יכול רכיבים ופונקציות של שכבת קישור נתונים למסגרת הודעה

1. סקירה כללית של פרוטוקול CAN

1.1 מקור ופיתוח של פרוטוקול CAN

פרוטוקול CAN הוצע לראשונה על ידי חברת Bosch הגרמנית בשנת 1983, במטרה לפתור את בעיות התקשורת במערכת אלקטרונית לרכב. עם התפתחות הטכנולוגיה, פרוטוקול CAN נמצא בשימוש נרחב בהדרגה בבקרה תעשייתית, ציוד רפואי, בית חכם ותחומים אחרים.

1.2 מאפייני פרוטוקול CAN

לפרוטוקול CAN יש את המאפיינים הבאים:

• בקרת-מאסטר מרובת: פרוטוקול CAN תומך במספר צמתים לתקשורת בו-זמנית, מה שמשפר את-הזמן האמיתי ואת האמינות של המערכת.
• תקשורת שידור: פרוטוקול CAN מאמץ שיטת שידור לתקשורת, כל הצמתים יכולים לקבל את הנתונים שנשלחו.
• בוררות לא-הרסנית: כאשר שני צמתים או יותר שולחים נתונים בו-זמנית, פרוטוקול CAN מבטיח שידור נכון של נתונים באמצעות מנגנון בוררות.
• איתור וטיפול בשגיאות: לפרוטוקול CAN יש פונקציות זיהוי וטיפול בשגיאות, שיכולות לזהות ולטפל בשגיאות בתהליך התקשורת בזמן.

2. רכיבים של מסגרת הודעות CAN

מסגרת הודעות CAN היא יחידת העברת הנתונים הבסיסית ביותר בפרוטוקול CAN, ומרכיביה הם כדלקמן:

2.1 סיביות התחלה של מסגרת

סיביות ההתחלה של המסגרת היא הסיביות הראשונה של מסגרת ההודעה ומשמשת לזיהוי ההתחלה של מסגרת ההודעה.

2.2 שדה בוררות

שדה הבוררות משמש לתעדוף הנתונים שיישלחו. בפרוטוקול CAN, אורך שדה הבוררות הוא 11 או 29 סיביות, בהתאמה למסגרות סטנדרטיות ומורחבות, בהתאמה. ככל שהערך של שדה הבוררות קטן יותר, כך העדיפות גבוהה יותר.

2.3 שדה בקרה

שדה הבקרה מורכב מסיבית Remote Transmission Request (RTR) ומסיבית הרחבת מזהה (IDE). Bit RTR משמש כדי לזהות אם מסגרת הנתונים היא מסגרת מרוחקת או מסגרת נתונים, והסיבית IDE משמשת לזיהוי האם המסגרת היא מסגרת סטנדרטית או מסגרת מורחבת.

2.4 שדה נתונים

שדה הנתונים משמש לאחסון הנתונים המועברים בפועל. אורך שדה הנתונים הוא 0-8 בתים עבור מסגרות סטנדרטיות ו-0-64 בתים עבור מסגרות מורחבות.

2.5 סימון שדה

שדה checksum מורכב מבדיקת יתירות מחזורית (CRC) וממפריד CRC, המשמש לזיהוי האם ישנה שגיאה בנתונים במהלך השידור, וממפריד CRC, המזהה את סוף סכום הבדיקה של CRC.

2.6 שדה תשובה

שדה התשובה מורכב משבצת תשובה ומגדיר תשובה. משבצת התשובה משמשת לקבלת תשובה מצומת ומגדיר התשובה מזהה את סוף שדה התשובה.

2.7 סוף-של-ביט מסגרת

סיביות הקצה-של-מסגרת היא הסיביות האחרונה של מסגרת הודעה ומשמשת לזיהוי סוף מסגרת ההודעה.

3. פונקציות של שכבת קישור הנתונים

שכבת קישור הנתונים היא השכבה השנייה במודל ההתייחסות של OSI, שאחראי בעיקר על שידור אמין של נתונים על גבי השכבה הפיזית. הפונקציות של שכבת קישור הנתונים כוללות:

3.1 סנכרון מסגרת

סנכרון מסגרת היא אחת הפונקציות הבסיסיות של שכבת קישור הנתונים, המשמשת כדי להבטיח שצמתי שידור וקבלה מסוגלים לזהות נכון את ההתחלה והסוף של מסגרת מידע.

3.2 בקרת שגיאות

בקרת שגיאות היא פונקציה חשובה נוספת של שכבת קישור הנתונים, כולל זיהוי שגיאות ותיקון שגיאות. פרוטוקול CAN משתמש בבדיקת יתירות מחזורית (CRC) לזיהוי שגיאות כדי להבטיח את שלמות הנתונים.

3.3 בקרת זרימה

בקרת זרימה משמשת כדי למנוע מצומת משדר לשלוח נתונים מהר מדי לעיבוד של צומת מקבל. שכבת קישור הנתונים מבטיחה העברת נתונים אמינה על ידי שליטה בקצב שליחת הנתונים.

3.4 בקרת גישה

בקרת גישה היא פונקציית מפתח נוספת של שכבת קישור הנתונים המשמשת לתיאום תקשורת בין מספר צמתים. בפרוטוקול CAN, בקרת הגישה מתבצעת באמצעות מנגנון בוררות לא-הרסני כדי להבטיח שידור נכון של נתונים.
 

4. יישום מסגרות הודעות CAN בשכבת קישור הנתונים

4.1 סנכרון מסגרת

במסגרות הודעות CAN, סיביות ההתחלה של המסגרת וסיביות הקצה של המסגרת משמשות להשגת סנכרון מסגרת. הצומת המשדר מזהה את התחלת מסגרת ההודעה על ידי שליחת סיבית ההתחלה של המסגרת, והצומת המקבל מסנכרן את המסגרת על ידי זיהוי סיביות תחילת המסגרת.

4.2 בקרת שגיאות

ה-CRC של שדה הבדיקה משמש לבקרת שגיאות במסגרת הודעת CAN. הצומת המשדר יוצר CRC המבוסס על הנתונים ומצרף אותו לשדה הנתונים לפני שליחת הנתונים. לאחר קבלת הנתונים, הצומת המקבל מחשב מחדש את סכום הבדיקה של ה-CRC ומשווה אותו לסכום הבדיקה של ה-CRC שהתקבל כדי לזהות כל שגיאה בנתונים.

4.3 בקרת זרימה

בפרוטוקול CAN, בקרת הזרימה מתבצעת בעיקר באמצעות מנגנון בוררות. כאשר שני צמתים או יותר שולחים נתונים בו-זמנית, פרוטוקול CAN קובע את העדיפות באמצעות מנגנון הבוררות כדי להבטיח שידור אמין של נתונים.

4.4 בקרת גישה

בפרוטוקול CAN, בקרת הגישה מתבצעת בעיקר באמצעות מנגנון הבוררות הלא-הרסני. כאשר שני צמתים או יותר שולחים נתונים בו-זמנית, פרוטוקול CAN קובע את העדיפות של הנתונים הנשלחים על ידי השוואת הערך של שדה הבוררות. הצומת בעדיפות גבוהה יותר יכול להמשיך לשלוח נתונים, בעוד שהצומת בעדיפות נמוכה יותר צריך להמתין עד שהצומת בעדיפות גבוהה יותר יסיים לשלוח נתונים.