Для моих применений (дома) нужно выделить основное: под CAN-сетью обычно подразумевается сеть топологии «шина» с физическим уровнем в виде дифференциальной пары, что, мягко говоря, усложняет монтаж если блоки автоматики находятся в разных уголках строения. Теоретически конечно можно проложить между устройствами единый кабель с небольшими ответвлениями, но практически это трудно реализуемо. Недаром почти умер 10BASE-2.
В связи с этим я задумался, как бы шинную топологию CAN превратить в «звезду» ? Первое решение, что называется, «в лоб». Взять микроконтроллер со встроенным CAN-интерфейсом и на SPI повесить еще один CAN. Получаем 2 разные сети. Микроконтроллер, получив пакет через hardware-CAN, шлет его в SPI-CAN. И наоборот. Так родилась вот такая маленькая прикольная штука:
Плата размером 50х32мм. Камень PIC18F46K80.
Собственно СAN1 подключен через передатчик MCP2551 напрямую в микроконтроллер:
CAN2 подключен через MCP2515 в SPI микроконтроллера:
С софтом не стал заморачиваться.
void main() ; // очищаем watchdog
Msg_Rcvd = CANRead(&PACKET.id_full, // попытка приема из CAN Шины
&PACKET.data_bytes,
&PACKET.data_length,
&Can_Rcv_Flags);
if (Msg_Rcvd) // если там что-то есть
CANSPIWrite(PACKET.id_full, // пишем это в CANSPI
PACKET.data_bytes,
PACKET.data_length,
CanSpi_Send_Flags);
Улучшать и расширять идею можно до бесконечности. Можно на SPI повесить несколько CAN-контроллеров и дергать их по очереди. Нам же нужно повторить пакет из одного сегмента во все остальные ? ? Можно разгуляться по полной и взять PIC32MK0512GPE064. У него 4 CAN интерфейса и 6 SPI. Особо не мудрствуя, получим 10-и портовый свитч. Именно свитч а не хаб, т.к. принимает пакет полностью в одном сегменте и последовательно передает его же в другие сегменты. Такой подход хорош тем, что можно на уровне микроконтроллера инициализировать каждый канал на свою скорость, что собственно и делают китайцы, предлагая вот такую железку:
И даже пишут к ней софт для настройки. Маршрутизация, однако ?
Все вроде хорошо, но цена вопроса… 4 порта за 9700р это очень жестоко. (тут надо сказать что на али попадаются и 7 портов за
9000р. типа дешевле) Не буду даже пытаться посчитать во сколько встанет озвездение шины CAN в реальном доме, но явно дороже Ethernet-а. Конечно покупать я это не собирался. Как идею использовать можно, но (как обычно) есть нюанс…
CAN используется в основном в системах жесткого реального времени и шина позволяет получить сумасшедшую скорость передачи мелких пакетов при минимальных задержках. Для Ethernet со скоростью передачи 100 МБит максимальное количество кадров в секунду составляет до 29000 кадров/с. 17241 кадров/с — предельная скорость CAN… при 1 МБит ?
Честно скажу, реальные задержки со своим двухканальным свитчем не измерял, но это точно не ноль. Скорости арбитража как на одном сегменте тут никак не достигнешь просто потому что перед трансляцией пакет принимается полностью, что нарушает синхронность работы can-сети. Особенно если таких «тройников» стоит несколько в ряд — задержки будут весьма большие. Это сложно для тех кто не знает о чем я вообще пишу и легко для тех кто знает что такое CAN. По-этому просто не буду вдаваться в подробности.
Я начал искать, неужели нельзя сделать именно синхронную побитовую работу разных сегментов? Оказывается можно. Основная проблема в том, что нельзя просто соединить can-передатчики друг с другом rx-tx и tx-rx. Вкратце суть в том, что передатчик во время передачи одновременно еще и слушает шину на предмет того, что он передал, и если он отпустил шину в «1» а другой передатчик в это время положил шину в «0» — первый проигрывает арбитраж и затыкается до освобождения линии, после чего повторяет попытку передачи. Тут посоветую почитать статью про повторитель CAN, который я в общем-то и сделал по-своему на high-speed логике.
На 2 канала получилась вот такая штука:
Из плюсов: мгновенная скорость, дешевизна. Из минусов: устал паять, 2 канала мало ?
А что если каскадировать эту схему на большее число каналов ? Так появился 8-и портовый хаб. Вот тут отлично видно что это звездная топология ?
Джамперы на плате служат для отключения неиспользуемых каналов. Этот баг (или фича) обнаружился во время тестирования. Дело в том, что если к порту не подключено ни одного устройства — передатчик будет бесконечно пытаться отправить пакеты, принять которые просто некому.
Дальнейшее вылизывание схемы питания вместе с перерисовыванием платы в DipTrace привело к вот такой реализации хаба:
Самые внимательные заметят что стало на 4 микросхемы меньше. Розовеньким неразрывное питание 5в (без переходов). Синеньким земля, оранжевым выходы, ну и остальное по мелочи. Полигоны не показаны чтобы был виден масштаб бедствия.
Читайте также: Датчики давления в шинах для бмв х3 f25
Только после тестирования данный 8-и портовый хаб доступен в разделе «Купить» ?
Если вас заинтересовал повторитель CAN1 (SPI)CAN2 на PIC18F46K80 из начала статьи — напишите или позвоните — их у меня тоже есть.
Спасибо что дочитали. Всем удачных разработок.
Видео:CAN шина👏 Как это работаетСкачать
CAN sniffer
Видео:Экспресс диагностика CAN шины на автомобиле. №21Скачать
CAN шина
Описывать технические подробности CAN шины в деталях — удел документации. В данной статье достаточно знать, что она:
- имеет двухпроводное физическое подключение
- бывают различные скорости передачи данных
- для подключения уже имеются готовые микросхемы и даже готовые платы с распаянными деталями
Полистав странички одного известного интернет магазина из поднебесной, я заказал несколько различных вариантов шилдов и пошёл изучать особенности электрических сигналов в автомобиле. Подопытным автомобилем выступил LADA Kalina Cross с 127-ым мотором и электронным блоком управления ИТЭЛМА М74.5 CAN.
Подключаюсь в диагностический разъём OBD (контакты 6 и 14) и смотрю осциллографом, что там имеется. После поворота ключа зажигания начинают бегать пакеты с амплитудой до 2,5 В. Ставлю паузу на осциллографе и смотрю на пакет.
Заметны стартовые и стоповые биты, какие-то данные в пакете. На тот момент я уже знал, что скорость передачи данных ожидается 500 кбит/с, как наиболее частая для моторной CAN шины. Длительность пакета получается около 230 мкс и перед пакетом наблюдается довольно большая пауза в передаче данных. Масштабирую время и вижу три пакета и паузы между ними.
Если сложить длительность передачи данных и паузу между пакетам получается, что передача одной порции данных занимает около 1 мс.
К чему я это всё вывожу? А вопрос чисто практический: хватит ли скорости последовательного порта для передачи всех данных? И исходя из увиденного, можно сделать вывод, что скорость 500 кбит/с развивается внутри пакета, который занимает примерно четверть времени на передачу. Значит средняя скорость передачи будет вчетверо меньшей. На тот момент я ещё не располагал тестами скорости последовательного интерфейса Arduino и забегая вперёд скажу, что даже с самым распространённым преобразователем Serial to USB CH340 стабильно работает скорость в 2 Мбит/с.
Видео:поиск нерабочей can шины, часть дваСкачать
CAN scanner на Arduino
Первый прибыл шилд для классической Arduino UNO. Да он стоит значительно дороже своих более мелких собратьев, но он имеет на борту всё необходимое и даже две кнопки.
Именно с ним я и начал все эксперименты. Собрал простую схему с этим шилдом и жидкокристаллическим двухстрочным экраном. Цель была — вывести на экран хоть какие-то данные. Перебирал различные библиотеки для работы с CAN шиной на Arduino (сразу скажу, что правильная и рабочая библиотека называется CAN-BUS Shield by Seeed Studio с заголовочным файлом mcp_can.h), поменял кварцевый резонатор на шилде на 16 МГц (изначально стоял 8 МГц) — данных не было.
На шилде установлены две микросхемы: контроллер CAN шины MCP2515 и драйвер CAN шины TJA1050. Почитав документацию и различные форумы, решил поменять TJA1050 на более каноничный драйвер MCP2551 и данные появились. Возможно TJA1050 была изначально неисправна, так как с её подключением двумя проводками ошибиться было очень сложно, к тому же я использовал OBD и DB9 разъёмы для подключения.
За пару часов был написан простой CAN scanner, который выводил на жидкокристаллический дисплей номер захваченного пакета, его ID и до 8 байтов данных этого пакета.
Вот тут и пригодились кнопочки на шилде, которыми я реализовал переключение между номером отображаемого пакета.
Начало было положено, надо переходить к более интересной реализации.
Видео:тестирование разветвителя CAN-шиныСкачать
CAN sniffer на Arduino
Задача стояла достаточно простая:
- принимаем пакет из CAN шины
- укладываем полученные данные в свою структуру
- отправляем структуру через последовательный порт
С первыми двумя задачами я вообще не видел никаких проблем. Библиотека предоставляла прерывание при приёме очередного пакета данных и удобные функции для получения данных. А вот отправку данных в сторону компьютера решил сделать через библиотеку CyberLib, которая устраняет некоторые накладные расходы всей платформы Arduino, за счёт чего можно немного разгрузить процессор для обработки данных. Позже от этой библиотеки пришлось отказаться.
Для того, чтобы отправляемые данные корректно обрабатывались на стороне компьютера, перед каждой очередной порцией данных в поток вставляется префикс из четырёх байтов 0xAA55AA55 (почему-то вспомнились эти байты по последним двум байтам загрузочного сектора DOS, только они там были в другом порядке). Логика такая:
- компьютер читает весь поток из последовательного порта и находит в нём искомую последовательность префикса 0xAA55AA55
- сразу после префикса будут 4 байта идентификатора пакета
- далее длина данных этого пакета, по ней контролируется длина всего пакета
- до 8 байтов данных
Читайте также: Зимние шины с шипами гиславед
На этом программная часть в Arduino, на тот момент, была завершена. Позже она была значительно переделана, но общая концепция не поменялась.
Так же я написал простой генератор пакетов данных для отладки, чтобы отлаживаться дома — он просто отправляет в последовательный порт пакеты со случайными данными, что позволяет отлаживать приложение на компьютере в комфортных условиях.
Примерно в это же время прибыли более миниатюрные компоненты Arduino Nano и Mini CAN shield.
Я спроектировал небольшой корпус, распечатал его и разместил внутри все компоненты.
Снаружи с одной стороны OBD разъём, с другой — Mini USB. Внутри имеется переключатель для терминирующего резистора.
Видео:Поиск неисправности в шине CAN мультиметром. Suzuki Grand Vitara. U1073, P1674, B1553.Скачать
CAN sniffer на PC с использованием wxWidgets
Набросал простую заготовку программы на C#, которая выводит в Grid получаемые данные. И пошёл проверять в автомобиль. Только пошёл не со своим ноутбуком, так как у него батарея давно приказала долго жить и использовался он как стационарный компьютер, а взял нетбук с очень слабым процессором. То что я увидел… Я ничего не увидел. Оба ядра загружены на 100%, интерфейс приложения не реагирует. Но на моём компьютере, который всё-таки значительно шустрее нетбука, с генератором случайных пакетов приложение нормально работало и отображало данные. Из этого я сделал вывод, что платформа .NET на слабых компьютерах мне не подойдёт, так как отлаживаться в полевых условиях я мог на тот момент только с тем нетбуком.
Ранее я в нескольких проектах использовал библиотеку wxWidgets и о ней у меня только приятные впечатления. Она легковесная, нет необходимости тащить с собой различные библиотеки и даже кросс-платформенная, что вселяет надежду, что интерфейсную часть кода можно перенести без значительных переделок на другие платформы. В конце статьи будет ссылка на скомпилированную программу, если возиться со всем этим не будет желания.
Можно скачать и посмотреть видео (менее восьми минут), а можно выполнить 6 шагов по описанию ниже.
Установка и компиляция wxWidgets:
1. Скачать и установить wxWidgets если это установщик, либо распаковать, если это архив
2. Создать переменную окружения WXWIN указывающую на папку, куда установили или распаковали (например C:\wxWidgets):
Свойства системы -> Дополнительные параметры системы -> Переменные среды -> Создать
WXWIN = C:\wxWidgets
3. Из папки C:\wxWidgets\build\msw открыть файл решения под соответствующую Visual Studio (wx_vc16.sln для Visual Studio 2019)
4. В Solution Expolorer, с помощью клавиши Shift, выделить все проекты, кроме _custom_build и зайти в Properties проектов.
5. В разделе C/C++ -> Code Generation изменить параметр Runtime Library:
Для конфигурации Debug выбрать /MTd
Для конфигурации Release выбрать /MT
6. Скомпилировать библиотеки wxWidgets по очереди для Debug и Release конфигураций.
Пробное приложение и настройка проекта в Visual Studio (для проверки)
1. В Visual Studio создать Empty Project с указанием типа приложения Desktop Application (.exe)
2. В окне View -> Property Manager для своего проекта правой кнопкой выбрать меню Add existing property sheet… и выбрать файл:
3. Создать файл main.cpp и скопировать в него содержимое файла:
4. В настройках проекта C/C++ -> Code Generation изменить (если пункт не появился — сделать пробную сборку):
Runtime Library для конфигурации Debug: /MTd
Runtime Library для конфигурации Release: /MT
5. Дополнительно, если необходимы привилегии UAC, в разделе Linker -> Manifest File:
UAC Execution Level: requireAdministrator
6. Для добавления иконки exe-файлу надо добавить ресурсный файл со следующим содержимым:
#include «wx\msw\wx.rc»
wxicon icon app_icon.ico
Первый реализованный прототип на C++ и wxWidgets показал, что даже нетбук справляется с отображением данных в таблице и я приступил к разработке задуманного.
Архитектурно программа состоит из двух потоков: интерфейсный и поток работы с последовательным портом. Никаких невероятно интересных алгоритмов не применялось. Код обильно снабжён комментариями и должен быть довольно понятен. Ссылка на исходники будет в конце статьи.
Первое что было сделано — раскраска ячеек данных в таблице по давности получения этих данных. Уже в первом прототипе, глядя на 17 строк данных меняющихся непрерывно значений, я понял, что надо как-то различать свежие данные и данные, которые не изменяются или меняется редко. Сделал раскраску в два этапа:
- впервые пришедшие данные выделяются зелёным цветом фона ячеек
- данные пришедшие повторно и далее — выделяются красным фоном, который постепенно выцветает до белого если больше эти данные не меняются
Сразу же стало наглядно видно, какие ячейки вообще не используются, какие содержат сигналы счётчиков. Поиск же интересующих изменяющихся значений значительно упрощается. Здесь и далее все изображения анимированные. Если анимация не работает в статье (на некоторых мобильных браузерах) — кликайте по изображению для открытия полной версии анимации.
Читайте также: Что такое шины по казахский
Далее мне захотелось всё-таки проверить, справляется ли последовательный порт с потоком данных. Для этого я на стороне Arduino добавил счётчики количества принятых пакетов и счетчик байтов в пакете. Эти счётчики отправляются на компьютер в пакете с идентификатором 0x000. Программа при получении этих данных не выводит их в таблицу, а отображает в отдельных информационных полях сверху. Полученные результаты даже весьма понравились. В среднем принимается до 750 пакетов/с со скоростью до 9,5 кБ/с, а это где в районе до 80 кбит/с, что вполне по силам последовательному порту. Но всё равно, обмен данными настроен по умолчанию на 500 кбит/с, пусть лучше будет запас.
Добавление возможности записи данных в журнал появилось после того, как подключил параллельно к OBD интерфейсу диагностический адаптер ELM327 и связав его с телефоном, попробовал читать различные данные. Данные пробегали настолько быстро, что увидеть их невозможно. Записав всё это в журнал, можно потом спокойно сесть и посмотреть передаваемые данные. Для этого в журнал могут записываться даже ASCII текстовые данные. Так же можно выбирать тип файла, символ разделитель и настроить фильтр пакетов кликом в таблице по указанному идентификатору пакета и нажатию кнопки «Добавить ID в фильтр» (по умолчанию записываются все данные), если запись всех данных избыточна.
Именно тогда пришло осознание, что все приложения для телефона, которые производят всякую «диагностику» через связку ELM327 и телефон, не общаются напрямую с CAN шиной автомобиля. Они всего лишь используют функционал диагностики OBD через CAN шину посредством обращения к CAN ID 0x7E0. Обычно это адрес контроллера мотора (ЭБУ), ответ же от него приходит в пакете с идентификатором 0x7E8. А вот все остальные пакеты данных — это так называемый Vendor Specific и ни один производитель так просто их не раскроет (хотя есть пример: Ford выпустил SDK для своих автомобилей).
Продолжая изучать что же передаётся в этих пакетах пришёл к ещё одной идее: при клике на ячейку в таблице, в окне программы справа выводить двоичное и десятичное значение этого байта, а так же брать следующий байт и дополнять до слова. Далее это слово умножать на некий коэффициент и получить десятичный результат. Звучит не очень понятно, но вот в связи с чем это делалось: обороты мотора приходят в пакете CAN ID 0x180, в первых двух байтах. Эти два байта дают некое слово, которое пропорционально оборотам. Если значение этого слова разделить на 8, то получатся текущие обороты. Поэтому указывается множитель 0,125, как обратная величина от 8. Далее это слово визуализируется в графике с динамической подстройкой по амплитуде. В принципе, множитель можно искать в обратной последовательности: нашёл ячейки, которые по графику очень похожи на обороты мотора или ещё что-то искомое, после чего подгоняется множитель для получения действительных значений.
Ну а двоичное представление позволяет искать различные битовые индикаторы. Например поиск индикаторов указателей поворота сводится к тому, чтобы включить их и наблюдать какая ячейка начинает изменяться, в примере ниже это CAN ID 0x481 байт 2. После чего клик по ячейке приводит к отображению её двоичного значения в соответствующем поле, где уже видны переключающиеся младшие два бита (левый, правый и если вместе — аварийная сигнализация).
И напоследок мне понадобилось сделать отправку некоторых управляющих данных в CAN шину и посмотреть реакцию на эти команды. В программу на Arduino был добавлен код, который принимает данные со стороны компьютера и передаёт в CAN шину. Именно на этом этапе пришлось отказаться от CyberLib, так как у неё не было поддержки прерывания поступления данных в буфер последовательного порта. В программе на компьютере добавил несколько текстовых полей, в которые можно ввести различные параметры и таблицу для просмотра ответа исполнительного устройства. В примере ниже показаны команды управления включить/отключить первую скорость вентилятора охлаждения (0x0A) и включить/отключить муфту кондиционера (0x0B).
Практически нигде не найти полные расшифровки данных производителей, тем более официальных. В лучшем случае это будут чьи-то изыскания в рамках реализации какой-то дополнительной функции. CAN sniffer может помочь в поиске этих данных. Я смог найти порядка 40 различных параметров автомобиля и ради эксперимента, на базе полученных данных, я сделал собственное управление вентилятором охлаждения.
- Свежие записи
- Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
- Скрипят амортизаторы на машине что делать
- Из чего состоит стойка амортизатора передняя
- Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
- Для чего нужны амортизаторы в автомобиле
💡 Видео
Кан шина, что это? Поймет школьник! принцип работыСкачать
Простая проверка CAN шины. Сканер не видит автомобиль через OBD2. Как правильно выбрать изоленту.Скачать
Проверка исправности CAN шиныСкачать
Подробно про CAN шинуСкачать
Поиск уровня топлива в CAN шине Toyota Camry 2017Скачать
MCP2515, контроллер CAN шины с интерфейсом SPIСкачать
Такого от KIA я не ожидал. CAN шину затянуло в вакуум ч.1Скачать
Блокировка can-шины в фаре Toyota/Lexus. Шок для опытных установщиков. Зачем думать и читать схемыСкачать
Вебинар: Как найти любые данные из CAN-шины любого автомобиля?Скачать
Как определить скорость CAN шины. Диагностика Mitsibushi ASX SRS на столе.Скачать
Проверка шины CAN. Для АвтоМастера.Скачать
Защита CAN шины автомобиляСкачать
Ремонт ошибок CAN шины Check Engine u0001 , u0141 , u1403 , u1110 , u110cСкачать
продолжаю поиск закороченной шины can. дело движется.))Скачать
Мерседес разьем CAN шины, как выглядит и где?Скачать
