УДК 621.39

Реализация CAN в отечественной микроэлектронике

Хмара Илья Михайлович – магистрант Московского политехнического университета.

Ковалева Виктория Викторовна – кандидат технических наук, доцент кафедры СМАРТ-технологий Московского политехнического университета.

Аннотация: В статье рассматривается и анализируется работа отечественных комплектующих изделий в шине CAN и возможности их применения в беспилотных робототехнических системах. Затронуты темы организации линий связи в устройствах с разной архитектурой ядра, а так же основные стандарты, протоколы и скорости передачи данных.

Ключевые слова: шина CAN, отечественные компоненты, CAN Open, Cortex, RISC.

Введение

Актуальность исследования определяется важностью применения отечественных компонентов в технических системах. По программам импортозамещения отмечается тенденция к увеличению спроса на продукцию отечественного производства в России.

Шина CAN (Controller Area Network) является одним из наиболее распространенных протоколов передачи данных в автомобильной и промышленной отраслях. Этот стандарт связи был разработан специально для обеспечения надежной передачи данных в условиях шумных электромагнитных сред, что делает его идеальным выбором для систем управления автомобилями, беспилотными робототехническими и промышленными автоматизированными системами, а также другими приложениями, где требуется высокая надежность передачи данных и компактное размещение линий связи.

Шина CAN позволяет управляющим устройствам, микроконтроллерам, с помощью специализированных трансиверов в сети, обмениваться данными, используя витую пару. Она предоставляет возможность передачи сообщений между устройствами с различными приоритетами и обеспечивает высокую степень отказоустойчивости благодаря своей многопользовательской архитектуре, представленной на рисунке 1.

Рисунок 1. Топология шины CAN.

Количество подключаемых к шине устройств рекомендуется устанавливать в количестве не превышающем 127. Провода в линиях связи CAN-шины выполняют как правило в оранжевых цветах. Встречается так же реализация с различными цветными полосами – черная на проводах цепи CAN-H и оранжевокоричневая цепи CAN-L.
Данный стандарт передачи данных сэкономил огромное количество места и необходимости в размещении большого количества проводов под каждый управляющий узел в системе управления исполнительными и измерительными устройствами.
Максимальная скорость передачи данных по шине CAN может достигать 1 Мбит/с [1], однако данная скорость может ограничиваться параметрами управляющего устройства, пропускной способностью линий связи и общей протяженностью всей шины.

Построение гетерогенной системы в шине CAN

Как упоминалось ранее, для передачи данных по шине CAN микроконтроллерам дополнительно требуется только наличие CAN трансивера, однако в случае если в состав периферийных устройств не входит CAN контроллер, потребуется включать в схему микросхему автономного CAN контроллера.

В данной статье рассматривается и анализируется работа следующих микроконтроллеров в шине CAN:

1. Микроконтроллеры 1921ВК035 и 1886ВЕ7Т от компании АО «НИИЭТ» [2];
2. Микроконтроллеры K1986ВЕ92У и К1886ВУ5У от компании АО «ПКК Миландр»[3];

В таблице 1 приведено сопоставление параметров данных микроконтроллеров:

Таблица 1. Основные параметры микроконтроллеров.

Сравнение параметров устройств, приведенных в таблице выше, позволяет сделать следующие выводы: микроконтроллеры 1886ВЕ7Т и К1886ВЕ5У имеют схожие параметры напряжения и тока, как и микроконтроллеры K1986ВЕ92У и 1921ВК035, однако последний среди представленных устройств выигрывает по частоте и проигрывает по количеству каналов АЦП. Микроконтроллер K1986ВЕ92У обладает наибольшим количеством каналов АЦП и наименьшим объемом ОЗУ и ЭСППЗУ.

Необходимо так же упомянуть о том, что микроконтроллер 1886ВЕ7Т, не имеет CAN контроллера в составе периферийных устройств. Для подключения к CAN-шине данного вычислительного устройства необходимо предусмотреть установку специализированной микросхемы – CAN контроллера, подключаемого через интерфейс SPI. Подключение микроконтроллера 1886ВЕ7Т через микросхемы 5559ИН22Т [4] и К5559ИН14АSI [5] представлено на рисунке 2.

Рисунок 2. Структурная схема подключения микроконтроллера 1886ВЕ7Т к шине CAN.

Протоколы верхнего уровня

В настоящее время CAN-шина поддерживается 11-ю стандартами ISO, однако по модели OSI CAN охватывает только два уровня – физический и канальный [6]. Для оптимального взаимодействия на прикладном уровне с устройствами, представленными выше, в шине CAN беспилотных робототехнических систем применяются различные протоколы. Некоторые из наиболее распространенных протоколов включают:

1. CANopen – наиболее популярный протокол для управления устройствами и обмена данными по шине CAN. Он предоставляет стандартизированный способ обмена данных между различными устройствами, такими как датчики, актуаторы, контроллеры и другие устройства в робототехнической системе.
2. J1939 – этот протокол шины CAN часто используется в автомобильной и тяжелой технике, но также может быть применен в беспилотных робототехнических системах. Он определяет стандартные сообщения для передачи данных между устройствами, такими как датчики, контроллеры и исполнительные устройства.
3. DeviceNet – этот протокол также основан на шине CAN и используется для связи между промышленными устройствами, такими как датчики, приводы и контроллеры. Он предоставляет стандартизированный способ обмена данными и управления устройствами в робототехнической системе.
4. CAN Kingdom – этот протокол разработан специально для использования в робототехнических системах и предоставляет возможность передачи данных и управления между различными устройствами через шину CAN.

Заключение

Подводя итоги вышесказанному, можно сделать вывод, что рассмотренные в данной статье отечественные компоненты имеют различные параметры и состав периферийных устройств, что позволяет сделать выбор в сторону производительности, доступности или гибкости вычислительной системы. Применяемость данных микроконтроллеров определяется требованиями к устройствам при проектировании шины CAN.

Список литературы

1. ГОСТ Р ИСО 11898-2-2015. Издание. Местная контроллерная сеть (CAN). Часть 2. Устройство доступа к высокоскоростной среде. Москва: Изд-во стандартов, 2016.
2. Производитель отечественных микроконтроллеров 1921ВК035 и 1886ВЕ7Т АО «НИИЭТ» (URL от 23.03.2024 https://niiet.ru)
3. И.М. Арбузов CAN в системах низкого энергопотребления (URL от 23.03.2024 https://support.milandr.ru/upload/iblock/3a6/3a67c7e2201344afc3f88eb3a6638e8c.pdf)
4. Автономный CAN-контроллер 5559ИН22Т (URL от 23.03.2024 https://integral.by/sites/default/files/pdf/22_specifikaciya_5559in22t.pdf?ysclid=lu47ghx5wz198155634)
5. Микросхема приемопередатчика интерфейса CAN K5559ИН14ASI (URL от 23.03.2024 https://ic.milandr.ru/upload/iblock/8ed/h8lpd2qluah99ps1hoe8e31qkmptlup9/%D0%9A5559%D0%98%D0%9D14%D0%90SI.pdf)
6. В.В. Денисенко Компьютерное управление технологическим процессом, экспериментом, оборудованием.