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Ventajas y usos del Bus CAN (Controller Area Network)

2019-10-29
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Ventajas y usos del Bus CAN (Controller Area Network)

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El CAN Bus es la columna vertebral de toda la electrónica utilizada en los vehículos, conecta las unidades de control electrónico (ECUs) entre si y con todos los dispositivos del vehiculo.

Por lo tanto, CAN (Controller Area Network) en un inicio se aplicó principalmente en coches, motocicletas, camiones, trenes y barcos, cumpliendo el objetivo de su creador, Robert Bosch, de sustituir otros protocolos basados en RS232.

Gracias a sus excelentes prestaciones (velocidad de comunicación, robustez, seguridad e integridad de los datos comunicados) el CAN Bus se aplica hoy en día en numerosas aplicaciones críticas y diferentes sectores.

El CAN Bus es muy apto para transmitir pequeños pero frecuentes paquetes de datos, una característica utilizada en el sector industrial para intercambiar datos entre dispositivos (Devicenet) y sobre todo, para sistemas de movimiento y posicionamiento como CANopen.

CAN Bus

¿Porque CAN-Bus es muy superior a otros protocolos como los basados en RS232?:

1. VELOCIDAD: Más Rápido, hasta 1 megabit por segundo, (CAN-FD hasta 25 Mbit/s)

2. SEGURIDAD en los datos comunicados con un CRC (Cyclic Redundancy Check) largo comparado con los datos comunicados, algo que resulta en una distancia Hamming de 6, lo que convierte CAN bus a una de las redes más seguras en el mercado…

El bus CAN es tan seguro que puede llevar las señales del pedal de freno de cualquier vehículo a la unidad de servo-freno sin riesgo de mal comunicación.

La especificación del reto por Robert Bosch era clara: Queremos diseñar el mejor sistema de comunicación para vehículos, que solo admitían un fallo cada 100 años por cada vehículo.

No existe ningún concepto de comunicación electrónica 100% infalible y perfecta, en todo tipo de hardware se puede introducir ruido eléctrico (EMC) con capacidad de dañar los bits transmitidos. Para evitarlo, se transmite una cantidad de información redundante (el CRC) junto con los datos, con la intención de comprobar la integridad del paquete de datos recibido.

El CRC tiene que ser pequeño comparado con el "pay-load" de datos (datos de usuario) para mantener un buen rendimiento del sistema de comunicación

Tampoco existe un CRC perfecto e infalible! Un buen sistema de comunicación consiste de un buen hardware (muy seguro en sí) y un buen CRC para la aplicación; la probabilidad de error en el hardware y la probabilidad de que el CRC no detecte un error en los datos "payload" determina la calidad final del sistema de comunicación. Esta regla es general y vale para todos los sistemas de comunicación.

3. INTELIGENCIA: Más Inteligente en su concepto de Data-Producer (todo Broadcast) y Data-Consumer.

Debido al inteligente concepto de Data Producer / Consumer en CAN, un concepto que evita transmitir multiples veces los mismos datos a diferentes destinos, los destinos ven todo los datos en el bus y cogen los que necesita cuando se presentan. Este hecho hace muchísimo más eficaz el ancho de banda de CAN y por eso CAN es ampliamente usado en sistemas de movimiento y posicionamiento con el protocolo CANopen de CiA.

La ventaja en el concepto CAN radica en que cada estación CAN puede transmitir en cualquier momento y sin riesgo de colisión o rotura de datos debido a su inteligente arbitraje (permiso para datos importantes primero).

Además todos los consumidores de datos pueden ver todos los datos y coger los que necesitan. Cada dato tiene un Identificador diferente, y a la vez este Identificador indica la Prioridad de los datos (dos cosas en una).

4. ROBUSTEZ: El bus CAN tiene una limitación en distancia, pero es ideal para una Red-Local Robusta

Otros datos de interés:

Bosch publicó en el año 1983 la especificación CAN con Identificador de 11-Bits.

Las Características Originales del CAN:

> 11-Bits de identificador (2048 diferentes) incluyendo en la ID, prioridad del mensaje.
> 0-8 bytes de datos y 16-bit CRC resultando en una Distancia de Hamming de 6, ofreciendo alto nivel de seguridad contra errores en la comunicación.
> CAN-Bus ganó éxito basado en su modelo Multi-Master Data-Producer / Data-Consumer versus otros modelos de Data-Origen / Data-Destination.
> Velocidad de comunicación 10 Kbit/ - 1 Mbit/s – 25Mbit/s (CAN FD). El máximo está determinado por la velocidad de las señales en el cable y por la longitud máxima del cable. Cada bit transmitido tiene que ser visible en todo el bus, es la base del arbitraje no destructivo en CAN entre bits Dominantes y bits Recesivos, que aporta la gran parte de la calidad del diseño del concepto CAN...

En 1991, Bosch publicó la especificación CAN 2.0A y B, con IDs de 11-bits y de 29 bits.

> 29-Bits de identificador (permite mas de 500 millones diferentes) incluyendo en la ID, prioridad del mensaje.

CAN-Bus gano gran popularidad por sus excelentes características y llegó a formar las capas básicas (1: física y 2: data-link) en conocidos protocolos como:

> Devicenet de ODVA > CANopen de CIA > Y muchos más...
> J1939 de SAE > NMEA-2000….
> CANaerospace > MilCAN

Pero la velocidad máxima de 1 Mbit/s y un máximo 8 bytes por trama ponía limite a las aplicaciones cada vez con más demanda de datos y de velocidad.

Ethernet y Flexray empezaron a competir pese a su falta de sencillez y flexibilidad ...

En 2012 Bosch comenzó a trabajar en una nueva evolución del CAN con más ancho de banda: CAN FD 1.0

Características de CAN FD:

> 11 o 29-Bits de identificador ID incluyendo en la ID prioridad del mensaje, igual...
> 0-64 bytes de datos y 16/18/22-bit CRC resultando en una Distancia de Hamming 6 (igual de bueno)
> Velocidad de comunicación 1 Mbit/s (en fase de sincronización y arbitraje) y otra velocidad mucho más alta para la transmisión de la trama de datos.

CAN-FD está otra vez en primera línea con la oferta de nuevos productos y nuevas aplicaciones

Principales usos de CAN Bus:

> Aviación > Automatización Industrial > Vehiculos recreacionales
> Vehiculos > Vehiculos Pesados > Vehiculos agricultura
> Seguridad, Medicina > Industria Marina (Naval) > Automatización de edificios


Ver más detalles:

- CAN Bus Historia y evolución

- IXXAT expertos en CAN


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