CAN Bus

CAN Bus
CAN bus (para CONTROLLER AREA NETWORK) es un sistema diseñado para permitir la comunicación
recíproca de microcontroladores y dispositivos dentro de un vehículo sin una computadora huésped.
CAN bus es un protocolo basado en mensajes, diseñado específicamente para aplicaciones de automóviles
pero ahora también es usado en otras áreas tales como aeroespacio, marítima, automatización industrial y
equipamiento médico.
El desarrollo del CAN bus comenzó originalmente en 1983 en Robert Bosch GmbH. El protocolo fue
oficialmente publicado en 1986 en el congreso de la Sociedad de Ingenieros Automovilísticos (SAE) en
Detroit, Michigan. Los primeros chips de controladores CAN, producidos por Intel y Phillips, llegaron al
mercado en 1987. Bosch publicó la especificación de CAN 2.0 en 1991. En 2012 Bosch ha especificado el CAN
protocolo de nivel de enlace de datos mejorado, llamado CAN FD, el cual extenderá la ISO 11898-1.
CAN bus es uno de los cinco protocolos usados en los vehículos de diagnostico standard de OBD-II. El
standard de la OBD-II ha sido el mandato de todos los autos y camiones livianos en los Estados Unidos
desde 1996, y el standard EOBD ha sido el mandato de todos los vehículos a petróleo vendidos en la Unión
Europea desde 2001 y en los vehículos diesel desde 2004.
Automotriz
Un automóvil moderno debe tener alrededor de 70 unidades de control electrónico (ECU) para varios
sistemas. En general el procesador más grande es la unidad de control del motor (también módulo de
control de motor/ECM o módulo de control de POWERTRAIN / PCM en automóviles); otros son usados para
la transmisión, airbags, ANTILOCK BRAKING/ABS, control de crucero, dirección de poder eléctrico/EPS,
sistemas de audio, ventanas, puertas, ajuste de los espejos, batería, recarga de sistemas para autos eléctricos
o híbridos, etc. Algunos de estos forman subsistemas independientes, pero las comunicaciones entre los
demás son esenciales. Un subsistema puede necesitar controlar actuadores o recibir retroalimentación de
terceros. El CAN standard fue desarrollado para cubrir esta necesidad.
El CAN bus puede ser usado en vehículos conectados a una unidad de control de motor y transmisión, o (en
un bus diferente) conectar los bloqueos de las puertas, control de los asientos, etc. Hoy el CAN bus es usado
también como un FIELDBUS en el entorno de automatización en general, sobre todo debido al bajo costo de
algunos controladores y procesadores CAN.
Bosch tiene las patentes de la tecnología, y los productores de los microprocesadores CAN compatibles
pagan impuestos de licencias a Bosch, los cuales son normalmente reflejados en el precio al consumidor de
los chips. Los fabricantes de productos que contienen módulos compatibles CAN pueden necesitar pagar un
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impuesto por el Protocolo de Licencia de CAN.
El corazón de un CAN bus en el controlador CAN. Este se conecta a todos los componentes (nodos) en la
web vía los cables de CAN-H y CAN-L. La señal es diferente, esto significa que cada una de lineas CAN hace
referencia a otra línea, no a un vehículo a tierra. Esto tiene ventajas significativas desde el punto de vista del
rechazo al ruido cuando es usado en medios eléctricos ruidosos como los vehículos con motor. Cada nodo
web tiene su identificador único. A partir de ECU en el bus está efectivamente en paralelo, todos los nodos
ven toda la información, todo el tiempo. Un nodo sólo responde cuando lo detecta su propio identificador.
Por ejemplo, cuando la ABS ECU envía un comando a una unidad activada ABS, esto responde
en
consecuencia, pero el resto de la web ignorará el comando. Los nodos individuales pueden ser removidos de
la web, sin afectar los otros nodos.
Como muchos componentes de vehículos diferentes pueden compartir el mismo bus hardware, es
importante que un disponible ancho de banda CANbus esté asignado primero al más seguro sistema crítico.
Los nodos usualmente están asignados a uno de los números de niveles prioritarios. Por ejemplo, los
controles de motor, frenos y airbags son una de las formas de mayor importancia desde el punto de vista de
la seguridad, y los comandos para activar esos sistemas están teniendo mayores prioridades (1) y serán
accionados antes de de los menos críticos. Los dispositivos de audio y navegación tiene usualmente una
prioridad media (2), y los de activación simple de luces deben ser de menor prioridad (3). Los últimos
vehículos usan hasta 3 redes separadas CAN, usualmente de diferentes velocidades conectadas juntas por
portales. Por ejemplo, las funciones de manejo del motor estarían a altas velocidades a 500KB/s y los
sistemas de chasis corren a 250KB/s CAN bus. La gestión interna, por ejemplo, luces, hielo, navegación por
satélite, espejos, etc están a una baja velocidad lo cual tendrá sólo una líneas frecuentemente referida como
una LIN bus. La información de una de las tres redes es disponible a las otras dos redes vía portales para
conectarse, por ejemplo, la transmisión para obtener la información desde el manejo del motor y vice versa.
Un proceso conocido como arbitraje decide la prioridad de los mensajes. En la práctica, para el usuario todas
las acciones parecerán ser inmediatas.
CAN bus se está haciendo cada vez más común en los vehículos de hoy en día, y se están haciendo más
comunes a medida que la tecnología madura y se reduce el costo.
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Tecnología
CAN es un MULTI-MASTER BROADCAST SERIAL BUS STANDARD FOR CONNECTING ELECTRONIC CONTROL
UNITS (ECUs)
Cada nodo es capaz de enviar y recibir mensajes, pero no simultáneamente. Un mensaje consiste sobre todo
en un ID (identificador), el cual representa la prioridad del mensaje, y hasta ocho bytes de información. El
CAN mejorado (CAN FD) extiende la longitud de la sección de información hasta 64 bits por marco. Esto es
transmitido en serie en el bus. Este patrón de señal es codificado en no volver a cero (NRZ) y es detectado
por todos los nodos.
Los dispositivos que están conectados por una red CAN son típicamente sensores, actuadores, y otros
dispositivos de control. Estos dispositivos no están conectados directamente en el bus, pero a través de un
procesador huésped y un controlador CAN.
Si el bus está inactivo lo cual representará por un nivel regresivo (TTL=5V), cualquier nodo puede comenzar a
transmitir. Si dos o más nodos comienzan a enviar mensajes al mismo tiempo, el mensaje con el ID más
dominante (los cuales tienen bits más dominantes, eso es, ZEROES) se sobrescribirá con otro nodos IDs
menos dominantes, por lo tanto que eventualmente (después del arbitraje en la ID) sólo los mensajes
dominantes permanecen y es recibido por todos los nodos. Este mecanismo es conocido como una prioridad
basada en el arbitraje de bus. Los mensajes con valores numéricos más bajos de ID tienen mayor prioridad y
son transmitidos primero.
Cada nodo requiere un
Procesador huésped

El procesador huésped decide lo que significan los mensajes recibidos y cuales mensajes quiere transmitir por si
mismo.

Sensores, actuadores y dispositivos de control pueden ser conectados al procesador huésped.
Controlador CAN (hardware con un reloj sincronizado)

Recibir: el controlador CAN almacena los bits recibidos en serie desde el bus hasta que un mensaje entero es
disponible, el cual puede entonces ser exagerada por el procesador huésped (usualmente después de que el
controlador CAN ha provocado una interrupción).

Enviar: el procesador huésped almacena sus mensajes transmitidos al controlador CAN, el cual transmite los bits
necesarios al bus.
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Transcribir

Recibir: adapta niveles de señales desde el bus a los niveles que los controladores de CAN espera y tiene un
circuito protector que protege el controlador CAN.

Trasmitir: convierte la señal de transmisión recibida desde el controlador del CAN en una señal que es enviada al
bus.
La tasa por bits hasta 1Mbit/s son posibles con redes bajo 40m. Disminuyendo la tasa de bits permite
distancias de redes más largas (por ejemplo, 500m a 125Kbits). El mejorado CAN (CAN FD) extiende a
velocidad de la sección de información por un factor de hasta 8 de la tasa de arbitraje de bits.
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