Ο δίαυλος CAN (Controller Area Network) είναι ένα ευρέως χρησιμοποιούμενο πρωτόκολλο σειριακής επικοινωνίας, ιδιαίτερα κατάλληλο για τους τομείς του αυτοκινήτου και του βιομηχανικού αυτοματισμού. Οι τύποι μηνυμάτων στο δίαυλο CAN μπορούν να κατηγοριοποιηθούν ευρέως ως εξής, με κάθε τύπο να έχει τον συγκεκριμένο σκοπό και τη μορφή του.
I. Πλαίσιο Δεδομένων
Το πλαίσιο δεδομένων είναι ο πιο βασικός τύπος μηνύματος στο δίαυλο CAN και χρησιμοποιείται για τη μετάδοση δεδομένων μεταξύ κόμβων. Ένα πλαίσιο δεδομένων αποτελείται από πολλαπλά τμήματα, συμπεριλαμβανομένων των αρχών πλαισίου, πεδίου διαιτησίας, πεδίου ελέγχου, πεδίου δεδομένων, πεδίου CRC, πεδίου ACK και τέλους πλαισίου.
1. Έναρξη πλαισίου (SOF)
- Ορισμός: Ένα τμήμα που υποδεικνύει την έναρξη ενός πλαισίου δεδομένων, που αποτελείται από ένα μόνο ενεργό bit (λογικό 0).
- Λειτουργία: Όταν ο δίαυλος είναι αδρανής, ο κόμβος εκπομπής στέλνει την έναρξη του πλαισίου. άλλοι κόμβοι λήψης συγχρονίζονται με αυτό το bit Start of Frame.
2. Πεδίο Διαιτησίας
- Ορισμός: Ένα τμήμα που υποδεικνύει την προτεραιότητα του πλαισίου. Ανάλογα με το μήκος του κωδικού αναγνωριστικού πεδίου διαιτησίας, τα πλαίσια ταξινομούνται ως τυπικά πλαίσια (CAN 2.0A) και εκτεταμένα πλαίσια (CAN 2.0B).
- Περιεχόμενα: Το πεδίο διαιτησίας ενός πλαισίου τυπικής-μορφής αποτελείται από ένα αναγνωριστικό (ID) 11-bit και ένα bit αίτησης απομακρυσμένης μετάδοσης (RTR). το πεδίο διαιτησίας ενός πλαισίου εκτεταμένης μορφής αποτελείται από ένα αναγνωριστικό 29-bit και ένα bit RTR.
- Λειτουργία: Χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του τύπου του πλαισίου που μεταδίδεται (πλαίσιο δεδομένων ή πλαίσιο τηλεχειρισμού) και τη μορφή του πλαισίου (τυπικό πλαίσιο ή εκτεταμένο πλαίσιο), καθώς και για τον καθορισμό της προτεραιότητας του πλαισίου.
3. Πεδίο ελέγχου
- Ορισμός: Ένα πεδίο που καθορίζει τον αριθμό των byte στα δεδομένα και τα δεσμευμένα bit.
- Περιεχόμενα: Περιλαμβάνει τον κωδικό μήκους δεδομένων (DLC) και δύο δεσμευμένα bit (r0, r1). Το DLC υποδεικνύει τον αριθμό των byte στο πεδίο δεδομένων, ο οποίος μπορεί να κυμαίνεται από 0 έως 8 byte.
- Λειτουργία: Ενημερώνει τον κόμβο λήψης για το μήκος του πεδίου δεδομένων, ώστε τα δεδομένα να λαμβάνονται σωστά.
4. Πεδίο δεδομένων
- Ορισμός: Το περιεχόμενο των δεδομένων. Μπορούν να μεταδοθούν 0 έως 8 byte δεδομένων.
- Σκοπός: Η μετάδοση των πραγματικών πληροφοριών δεδομένων.
5. Πεδίο CRC (Πεδίο ελέγχου κυκλικού πλεονασμού)
- Ορισμός: Ένα πεδίο που χρησιμοποιείται για τον έλεγχο σφαλμάτων μετάδοσης σε ένα πλαίσιο, που αποτελείται από μια ακολουθία CRC και έναν οριοθέτη CRC.
- Λειτουργία: Εξασφαλίζει την ακεραιότητα και την ακρίβεια των δεδομένων μέσω της επαλήθευσης CRC.
6. Πεδίο ACK (Πεδίο επιβεβαίωσης)
- Ορισμός: Ένα τμήμα που υποδεικνύει επιβεβαίωση της επιτυχούς λήψης, που αποτελείται από μια υποδοχή ACK και έναν οριοθέτη ACK.
- Λειτουργία: Όταν ο δέκτης λάβει σωστά ένα έγκυρο μήνυμα, στέλνει ένα θετικό bit στον πομπό κατά τη διάρκεια της υποδοχής ACK για να επιβεβαιώσει τη λήψη.
7. Τέλος Πλαισίου (ΕΟΦ)
- Ορισμός: Ένα τμήμα που δείχνει το τέλος ενός πλαισίου δεδομένων, που αποτελείται από 7 αρνητικά bit.
- Λειτουργία: Σηματοδοτεί το τέλος του πλαισίου δεδομένων.
II. Απομακρυσμένο πλαίσιο
Ένα απομακρυσμένο πλαίσιο χρησιμοποιείται για να ζητήσει τη μετάδοση ενός πλαισίου δεδομένων με το ίδιο ID. Όταν ένας κόμβος λήψης χρειάζεται συγκεκριμένα δεδομένα αλλά δεν τα έχει, στέλνει ένα απομακρυσμένο πλαίσιο για να ζητήσει από τον κόμβο μετάδοσης να στείλει το αντίστοιχο πλαίσιο δεδομένων. Η δομή ενός απομακρυσμένου πλαισίου είναι παρόμοια με εκείνη ενός πλαισίου δεδομένων, αλλά το τμήμα δεδομένων είναι κενό και το bit RTR έχει οριστεί σε 1.
III. Πλαίσιο σφαλμάτων
Ένα πλαίσιο σφάλματος αποτελείται από δύο πεδία: τη σημαία σφάλματος και τον οριοθέτη σφάλματος. Όταν ένας κόμβος λήψης ανιχνεύσει ένα σφάλμα σε ένα μήνυμα στο δίαυλο, μεταδίδει αυτόματα μια "σημαία ενεργού σφάλματος". άλλοι κόμβοι, όταν εντοπίσουν την ενεργή σημαία σφάλματος, στέλνουν μια "σημαία επιβεβαίωσης σφάλματος". Η μετάδοση ενός πλαισίου σφάλματος διακόπτει την τρέχουσα επικοινωνία διαύλου μέχρι να επιλυθεί το σφάλμα.
IV. Πλαίσιο υπερφόρτωσης
Ένα πλαίσιο υπερφόρτωσης αποτελείται από μια σημαία υπερφόρτωσης και έναν διαχωριστή υπερφόρτωσης. Ένα πλαίσιο υπερφόρτωσης μεταδίδεται όταν ο κόμβος λήψης απαιτεί υπερβολικό χρόνο για να επεξεργαστεί τα τρέχοντα δεδομένα πριν λάβει το επόμενο πλαίσιο ή όταν ανιχνευτεί ένα κυρίαρχο επίπεδο στο πεδίο χώρου μεταξύ πλαισίου. Η μετάδοση ενός πλαισίου υπερφόρτωσης καθυστερεί τη μετάδοση των επόμενων πλαισίων για να διασφαλίσει ότι η επικοινωνία στο δίαυλο δεν διακόπτεται λόγω υπερφόρτωσης.
V. Άλλοι τύποι μηνυμάτων
Εκτός από τους τέσσερις βασικούς τύπους μηνυμάτων που αναφέρονται παραπάνω, το πρωτόκολλο διαύλου CAN ορίζει αρκετούς άλλους ειδικούς τύπους μηνυμάτων, όπως τους τύπους μηνυμάτων Interframe Space και N_PCI (π.χ. μεμονωμένο πλαίσιο, πλαίσιο έναρξης, συνεχές πλαίσιο, πλαίσιο ελέγχου ροής, κ.λπ.). Αυτοί οι τύποι μηνυμάτων χρησιμοποιούνται σε συγκεκριμένα σενάρια επικοινωνίας για την κάλυψη διαφορετικών απαιτήσεων επικοινωνίας.
Περίληψη
Οι τύποι μηνυμάτων στο δίαυλο CAN περιλαμβάνουν βασικούς τύπους, όπως πλαίσια δεδομένων, πλαίσια τηλεχειριστηρίου, πλαίσια σφαλμάτων και πλαίσια υπερφόρτωσης, καθώς και ειδικούς τύπους, όπως το Interframe Space και τους τύπους μηνυμάτων N_PCI. Κάθε τύπος μηνύματος έχει τη συγκεκριμένη δομή και το σκοπό του, αποτελώντας συλλογικά τη βάση της επικοινωνίας διαύλου CAN. Σε πρακτικές εφαρμογές, η επιλογή του κατάλληλου τύπου μηνύματος για μετάδοση δεδομένων με βάση συγκεκριμένες απαιτήσεις επικοινωνίας εξασφαλίζει αξιόπιστη και αποτελεσματική επικοινωνία.