CAN-Bus: Fehlererzeugung und Analyse

1 Fachhochschule HannoverFachbereich Elektro- undInformationstechnikSommersemester 20005. September 2000 AbstraktInhaltJJIIJIS tartseiteZur uckSchlie enBeendenCAN-Bus: Fehlererzeugung und AnalyseDiplomarbeit vonStephan Pahlke und Sven HerzfeldFachhochschule HannoverFachbereich Elektro- und InformationstechnikFachgebiet Industrieelektronik und DigitaltechnikErstpr ufer: Prof. ZeggertZweitpr ufer: Prof. Br ummerSommersemester 2000 Fachhochschule HannoverFachbereich Elektro- undInformationstechnikSommersemester 20005. September 2000 AbstraktInhaltJJIIJIS tartseiteZur uckSchlie enBeendenAufgabenstellungDie Aufgabenstellung umfasst die folgenden und Konfiguration des Vector eines CAN-Busses mit zwei selbst andigen eines Platinenaufsatzes zum Anschluss der im Labor f urIndustrieelektronik und Digitaltechnik entwickelten Mikrocontroller-platine DIDO537 an den einer Platine zur Erzeugung eines Kurzschlusses zwischenCANH und CANL sowie zur Unterbrechung des CAN-Busses alsauch zur definierten Zerst orung von zur Erkennung von aktiven Errorframes inAbh angigkeit von der Richtung des ausl osenden TeilnehmersDiplomarbeit CAN-BusStephan Pahlke, Sven HerzfeldTitelseiteInhaltJJIIJIZur uckSchlie enBeendenSeite2von193 AbstraktCAN Controller Area Network ist ein von Bosch entwickelter Feldbus.

2 Der inzwi-schen zu den am weitesten verbreiteten Feldbussen in der Automobil- und Automa-tisierungstechnik geh Rahmen einer Diplomarbeit im Sommersemester 2000 ist an der Fachhoch-schule Hannover ein CAN-Bus als Testsystem f ur weitere Versuche entstanden. ZurBusanbindung der im Industrieelektroniklabor entwickelten DIDO537-Platine wur-de ein neues Aufsatzmodul konstruiert. Hierf ur und f ur den Mikrocontroller Infineon80C515C mit integrierter CAN-Schnittstelle liegen au erdem C-Programmbibliothekenvor, die in eigene Entwicklungen eingebunden werden k Schaltung zur gezielten St orung der Busaktivit aten und ein einfaches Ger atzur Lokalisierung von Fehlermeldungen wurden ebenfalls Controller Area Network is a fieldbus developed by Bosch which mean-while belongs to the most frequently used fieldbusses in automotive and Fachhochschule Hannover, a CAN bus system for testing future works wasdeveloped as a degree during summer 2000.

3 A new piggyback board connects thebus to the DIDO537-board developed in industrial electronics laboratory. For thisand the microcontroller Infineon 80C515C with on-chip CAN-interface, libraries forthe C language were written that can be used for own activities can be disturbed by a special board, and a simple device to locateerror frames was also CAN-BusStephan Pahlke, Sven HerzfeldTitelseiteInhaltJJIIJIZur uckSchlie enBeendenSeite3von193 InhaltI Allgemeines101 Anmerkung zur Dokumentation..112 Einf uhrung in den CAN-Bus.. von Feldbussen.. von CAN.. Versionen von CAN.. Eigenschaften der bei CAN.. der Bustiming-Parameter..333 Das Vector CANalyzer-Paket.. CAN-AC2-PCI-Karte zum CANalyzer.. des CANalyzers.. Parameter.. des Messaufbaus.. des Datenfensters.. des Grafikfensters.. Statistikfenster.. des Tracefensters.. und Busstatistikfenster..62 Diplomarbeit CAN-BusStephan Pahlke, Sven HerzfeldTitelseiteInhaltJJIIJIZur uckSchlie enBeendenSeite4von1934 Phytec Rapid Development Kit.

4 Der Spannungsversorgung..665 Die Mikrocontroller 80C537 und 80C515C..68II Fehlererzeugung und Analyse706 Buskabel..717 Software f ur den 80C515C.. in eigene Programme..788 Aufbau eines eigenst andigen Bussystems..829 Entwicklungssystem DIDO537.. DIDO537.. XT..8510 Das CAN Control Board.. CAN-Controller SJA1000.. Optokoppler 6N137.. DC-DC-Wandler TME0505S.. CAN-Transceiver 82C250..9311 Treiber f ur das CAN Control Board.. in eigene Programme..97 Diplomarbeit CAN-BusStephan Pahlke, Sven HerzfeldTitelseiteInhaltJJIIJIZur uckSchlie enBeendenSeite5von19312 Der Troublemaker Version .. der Fehlererzeugung .. zur Fehlererzeugung ..10113 Der Errorfinder Version .. der Stromrichtung.. eines Errorframes..10614 Verschiedene Fehler auf dem Bus..111 Anhang124 ASoftware.. auf CAN-Funktionen des 80C515C.. auf das CAN Control Board der DI-DO537.. f ur den Troublemaker.. f ur die Motorsteuerung.. f ur die Displayansteuerung..174 BHardware.

5 Control Board f ur DIDO 537..188 CDas ISO/OSI-Schichtenmodell..189 DLiteratur..190 Diplomarbeit CAN-BusStephan Pahlke, Sven HerzfeldTitelseiteInhaltJJIIJIZur uckSchlie enBeendenSeite6von193 EDatenbl atter und Applikationen..191 Diplomarbeit CAN-BusStephan Pahlke, Sven HerzfeldTitelseiteInhaltJJIIJIZur uckSchlie enBeendenSeite7von193 Abbildungsverzeichnis1 CAN-Bustopologie..152 Standard frame..243 Extended Frame..274 Eine Messung mit dem CANalyzer..365 Die CAN-AC2-PCI-Karte..386 Baudrateneinstellung im CANalyzer..437 Einstellen der Akzeptanzfilter..448 Messaufbau im CANalyzer..459 Kontextmen u eines Hot-Spots..4610 Kontextmen u eines Generatorblockes..4711 Ausl osen einer Nachricht im CANalyzer..4712 Sendeliste im CANalyzer..4813 Botschafts- und Signalparameter EngineData..5114 Botschafts- und Signalparameter EngineSwitch..5215 Botschafts- und Signalparameter Intervall..5316 Wertezuweisung EngineSwitch..5417 Datenfenster im CANalyzer..5718 Konfiguration des Datenfensters.

6 5819 Grafikfenster im CANalyzer..5920 Einstellungen f ur das Grafikfenster..6021 Statistikfenster im CANalyzer..6122 Tracefenster im CANalyzer..6223 Konfiguration des Tracefensters..63 Diplomarbeit CAN-BusStephan Pahlke, Sven HerzfeldTitelseiteInhaltJJIIJIZur uckSchlie enBeendenSeite8von19324 Writefenster im CANalyzer..6425 Busstatistikfenster im CANalyzer..6526 Der 80C537..6927 Blockschaltbild des CAN Control Boards..8928 Blockdiagramm des Errorfinders..10729 Timing-Prinzip des Errorfinders..10930 Normales Datenfeld..11231 Datenfeld nach St orung..11332 CANalyzer-Meldung bei der Fehlererzeugung ..11433 Normales Identifier-Feld..11534 Identifier-Feld mit St orung..11635 Aktiver Errorframe..11736 Passiver Errorframe..11837 Kurze Low-Phase im Idle..11938 Lange Low-Phase im Idle..12039 Mittlere Low-Phase im Idle..122 Diplomarbeit CAN-BusStephan Pahlke, Sven HerzfeldTitelseiteInhaltJJIIJIZur uckSchlie enBeendenSeite9von193 Tabellenverzeichnis1 Generatoreintr age.

7 492 Busteilnehmer des Demonstrationsaufbaus..503 Steckerbelegung CAN-Kabel..714 CAN Status Register des C515C..775 Zus atzliche Verbindungen der DIDO537..846 Aufrufparameter des Terminalprogramms XT..867 Befehle des Terminalprogramms XT..878 Auslegung des DC-DC-Wandlers..939 Status Register des SJA1000..9610 Schalterbelegung des Troublemakers..10011 Auswahl der Fehlerorte..10312 Einstellung der Baudrate des Errorfinders..10413St uckliste CAN Control Board..18414St uckliste Troublemaker..18515St uckliste Errorfind..18716St uckliste Relaisplatine..188 Diplomarbeit CAN-BusStephan Pahlke, Sven HerzfeldTitelseiteInhaltJJIIJIZur uckSchlie enBeendenSeite10von193 Teil IAllgemeinesDiplomarbeit CAN-BusStephan Pahlke, Sven HerzfeldTitelseiteInhaltJJIIJIZur uckSchlie enBeendenSeite11von1931 Anmerkung zur DokumentationDies ist eine PDFscreen-Version unserer Diplomarbeit, die mit dem gleich-namigen Paket f ur PDFTeX erstellt wurde, um eine am Bildschirm besserlesbare Ausgabe zu erhalten.

8 Da Bilder insbesondere Schaltpl ane soaber nur schwer zu erkennen sein d urften, sind die entsprechenden Grafikenteilweise in externe Dateien ausgegliedert und k onnen uber Links aufgeru-fen werden. Das gilt auch f ur s amtliche Datenbl atter und Applikationenim CAN-BusStephan Pahlke, Sven HerzfeldTitelseiteInhaltJJIIJIZur uckSchlie enBeendenSeite12von1932 Einf uhrung in den von FeldbussenDie steigende Anzahl von Rechnersystemen erfordert deren Vernetzung inunterschiedlichen Einsatzgebieten. Neben den bekannten Weitverkehrsnet-zen (WAN = Wide Area Network) wie dem Internet und den lokalen Netzen(LAN = Local Area Network) wie Ethernet gibt es auch weniger beachteteNetzwerke, die sich mit der Ubertragung von Daten zur Maschinen- undAnlagensteuerung besch die Technik in der Leitebene einzelner Industrieunternehmen bezie-hungsweise deren Abteilungen ist in der Regel noch mit den LANs iden-tisch, doch die Anforderungen der Zellenebenen, die einzelne Produktions-zellen innerhalb einer Abteilung verbinden, weichen hiervon ab.

9 Obwohldie Datenvolumina in den Produktionszellen meist kleiner sind, wird hieraus Kostengr unden oftmals auf die bew ahrte LAN-Technik zur der untersten Ebene der Vernetzung sind die sogenannten Feldbusseanzutreffen. Sie transportieren uberwiegend geringe Datenmengen, habenaber erh ohte Anforderungen an das Zeitverhalten. Deterministisches Zeit-verhalten, also die Vorhersagbarkeit der Zeit, die eine Nachricht maximalbraucht, um zum Empf anger zu gelangen, ist ihr herausragendes wie zum Beispiel Messwerte m ussen sehr schnell zur Auswer-tung gelangen. Zu den anschaulichsten Beispielen geh oren moderne PKW:Messwerte von Lambda-Sonde und Klopfsensoren sollen m oglichst schnelldaf ur sorgen, dass der Verbrennungsvorgang optimiert wird. Noch dring-licher ist diese Anforderung bei der Bremsanlage, wo eine Verz ogerung beiDiplomarbeit CAN-BusStephan Pahlke, Sven HerzfeldTitelseiteInhaltJJIIJIZur uckSchlie enBeendenSeite13von193der Datenauswertung gleichbedeutend mit der Verl angerung der Reakti-onszeit des Systems Gegensatz zu diesen harten Echtzeitanforderungen , wo eine vor-her definierte Zeit nicht uberschritten werden darf, gibt es auch weicheEchtzeitanfoderungen.

10 Hierbei sind die Aufgaben weniger zeitkritisch, sodass auch Techniken wie das Ethernet zum Einsatz kommen k onnen. Bei-spielsweise ist ein sehr schwach belastetes Ethernet durchaus in der LageNachrichten schnell zu ubertragen, dieses andert sich aber, im Gegensatzzu Feldbussen, sobald die Netzauslastung gr o er weitere Anforderung an die Feldbusse ist eine hohe St werden Feldbusse in Maschinenhallen, Anlagen oder Fahr-zeugen eingesetzt in denen starke St orfelder vorhanden der Regel werden nur technische Einrichtungen verbunden, daherimplementieren Feldbusse keine h oheren Schichten des ISO/OSI-Schichten-modells, siehe AnhangC. Von den sieben Schichten dieses Modells bildenFeldbusse wie auch CAN normalerweise nur die Layer 1 (Physical Layer= Bit ubertragungsschicht) und 2 (Data Link Layer = Verbindungsschicht)ab, es gibt aber auch verschiedene Definitionen f ur die Anwendungsschicht(Layer-7 Application Layer). von CANCAN wurde ab 1983 von Bosch auf Anforderung von Daimler-Benz undBMW als Automobilbus entwickelt.