

Протокол CAN по;1лерживает метод доступа CSMA/CD-A к сети с равуюранго-выми узлами. Пакет данных имеет размер не более 8 6aiiT и передается по последовательной шине. 15-битовый цикчический контроль избыточности обеспечивает высокий уровень целостности данных.

Используемый в настоящее время протокол CAN версии v2.0 состоит из двух астей: версия v2.0A со ста1шартным форматом кадра и v2.0B с расширенным форматсм кадра. Версия v2.0A идентична предыдущей версии vi.2 и использует 11-битовое поле идентификатора. В версии v2.0B no.ie идентификатора - 29 бит. Расширенный формат кадра необходим для совместимости с существующим ком-.муникационным протоколом J1850, Функции протокола CAN реализуются в микропроцессоре со встроенным контроллером CAN. Первьтми на рьпгке появились контроллеры CAN с внешними драйверами для шины. В настоящее вре.мя производятся несколько типов CAN-контроллсров, KOTopi.ie можно разделить на три группы в зависимости от поддержки ими расширенного формата кадра:

контроллеры v2.0A. Пол;т.ерживают то;1ько стандартный формат, не .могут работать в сети, где передаются и кадры рас1ииренного формата;

контроллеры v2.0B, пассивные. По.гтерживают только стандартный формат, но могут работать в сети, где перелаются и кадры растиренного формата;

контроллеры v2.0B, активные. Поддерживают операции с кадрами стандартного и расширенного форматов.

Контроллеры CAN Ю1ассифицируются также как по.тные или базовые в за1!и-симости от организации буферизации да1ип>1х.

Полный CAN-контроллер и.меет некоторое количество (обычно 14) специализированных буферов для временного хранеття сообщений. При инициатизации CAN-контроллера можно сконфигурировать его, указа!!, какой кадр будет поступать в какой буфер.

7.2. Архитектура протокола CAN

в стандартах Меж/т.ународной орга1п1;шции стан.тартизаиии д.тя протоколов CAN ISO 11898 (высокая скорость обмена) и ISO 11519 (низкая скорость обмена) регламентируется уровневая структура в соответствии со стандартами LAN (локальные сети) ISO8802-2 и 8802-3. Протокол CAN относится к двум нижним уров-ня.м модели ВОС, как показано на рис. 7.1.