Почему в транспортных средствах есть несколько автобусов CAN?

17

На шине CAN есть ряд вопросов, но ни один (насколько я могу судить) не объясняет, почему в автомобиле есть несколько шин CAN. Насколько я понимаю, к одной шине CAN можно подключить множество разных узлов, поэтому я не уверен, зачем вам нужно больше одного. Мои единственные мысли таковы:

О. Существует довольно небольшое ограничение на количество узлов, которые можно подключить к одной шине CAN. Но если это так, я бы подумал, что должно быть какое-то соединение между CAN, чтобы можно было проводить арбитраж и проверку ошибок (CAN SPEC 2.0).

-- или --

B. Узлы имеют приоритет как первичные, вторичные и третичные системы, и каждый уровень имеет свою собственную шину CAN, и эти уровни содержат только устройства, которые не зависят друг от друга с точки зрения функциональности. То есть тормоза, управление двигателем, наружное освещение, замки на основной шине. Радио, AC, управление сиденьем, на вторичной шине и т. Д. И т. Д.

Если бы кто-то мог объяснить / уточнить, я был бы очень признателен. Заранее спасибо.

Moeman69
источник
1
По общему признанию я не знаю много об этом, но я думал, что была только одна шина, так как есть только одно соединение - порт OBDII. Как рассматриваются отдельные автобусы? Что делает их отдельными?
JPhi1618
@ JPhi1618 Честно говоря, я сам так мало знаю, поэтому и спрашиваю. Я обсуждал с равноправным транспортным средством безопасность по шине CAN после того, как он вернулся с мероприятия в Хакатоне, где он был поднят, и мы обнаружили, что некоторые люди отметили, что у большинства транспортных средств было несколько шин CAN. Я согласен, что единственное известное мне соединение - это порт OBDII. Здесь есть несколько постов, где люди упоминали, что их несколько. ( mechanics.stackexchange.com/questions/8559/obd2-and-can-bus - am6sigma упоминает об этом в ответе).
Moeman69
Нашел это обсуждение, которое говорит: Чтобы запросить данные, вам нужно рукопожатие с шлюзом CAN, согласовать настройки соединения, запросить набор данных с определенного устройства CAN и прочитать данные, которые возвращаются. При правильных запросов вы можете получить доступ к данным из любого из 3 -х шин от одного соединения - так что ваш ТОС может запросить RPM от контроллера двигателя, одометр из приборной панели, окна установки с правой передней двери контроллера и т.д. Таким образом , это выглядит «шлюз» - это ключ.
JPhi1618
@ JPhi1618 Ах, спасибо. Я никогда не видел эту страницу. Похоже, что моя мысль B была верна в том, что инструменты соединены в кластеры с разными шинами. Однако шлюз CAN, кажется, уникален для автомобилей VW и не обязательно является стандартом. Я могу только представить, что другие транспортные средства имеют аналогичное устройство и настройку, но это чисто предположение. Хотелось бы, чтобы я встречался с людьми, потому что есть такие люди, как я упомянул, которые, кажется, знают из первых рук о нескольких автобусах.
Moeman69

Ответы:

17

Шины CAN в первую очередь отделены от

  • управлять заторами
  • уменьшить озабоченность по поводу систем, критичных для безопасности
  • проявлять больше контроля над тем, кто может получить доступ к различным автобусам

Простые транспортные средства будут иметь две шины CAN, одну для двигателя и систем безопасности, а другую для органов управления кузовом (освещение, пользовательский опыт и т. Д.).

Сложные транспортные средства будут иметь отдельную шину для систем, влияющих на движение транспортного средства, например, круиз-контроль с помощью радиолокатора, системы парковки, управление полосой движения и т. Д., А также дополнительные системы для функций пользователя, помимо простых средств управления кузовом, таких как развлекательные системы автомобиля.

Хотя автобусы могут быть общими, есть несколько причин не делать этого:

перегруженность

Даже высокоскоростные шины CAN не имеют неограниченной пропускной способности, и на самом деле по сравнению с современными системами связи они очень медленные. Тем не менее, по-прежнему существует много данных, которые они должны нести, и большинство из них являются критичными по времени, поэтому поддержание низкого уровня использования позволяет доставлять сообщения быстрее (меньше коллизий), что означает, что сообщения в реальном времени поступают вовремя, а не поздно ,

тестирование

Критические системы безопасности часто отделены от других систем, поэтому тестирование сокращается. Все устройства, подключенные к шине, критичной к безопасности, должны иметь более высокий стандарт работы и, следовательно, проводить тестирование, чтобы убедиться, что они не вызовут проблем на шине, критичной к безопасности. С отдельной шиной у вас могут быть немного более низкие стандарты, так как отключение не вызовет проблемы безопасности, поэтому тестирование сокращено.

Вместо того, чтобы объединять все в одной шине и убедиться, что все соответствует более высоким стандартам, отдельные шины позволяют проектировщикам сегментировать шину и снизить затраты.

Отраслевые нормативы являются сложными, особенно из-за проблем с дроссельной заслонкой и других проблем с электроприводом, которые отрасль испытывала в прошлом. Если отделить критически важные системы от некритических, выяснить, что пошло не так, как есть, и устранить их, становится гораздо проще и с меньшей вероятностью, поскольку меньше устройств могут помешать правильной работе системы безопасности.

контроль

Как только мододелы обнаружили, что они могут изменять управление двигателем и другими компьютерами через единый интерфейс, производители транспортных средств начали отделять диагностический разъем и его шину от остальной части транспортных средств и использовать шлюз для передачи только тех сообщений, которые они разрешают. пользователь и гараж доступ к. Как правило, они имеют дополнительные функции, позволяющие получить доступ к своему техническому специалисту, и многие даже добавляют другую шину к диагностическому разъему, но без публикации подробных сообщений, что позволяет им иметь более высокую скорость доступа, сохраняя при этом обратную совместимость с правилами диагностики выбросов.

Разделение шин, однако, позволяет им немного лучше контролировать доступ к бортовым компьютерам с помощью простого диагностического разъема.

Дополнительная сложность

Сложность, вносимая дополнительными шинами, обрабатывается контроллером шлюза. В некоторых автомобилях это контроллер кузова, и он часто имеет другие шинные соединения, такие как LIN. Это передает сообщения между автобусами, так что, например, когда подключено диагностическое устройство, оно может получить доступ ко всей соответствующей диагностической информации по всему автомобилю.

Адам Дэвис
источник
1
Я согласен с вашими соображениями, но подчеркну «Безопасность» больше, чем «Тестирование». Контроллеры, критичные для безопасности, изолированы от других с помощью шлюза, который фильтрует и ограничивает связь между шинами определенным подмножеством. DVD-проигрыватель не должен быть в состоянии контролировать поломки или подушки безопасности (после того, как вы похитили его с помощью хорошо продуманной флешки) или случайно скомпрометировать их шину CAN, логически или электрически. Стратегия та же, что и для любой локальной сети с критически важными серверами, которые вы бы не выставляли в интернет. Тестирование только заходит так далеко; изоляция дурака.
Питер - Восстановить Монику
@ PeterA.Schneider Я не согласен с вами, но я работал над модулем кузова для автомобилей большой Ford модельного года '09, и, хотя желаемый результат мог быть повышен или безопасность поддалась проверке, доказательства были проверены, и в случае этого модуля, сокращая время на тестирование. Реальность такова, что тестирование только одного сложного модуля может занять месяцы во всех его внутренних перестановках, а тестирование одного комплектного транспортного средства - годами. Это может быть параллельно до значительной стоимости, но даже несколько недель недопустимо. Разделение шин позволяет провести более простое и быстрое тестирование.
Адам Дэвис
@ PeterA.Schneider Это позволяет более полно тестировать модули и шины, что повышает безопасность, но основной целью было сокращение времени разработки при сохранении определенного стандарта безопасности, а не повышение безопасности. При разработке модулей и передаче сообщений существует небольшая вероятность того, что перепрошивка DVD-плеера на шине двигателя может вызвать проблемы. Аппаратное обеспечение, которое соединяет шину, предотвращает атаку DOS на уровне кремния, а микроконтроллеры, которые подключаются к этому оборудованию, не программируются с помощью программного обеспечения.
Адам Дэвис
@ PeterA.Schneider Возможно, это может быть семантика или различие без разницы, но если производитель потребовал одну шину, системы могут быть спроектированы с тем же уровнем безопасности, что и в отдельных шинах. Время разработки - единственное, что действительно пострадает. К счастью, дополнительные расходы на отдельные автобусы невелики, в противном случае мы бы проектировали один автобус, если бы стоимость отдельных автобусов была слишком большой.
Адам Дэвис
8

Если говорить конкретно о CAN, ответ не один из вышеперечисленных.

В системе CAN узлы не общаются напрямую друг с другом, вместо этого система основана на сообщениях. Каждое сообщение имеет приоритет на основе его адреса, и это определяет, кто будет говорить. Кто имеет приоритетное сообщение, тот передает сообщение всем, и кому это нужно, читает его.

Есть несколько ограничений на количество узлов, но это ограничение электрическое, а не функция фактической шины.

Причина в том, что высокоскоростной CAN очень сложен в электрическом отношении из-за своей скорости. (Я могу продолжить о линиях передачи, целостности сигнала, заглушках и завершении, но это далеко за пределы того, что нужно в этом ответе) Это усложняет конструкцию и повышает стоимость модулей, которые его используют. Кроме того, не всем нужна скорость с высокой скоростью CAN. Система шины CAN обычно разбита на три шины: низкая скорость, средняя скорость и высокая скорость.

  • Высокоскоростной CAN соединяет все важные системы. Двигатель, АБС, Подушка безопасности, Коробка передач, Кузов. Затем компьютер Body служит шлюзом между другими шинами.
  • Средняя скорость CAN обычно используется для автомобильных функций, таких как наружное освещение, электрические замки, электрические зеркала и т. Д.
  • Низкая скорость CAN поднимает остальную часть некритических систем. Они могут включать внутреннее освещение, развлечения и т. Д.

Как упоминалось ранее, шина CAN использует адреса сообщений вместо адресов узлов. Например, скорость транспортного средства будет сообщением. Это сообщение передается блоком ABS и имеет довольно высокий приоритет. Двигатель, подушка безопасности, коробка передач и кузов заинтересовали сообщение и прочитали его. После получения сообщения кузов повторно передает сообщение через другие автобусы. Низкоскоростные шины обычно не нуждаются в обновлениях так часто, как высокоскоростные шины, поэтому Body обновляет их только изредка.

Если модуль нуждается в информации, которая обычно не передается, модуль может запросить информацию. Конструкция шины такова, что когда запрашиваются данные, модуль, имеющий информацию, знает только то, что информация необходима, а не тот, кто нуждается в информации.

Шлюз не должен быть Телом, это может быть Кластер Инструментов или какой-либо другой компьютер.

vini_i
источник
Спасибо за солидный ответ. Я довольно хорошо знаком с сообщениями CAN и арбитражем сообщений. Я предполагаю, что вопрос, который я действительно ищу, заключается в том, являются ли сообщения на одной CAN (скажем, низкоскоростной некритический CAN) узлами, подключенными к другой CAN (например, высокоскоростными критическими системами CAN)? Я полагаю, что система могла бы работать совершенно нормально, если бы все устройства были подключены к одной CAN, поскольку арбитражная система по своей природе обрабатывает приоритет сообщения. Или даже если разные CAN были соединены вместе. Является ли это исключительно необходимостью и расходом, что они разделены?
Moeman69
@ Moeman69 Да. В машине может быть более сотни разных узлов. Оснащение их всеми высокоскоростными CAN было бы непомерно дорогостоящим. Это также перегружает шину и дает гораздо больше точек отказа в критической системе.
vini_i
2

В этом мультфильме 2003 года хорошо подытожена одна из причин:

введите описание изображения здесь

(«Найдено новое устройство: Airbus A310. Начать автоматическую настройку? [Пуск] [Отмена]»)

Подобные нападения действительно были зарегистрированы недавно. Наличие критически важных для безопасности компонентов на отдельной шине, доступ к которой возможен только через правильно настроенный шлюз, значительно снижает вероятность непреднамеренных проблем, подобных описанной выше, и значительно усложняет взлом.

Питер - Восстановить Монику
источник