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1 - HISTORIQUE DU BUS CAN

2 - SPÉCIFICATIONS DU BUS CAN

3 - SPÉCIFICATIONS DU CAN-FD

4 - ASPECTS MATÉRIELS

5 - OUTILS POUR LE BUS CAN

6 - APPLICATION DU BUS CAN

7 - CONCLUSION

8 - GLOSSAIRE

9 - SIGLES, NOTATIONS ET SYMBOLES

Article de référence | Réf : S8140 v2

Outils pour le bus CAN
Bus CAN

Auteur(s) : Ahmed RACHID, Frédéric COLLET

Relu et validé le 10 mars 2021

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RÉSUMÉ

Cet article présente les principes de fonctionnement du bus CAN, son protocole de communication ainsi que ses caractéristiques physiques et électriques. La version CAN-FD est également présentée en montrant ses spécificités et ses avantages. Différentes déclinaisons du CAN sont discutées en rapport avec les couches OSI et les standards correspondants. Quelques microcontrôleurs remarquables intégrant un contrôleur CAN et/ou CAN-FD font l’objet d’une section. Les produits d’analyse et de développement pour la mise en œuvre et l’implémentation du bus CAN sont exposés en soulignant les outils libres et gratuits. Des exemples pratiques sont donnés pour illustrer l’utilisation du bus CAN dans divers systèmes.

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Auteur(s)

  • Ahmed RACHID : Professeur des universités - Laboratoire des technologies innovantes, université de Picardie Jules-Verne, Amiens, France

  • Frédéric COLLET : Professeur agrégé - Laboratoire des technologies innovantes, université de Picardie Jules-Verne, Amiens, France

INTRODUCTION

La communication est un facteur primordial dans les systèmes de production industriels. Les performances requises en termes de flux d’informations sont aussi importantes (sinon plus) que les flux de matières et d’énergies. Le réseau a pour objectif principal l’échange d’informations.

L’architecture décentralisée s’est rapidement imposée dans la conduite de procédés. En effet, les systèmes distribués sont généralement mieux appropriés aux localisations des capteurs et des actionneurs qui constituent les sources d’information. Cela nécessite une communication fiable et robuste associée à une électronique « intelligente » et peu coûteuse.

Dans l’industrie, les communications par réseaux sont classifiées en quatre niveaux qui sont souvent représentés par une pyramide. Le concept de production assistée par ordinateur ou CIM (computer integrated manufacturing) comprend un niveau dit de terrain, un niveau cellule, un niveau usine ou atelier et un niveau études et direction.

  • Le niveau études et réalisation permet la centralisation des informations liées à la conception comme les fichiers des outils de CAO.

  • Le niveau usine concerne la gestion de la production et des commandes.

  • Le niveau cellule va permettre la supervision, le suivi des stocks et le contrôle de la production.

  • Le niveau terrain est au plus proche de la production ; il correspond aux différentes machines qui assurent la fabrication, la transformation, l’assemblage autour d’un objet ou d’un ensemble. Il met en relation les machines à commandes numériques, les robots, les automates programmables, les régulateurs, les convoyeurs ainsi que les capteurs et actionneurs.

Le réseau (ou bus) de terrain (fieldbus) est aussi nommé « réseau local industriel ». Il est qualifié d’industriel car orienté production et local car établi dans une partie de ce site de production que constitue une entreprise. Il permet donc de mettre en communication des capteurs, des actionneurs, des automates programmables industriels, des machines à commande numérique, des robots, des régulateurs industriels et des systèmes de commande et de contrôle simples. Dans les réseaux de terrain, la taille des messages échangés est assez faible comparativement aux autres types de réseaux, locaux ou grandes distances. Les flux d’information sont plutôt périodiques et l’aspect contrainte de temps est prioritaire (application temps réel).

Les réseaux de terrain fonctionnant au sein d’environnements perturbés du point de vue électromagnétique, le support est généralement un câble coaxial blindé ou une paire torsadée travaillant en mode différentiel ou encore une fibre optique pour une plus grande immunité au bruit. Les distances de communications sont assez faibles par rapport aux autres types de réseaux, souvent inférieures à quelques dizaines de mètres.

Une topologie en bus est généralement adoptée pour sa facilité de mise en place, d’évolution (ajout ou retrait de systèmes) et d’extension (répéteurs).

Pour faire référence à la normalisation de l’architecture des réseaux de l’ISO qui est l’OSI (open system interconnection), trois des sept couches sont couvertes : la couche physique (impossible de s’en passer), la couche lien ou liaison (doit exister sinon comment communiquer ?) et la couche application (pour pouvoir tirer parti des informations échangées).

Toutefois, l’évolution des réseaux vers une architecture uniforme simplifiée conduit les industriels à opter pour des réseaux locaux informatiques pour leurs réseaux de terrain. L’évolution technologique en matière de réseaux des dix dernières années montre que des réseaux hauts débits pourraient venir remplacer tous les types de réseaux dans les quatre niveaux de la CIM. Des passerelles sont alors déployées pour s’interconnecter aux réseaux informatiques avec des protocoles basés sur la pile TCP/IP et ses couches hautes utilisées autour de l’Internet.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-s8140


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5. Outils pour le bus CAN

5.1 Outils d’analyse

Pour analyser les trames qui transitent sur un bus de données, on peut utiliser un oscilloscope numérique, certains oscilloscopes disposant d’une interface CAN qui montre directement la trame décodée qu’ils capturent. De façon plus conviviale et moins onéreuse, on peut utiliser un PC muni d’une interface matérielle (par exemple un adaptateur CAN-USB) et d’un logiciel d’analyse de réseaux.

Wireshark est l’analyseur de réseaux gratuit et libre le plus utilisé dans le monde. Il couvre plus de 1 500 protocoles et bénéficie de contributions d’experts depuis sa création par Gerald Combs en 1998. Parmi ses caractéristiques :

  • multi-plates-formes : Unix, Linux, MS Windows, Mac OS ;

  • analyse en ligne ou hors ligne via une interface graphique ou via l’utilitaire TShark en mode TTY avec de puissants filtres d’affichage ;

  • lecture/écriture de nombreux formats de fichiers ;

  • les données en direct peuvent être lues à partir d’Ethernet, IEEE 802.11, PPP/HDLC, ATM, Bluetooth, USB, Token Ring, Frame Relay, FDDI et autres (en fonction de la plate-forme utilisée) ;

  • des règles de coloration peuvent être appliquées à la liste aux paquets de données pour une analyse rapide et intuitive ;

  • export des résultats sous différents formats : XML, PostScript, CSV…

Il y a de nombreux autres outils gratuits d’analyse spécifique au CAN, mais ils sont généralement dédiés aux interfaces matérielles CAN produites par les sociétés qui les développent. C’est le cas de BUSmaster qui est un outil ouvert développé par la filiale de Bosch en Inde pour simuler, analyser et tester les bus de données tel que CAN, LIN (local interconnect network), FlexRay. C’est également l’exemple de CanDo ( http://www.cananalyser.co.uk), PCanView de Peak-System ou encore CanKing de Kvaser.

Il existe évidemment des outils d’analyse commercialisés tels que RTaW-Sim, PCAN-Explorer, CANalyzer, X-Analyser. Ces produits sont plus ou moins équivalents et supportent différentes interfaces au bus CAN/CAN-FD/CANopen/J1939/NMEA2000/DeviceNet, LIN et OBD. Parmi leurs fonctionnalités principales :

  • interface graphique conviviale ;

  • prise en compte de plusieurs bus CAN ;

  • outil de diagnostic ;

  • ingénierie...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - PFEIFFER (O.), AYRE (A.), KEYDEL (C.) -   Embedded Networking with CAN and CANopen.  -  Embedded Systems Academy Inc. (2016).

  • (2) - PFEIFFER (O.) -   Implementing Scalable CAN Security with CANcrypt : Authentication and encryption for CANopen, J1939 and other Controller Area Network or CAN FD protocols.  -  Embedded Systems Academy Inc. (2017).

  • (3) - LAWRENZ (W.) -   CAN System Engineering : From Theory to Practical Applications.  -  Springer (2013).

  • (4) - DOGAN (I.) -   Controller area network projects – Projets du bus CAN.  -  Publitronic Elektor (2012).

  • (5) - RIVIRA (F.) -   Systèmes domotiques basés sur les bus de terrain interopérables. Cas du bus CAN.  -  Éditions universitaires européennes (2017).

  • (6) - PARET (D.), REBAINE (H.) -   Réseaux...

1 Outils logiciels

RTaW-Sim (RealTime-at-Work) est un simulateur de réseaux CAN très précis, permettant au concepteur de proposer rapidement les meilleurs choix de conception et de configuration, et d’évaluer les performances et la fiabilité d’un système.

http://www.realtimeatwork.com/software/rtaw-sim

NETCARBENCH est un logiciel sous licence GPL qui génère des messages automobiles en fonction d’un ensemble de paramètres définis par l’utilisateur. NETCARBENCH vise à améliorer l’évaluation, la compréhension et la comparabilité des techniques et des outils utilisés dans la conception de systèmes de communication embarqués.

CANoe est un logiciel complet développé par Vector pour le développement, le test et l’analyse des modules ECU dans un bus CAN.

http://www.vector.com/int/en/products/products-a-z/software/canoe

CANalyzer...

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Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.

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