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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

Spécifications du 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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2. Spécifications du bus CAN

2.1 Couches ISO et bus CAN

La norme ISO 11519 du bus CAN spécifie :

  • dans sa partie A, un champ d’identification sur 11 bits (format dit « standard ») ;

  • dans sa partie B, un champ d’identification sur 29 bits (format dit « étendu »).

Nota : dans cet article, sera présenté uniquement le format standard ; la différence avec le format étendu va seulement porter sur la taille de l’identifiant.

Cette norme définit la couche physique, couche 1 au sens de la normalisation ISO, qui s’occupe de la définition du signal sur le média, de l’interface électrique et du codage des bits ainsi que la couche 2, couche liaison.

L’architecture de communication considérée est comparable à celle d’un réseau local ; elle est limitée à trois couches (comme indiqué en figure 5) qui sont, de haut en bas : la couche application, la sous-couche LLC (logical link control), la sous-couche MAC (medium access control) et la couche physique.

HAUT DE PAGE

2.1.1 Couche application

Cette couche fournit les services nécessaires à la gestion des tâches et du contrôle tout en respectant les contraintes de temps.

HAUT DE PAGE

2.1.2 Sous-couche LLC (logical link control)

Du point de vue OSI, la sous-couche LLC fournit l’adressage et le contrôle de la liaison de données.

Ce dernier utilise pour cela le contrôle de flux, l’accusé de réception et la correction d’erreur.

C’est cette sous-couche qui forme la trame qui sera envoyée par la sous-couche MAC.

L’adressage précise l’identifiant de la station destinataire, mais aussi la station émettrice de la trame.

Particularité du bus CAN : l’adresse correspond à l’identification du message car il n’y a pas d’identification de station (nœud). C’est la couche supérieure...

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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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