Fakultät für Technik Bereich Informationstechnik Labor Bussysteme Versuch 2 CAN 1 Teilnehmer: Vorname Nachname Matrikel Nummer Datum:

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1 Fakultät für Technik Bereich Informationstechnik Versuch 2 CAN 1 Teilnehmer: Vorname Nachname Matrikel Nummer Datum:

2 Inhalt 1 Vorbemerkungen Einleitung Ziel der Versuche Vorbereitung Einleitung Grundlegende Eigenschaften des CAN-Bus Aufbau von CAN-Botschaften Busoszilloskop Durchführung Aufbau Laborplatz Messen der Bussignale (analog) Messen im Busmodus

3 1 Vorbemerkungen 1.1 Einleitung Der CAN-Bus ist in den Bereichen Automobil und Automatisierungstechnik ein Standard. Im Rahmen des Labors dient er als Prototyp für Feldbussysteme. Sie lernen die wichtigsten Eigenschaften des CAN sowie der entsprechenden Messtechnik kennen. 1.2 Ziel der Versuche Bei den Versuchen (CAN 1und CAN 2) sollen Sie grundlegende Funktionen des CAN kennen lernen. Dazu gehören Aspekte wie der Aufbau eines CAN-Frames, die Busvergabe oder die Fehlerbehandlung. Sie erlernen außerdem den Umgang mit der entsprechenden Messtechnik (Analyse Tools). Diese umfasst im ersten Versuch (CAN 1) ein Busoszilloskop, sowie im zweiten Versuch (CAN 2) digitale Messtechnik (Hardware und Software) von der Firma Vector Informatik. Durch die Auswertung protokollierter Daten lernen Sie den Umgang mit Analysewerkzeugen sowie die Analyse von Busprotokollen in Grundzügen kennen. 3

4 2 Vorbereitung 2.1 Einleitung Bereiten Sie sich gründlich auf den Versuch vor. Dazu gehört selbstverständlich eine selbstständige Einarbeitung in die Thematik. Bringen Sie zur Versuchsdurchführung die schriftliche Ausarbeitung der unten gestellten Fragen mit. Als Vorbereitung sollten Sie ein genaues Messprogramm erstellt haben. Dieses umfasst genaue Angaben, was Sie wie messen wollen (einschließlich der dazugehörigen Skizzen und Tabellen). Damit der Aufbau durch falsche Handhabung keinen Schaden nimmt, sollten sie sich vor Beginn Ihrer Messungen mit dem Aufbau und der Bedienung gründlich vertraut machen. Ihre Ergebnisse und Skizzen tragen Sie am Versuchstag handschriftlich in Ihre vorbereiteten Tabellen und Aufzeichnungen ein. Hinweis: Es kann sehr hilfreich sein, sich vorab mit einem System bzw. Aufbau vertraut zu machen. 2.2 Grundlegende Eigenschaften des CAN-Bus Machen Sie sich mit den grundlegenden Eigenschaften des CAN vertraut. Beantworten Sie zur Vorbereitung außerdem die folgenden Fragen. Welche Buspegel sind für den CAN standardisiert? Wie wird das Nutzsignal in das Netzwerk eingespeist? Warum? Erläutern Sie den Unterschied zwischen Schrittgeschwindigkeit und Übertragungsrate. Welche Übertragungsraten sind beim CAN-Bus für welche Anwendungen üblich? Wie können Sie den Bustakt messtechnisch bestimmen? Wie erfolgt die Busvergabe beim CAN? Welcher Klasse von Verfahren gehört das Verfahren an? Wie und warum hängen maximale Buslänge und Übertragungsrate beim CAN-Bus zusammen? Berechnen Sie exemplarisch die maximale Buslänge bei einer Übertragungsrate von 500 kbit/s und einer elektrischen Verzögerung von 100 ns. Wann sendet ein CAN-Teilnehmer eine Botschaft? 2.3 Aufbau von CAN-Botschaften Machen Sie sich mit dem Aufbau von CAN-Botschaften vertraut. Beantworten Sie zur Vorbereitung außerdem die folgenden Fragen. Skizzieren Sie den grundlegenden Aufbau einer CAN-Botschaft. Welche Felder hat eine CAN- Botschaft und wie lang sind sie jeweils? Was versteht man unter Stopfbits (stuff bits) und wozu dienen diese? In welchem Zusammenhang stehen Priorität und Botschaftsidentifier? In welcher Beziehung stehen Sender und Empfänger von CAN-Botschaften und wie erfolgt die Identifizierung? Wozu dient der ACK-Slot? Was bewirkt das Senden eines RTR-Frames? 4

5 2.4 Busoszilloskop Als Messinstrument steht Ihnen das Oszilloskop DPO2000 zur Verfügung. Die Bedienungsanleitung finden Sie auf der Seite zum Laborversuch. Arbeiten Sie als Vorbereitung die Kapitel Kennenlernen des Oszilloskops, Erfassen von Signalen und Triggereinstellung durch. Hinweis: Sie können sich auch vor dem Labortermin mit dem Oszilloskop vertraut machen. Das Oszilloskop wurde um das Modul DPO2AUTO erweitert mit Hilfe dessen Bussignale decodiert werden können. Entsprechend kann der Anwender gezielt Trigger auf Inhalte von Busnachrichten setzen. Machen Sie sich mit den Möglichkeiten vertraut, indem Sie in der entsprechenden Anleitung die Kapitel Einrichten eines seriellen oder parallelen Busses (S. 52) und Triggern auf Bussen (S. 75) durcharbeiten. 3 Durchführung 3.1 Aufbau Laborplatz Am Laborplatz stehen Ihnen folgende Mittel zur Verfügung. 1. PC bzw. Laptop mit CANoe Mit Hilfe von CANoe werden verschiedene Busteilnehmer simuliert. 2. CANcaseXL Der CANcaseXL enthält u.a. einen realen Buscontroller und dient der Ankopplung von CANoe an den realen Bus. 3. Reales Bordnetzsteuergerät SAM_F 4. Busoszilloskop 5. Handmultimeter 6. Prototypensteuergerät SAM_R 7. Abschlusswiderstände Der Laborplatz hat folgenden Aufbau. Hilfsknoten SAM_F SAM_R Abbildung 1: Aufbau Laborplatz Für die Aufgaben 3.2 und 3.3 werden CANoe und der CANcaseXL nur zur Stimulation des Netzwerks verwendet. Für die Bearbeitung der Aufgaben in diesem Versuch sind keine Kenntnisse von CANoe notwendig. Zur Busanalyse dient das Oszilloskop. Die logische Struktur des Aufbaus ist in der folgenden Graphik dargestellt. 5

6 Hilfsknoten SAM_F SAM_R Abbildung 2: Logischer Aufbau Die grün dargestellten Knoten werden mittels CANoe simuliert. Diese Konfiguration kommt beim zweiten CAN-Versuch zum Einsatz. Zum Aktivieren des Busverkehrs muss die Restbussimulation in CANoe laufen. Dazu ist jeweils die Konfiguration angegeben, die Sie mit den Buttons und starten bzw. anhalten. 3.2 Messen der Bussignale (analog) Für die folgenden Messungen trennen Sie bitte SAM_F und SAM_R vom Bus. Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Aufbau ist am Bus ein weiterer Knoten (Hilfsknoten) vorhanden, der sich am Bus vollständig passiv verhält und in unserem Fall messtechnischen Zwecken dient. 1. Überprüfung der Verkabelung vor der ersten Inbetriebnahme des Netzwerks. Überprüfen Sie dazu, ob alle Knoten (Hilfsknoten, CANcase) korrekt am Netzwerk angeschlossen sind. Überprüfen Sie durch eine Messung, ob der Bus korrekt abgeschlossen ist. 2. Bevor Sie mit Ihren Messungen fortfahren, sollten Sie sich intensiv mit der Bedienung des Oszilloskops (Analogbetrieb) vertraut machen! 3. Der Betreuer wird nun zyklisch eine Nachricht auf dem Bus versenden. Verbinden Sie CAN_H und CAN_L je mit einem analogen Kanal des Oszilloskops und stellen Sie diese Nachricht auf dem Oszilloskop dar. Beobachten Sie dazu auch die Error-LED am CANcase. 4. Bestimmen Sie den Bustakt messtechnisch. 5. Bestimmen Sie die Buspegel. 6. Bestimmen Sie die Anstiegs- und Abfallzeiten der Signale. 7. Verändern Sie gezielt die Abschlusswiderstände am Bus und beobachten Sie, wie sich die Bussignale verändern. 8. Verbinden Sie nun CAN_H und CAN_L so mit dem Oszilloskop, dass Sie eine differenzielle Messung durchführen. Welchen Unterschied zur bisherigen Messung erkennen Sie? 9. Bestimmen Sie die elektrische Verzögerung des CAN Transceivers vom Hilfsknoten und vergleichen Sie diese mit den Angaben im Datenblatt. Der Hilfsknoten verwendet als CAN Transceiver den Baustein SN65HVD230. 6

7 3.3 Messen im Busmodus 1. Der Betreuer wird nun zyklisch zwei Nachrichten auf dem Bus versenden. Stellen Sie das Oszilloskop jetzt auf Busmodus um. Hinweis: Hierzu müssen Sie den Bustakt kennen. Welche Nachrichten können Sie beobachten? 2. Triggern Sie auf die Datenbytes einer Nachricht mit DLC = 2, bei der das letzte Datenbyte 55h enthält. Für die folgenden Messungen schließen Sie bitte SAM_F und SAM_R an den Bus an. Der Betreuer wird dann für die weiteren Messungen eine entsprechende Restbussimulation starten. 3. Triggern Sie auf die Botschaft mit dem Identifier 29h bei dem DLC = 3 ist. Wie ändert sich die Botschaft? 4. Triggern Sie auf die Datenbytes einer Botschaft mit DLC = 8, bei der die letzten 4 Datenbytes 0 enthalten. Um welche Botschaft handelt es sich? Wie erklären Sie den Signalverlauf? 5. Modifizieren Sie die Zündschlossstellung in der Restbussimulation. Wie ändert sich die Botschaft? 6. Triggern Sie nacheinander auf Botschaftsbeginn, Botschaftsende und Datenbytes. Welche Auffälligkeit beobachten Sie beim Botschaftsende? Wie ist diese zu erklären? 7