Conceitos Básicos

1. O protocolo

     A idéia básica do CAN é bem simples: todas as unidades de controle de um sistema podem receber e enviar mensagens através de um barramento. A padronização do protocolo é definida pela ISO 11898 e documentação da BOSCH, a ISO estabelece o padrão para a camada física e para a camada de data link.Neste trabalho iremos nos con centrar na camada de data link, dando apenas uma visão geral da camada física.

2. Camada Física

     A camada física envolve como os bits vão ser codificados em sinais elétricos, o meio de propagação, comprimentos permitidos para o barramento, tipo de conectores, níveis de tensão e corrente aceitáveis e assim por diante. A camada física diz respeito a implementação do sistema, é a partir das especificações que limites ao sistema pretendido são impostos, por exemplo; os tipos de controladores possíveis, a velocidade de comunicação possível e outras características de interesse. As unidades básicas de uma rede CAN são:

• Unidade de Controle: deve conter um microcontrolador pré-programado, e memória para armazenar tanto entrada quanto a saída do microcontrolador. A entrada é formada por informações provenientes dos sensores,e as informações de saída são sinais de controle para os atuadores. É a unidade de controle que cria as mensagens a serem enviadas.


• Módulo CAN: este módulo controla a transferência das mensagens para o barramento, possui duas partes, uma para o envio de mensagens e outra para a recepção de mensagens.


• Transceptor : (combinação de transmissor e receptor) converte sinais elétricos em bits ( e vice-versa) de acordo com o protocolo para a camada física, se conecta ao módulo CAN através dos fios de TX e RX.


• Barramento CAN: podem existir diferentes implementações, a mais comum é um par trançado de fios cujas terminações são conectadas a resistores.

     No protocolo é definido que as mensagens transmitidas são digitais e do tipo NRZ ( non return to zero), além disso a representação lógica e de 0 (dominante) e 1 (recessivo). O sinal dominante prevalece na determinação do estado do barramento, na prática o barramento é um AND lógico ( onde a presença de qualquer sinal em zero produz zero).

     A camada física também determina qual deve ser a duração de um bit, basicamente o tempo de duração de um bit deve ser grande o suficiente para que o sinal seja propagado entre qualquer receptor e de volta ao transmissor, isso resulta numa duração de bit que se propague entre os nodes mais distantes.

     A transmissão dos nodes pelo barramento é assíncrona, é para que o protocolo funcione e as mensagens não sejam ambíguas, existe uma forma de sincronizar o barramento com os receptores, na rede CAN isso é feito através de bits especiais, como por exemplo o bit de início de frame ( frame é a forma padronizada de uma mensagem). O bit de início de frame é do tipo dominante ( nível lógico 0), provocando uma transição no estado natural do barramento (quando inativo o barramento é mantido em estado recessivo o que corresponde a nível lógico igual a 1 ), o protocolo de sincronização utiliza essas transições para sincronizar as mensagens recebidas. Mensagens longas sem transição devem ser evitadas, no entanto para tratar os casos onde uma série de 1s ou 0s são transmitidos ininterruptamente, é utilizada a técnica de bit stuffing, forçando que transições ocorram e que não aconteça perda de sincronização.

     O bit stuffing ocorre em todos os campos do frame, exceto no campo de detecção de erro. Esse bit não carrega informação em si, e é adicionado após uma sequência de 5 bits repetidos, o bit de stuffing possui polaridade contrária ao bit que foi repetido 5 vezes. No receptor os bits de stuffing são removidos e a mensagem retorna ao seu conteúdo original.

3. Camada de DataLink

     A camada de Data Link é formada por duas sub-camadas: LLC (logical link control) e a MAC (medium access control). A LLC se preocupa em oferecer os meios para a transmissão das mensagens saia do emissor e chegue ao receptor. A LLC dita entre outras coisas, sob que condições uma mensagem deve ser aceita, lida com a administração do fluxo de informações e oferece mecanismos de recuperação.
A MAC é considerada uma das partes mais importantes do protocolo, essa subcamada é responsável por criar os frames, controle do recebimento de mensagens (o sinal ACK), fazer a arbitração entre os diferentes nodes, por detectar erros e o sinalizá-los.