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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

Aspects matériels
Bus CAN

Auteur(s) : Ahmed RACHID, Frédéric COLLET

Relu et validé le 10 mars 2021

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Sommaire

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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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ABSTRACT

CAN BUS

This article presents the fundamental principles of the CAN bus, its communication protocol as well as its physical and electrical characteristics. The CAN-FD version is also discussed showing its features and advantages. Different versions of CAN are discussed in relation to OSI layers and corresponding standards. Some remarkable microcontrollers integrating a CAN controller and / or CAN-FD are the topic of a chapter. The analysis and development products for the implementation of the CAN bus are exposed highlighting open and free tools. Practical examples are given to illustrate the use of the CAN bus in various systems.

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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KEYWORDS

CAN bus   |   CAN-FD   |   Fieldbus   |   Communication network

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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4. Aspects matériels

4.1 Généralités

Le CAN (et CAN-FD) est un réseau ouvert en ce sens que plusieurs produits issus de différents fabricants peuvent cohabiter sur le même média. Les composants CAN (et CAN-FD) peuvent être classés en plusieurs catégories :

  • contrôleur CAN indépendant mais non autonome : composant assurant la gestion du protocole CAN destiné à s’interfacer avec un système programmable de type microcontrôleur ;

  • microcontrôleur à contrôleur CAN « single chip solution » : il s’agit d’un microcontrôleur intégrant (fondu avec) un contrôleur CAN ou plusieurs ;

  • contrôleur indépendant autonome (SLIO = serial link input/output) : composant autonome intégrant un contrôleur CAN, prévu pour des entrées/sorties déportées, et conçu pour réaliser des fonctions de contrôle à distance de capteurs et d’actionneurs. Ce produit est en voie de disparition même si quelques références existent encore aujourd’hui ;

  • « gatearray » ou prédiffusé : il s’agit de circuits intégrés sur mesure (ASIC) incorporant un contrôleur CAN ;

  • FPGA : circuits de logique programmable dans lesquels un cœur au protocole CAN est implémenté.

De nombreux circuits intégrés supportant le protocole CAN sont disponibles sur le marché ; il fallait en choisir un pour en détailler le fonctionnement ; le choix s’est porté sur le microcontrôleur dsPIC30F4013 du fabricant Microchip.

HAUT DE PAGE

4.2 Microcontrôleur dsPIC30F4013 et son module CAN

Le microcontrôleur dsPIC30F4013 est un produit de la société Microchip et fait partie de la famille des dsPIC30F qui sont des microcontrôleurs 16 bits rapides avec des capacités de traitement de signaux numériques (DSP : digital signal processor). Cette famille est très polyvalente et convient à de nombreuses applications.

Les PIC30F intègrent un nombre important d’interfaces d’entrées/sorties comme on peut le voir sur l’architecture simplifiée en un schéma bloc du constructeur de la figure 17. Nous y trouvons en outre des...

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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...

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