Scherer Balázs, Tóth Csaba:
Autóipari beágyazott rendszerek CAN hardver Előadásvázlat Kézirat Csak belső használatra! 2012.02.19. © SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 1
Egy CAN hálózat
Akkumulátor (+12 V)
Fesz.stabilizátor
Szenzor
Beavatkozó
Mikrovezérlő + CAN vezérlő CAN transceiver
GND
CAN_L CAN_H
ECU
ECU
RT © SchB, TCs BME MIT 2012.
ECU
ECU
RT Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 2
CAN transciever
Akkumulátor (+12 V)
Fesz.stabilizátor
Szenzor
Beavatkozó
Mikrovezérlő + CAN vezérlő CAN transceiver
GND
CAN_L CAN_H
ECU
ECU
RT © SchB, TCs BME MIT 2012.
ECU
ECU
RT Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 3
CAN fizikai réteg típusok
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 4
Normál high speed változat – TJA 1050 • Fejlődések – Megjelent az 5V-os mellett a 3.3V-os is (input oldalon) – Jobb EMC kompatibilitás (a jelalak formázására több figyelmet szentelnek) – Jobb zavarvédettség kikapcsolt módban – Kontrollált idejű domináns állapot Vcc/2
http://www.nxp.com/documents/data_sheet/TJA1050.pdf
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 5
(Silent mode)
(5V / 3.3V)
(5V / 3.3V)
http://www.nxp.com/documents/data_sheet/TJA1050.pdf © SchB, TCs BME MIT 2012. Csak belső használatra!
Vcc/2
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 6
http://www.nxp.com/documents/data_sheet/TJA1050.pdf
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 7
Split termination
http://www.nxp.com/documents/application_note/AN00020.pdf
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 8
Common mode choke + ESD protection ESD védelem (15 kV) Közel legyen a csatlakozóhoz!
Közösjel-elnyomás Közel legyen a transceiverhez! EMC sugárzás csökkentése
http://www.nxp.com/documents/application_note/AN00020.pdf
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 9
Low speed fault tolerant transceiver • Védett az egyik vezeték hibája ellen • Max. 125 kbits/sec
http://www.nxp.com/documents/data_sheet/TJA1054A.pdf
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 10
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 11 http://www.nxp.com/documents/data_sheet/TJA1054A.pdf
http://www.nxp.com/documents/data_sheet/TJA1054A.pdf © SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 12
One wire változat • Védett föld hiba ellen • Kisebb költség • Kisebb fogyasztás
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 13
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 14 http://www.nxp.com/documents/data_sheet/AU5790.pdf
http://www.nxp.com/documents/data_sheet/AU5790.pdf
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 15
CAN vezérlők
Akkumulátor (+12 V)
Fesz.stabilizátor
Szenzor
Beavatkozó
Mikrovezérlő + CAN vezérlő CAN transceiver
GND
CAN_L CAN_H
ECU
ECU
RT © SchB, TCs BME MIT 2012.
ECU
ECU
RT Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 16
CAN vezérlők • 1987 Megjelenik az első működő CAN vezérlő chip. • 1988 Kaphatók a CAN chipek. Példa, 1990.: Philips PCA82C200 – Nincs filter – Nincs error management
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 17
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 18
Mikrovezérlők tulajdonságai (1980-as évek) • PCs világ: – 1985: Intel 386-os sorozat – 1989: Intel 486-os sorozat
• Mikrovezérlők – 1980: Intel bemutatja a 8051-et. Ez egy 8-bites mikrovezérlő on-board EPROM memóriával – – – – –
A 80-as évek és a 90-es évek elejének legkedveltebb sorozata. 8-bites ALU, adat busz, 16-bites cím busz On-chip RAM - 128 byte On-chip ROM - 4 kByte 4*8 bit bi-directional I/O port UART, 2 db 16-bites Counter/timer
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 19
Beágyazott vezérlők fejlődése 1990-2009 1 0,9 0,8 0,7 0,6
1990
0,5
1995
0,4
2000
0,3
2005
0,2
2009
0,1 0
Program memória
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Adat memória
Rendszer órajel
Csak belső használatra!
Ár
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 20
Mikrovezérlők fejlődése
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 21
Beágyazott vezérlők fejlődése az autóiparban
Adatszélesség 1985 1990 1995 2000 2005+
8 bit 8 bit 32 bit 32 bit 32 bit
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Program memória 8kbyte 64kbyte 256kbyte 512kbyte 2+Mbyte
Csak belső használatra!
Adat memória 128 byte 256 byte 2 kbyte 16 kbyte 64+ kbyte
Órajel 4 MHz 8 MHz 20 MHz 40 MHz 100+ MHz
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 22
CAN vezérlők fejlődési irányai
• Több funkcióval rendelkező különálló vezérlő • Mikrovezérlőbe integrált CAN vezérlő • Különálló CAN periféria
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 23
CAN vezérlők fejlődési irányai
• Több funkcióval rendelkező különálló vezérlő • Mikrovezérlőbe integrált CAN vezérlő • Különálló CAN periféria
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 24
Különálló CAN vezérlők fejlődése • Példa SJA1000 • • • •
Megnövelt Rx/Tx buffer Acceptance filter Error managament logic Párhuzamos (drága ~3$)
• A Vector cég ezt használta.
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 25
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 26
SJA1000 alkalmazása NXP Application Note AN97076 (http://www.nxp.com/products/other/controllers/can_protocol_controllers/SJA1000.html)
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 27
MCP2515 soros CAN vezérlő • 2000-ben jelent meg, azóta a piacon van. • 1.3$ • Tulajdonságai, mint az SJA1000-nak. • 2000 óta nincs új chip a piacon ebben a kategóriában.
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 28
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 29
Az MCP2515 soros CAN vezérlő belseje I.
Protocol Engine © SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 30
Az MCP2515 soros CAN vezérlő belseje II. Buffers
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 31
CAN vezérlők fejlődési irányai
• Több funkcióval rendelkező különálló vezérlő • Mikrovezérlőbe integrált CAN vezérlő • Különálló CAN periféria
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 32
Mikrovezérlőbe integrált CAN vezérlők fejlődése 1991, P8xC592 – 16 kbyte on-chip ROM – 2 x 256 byte on-chip RAM – CAN-controller – Csak 11 bites ID – Nincs üzenetszűrés – DMA lehetőség a belső RAM-ba
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 33
P8xC592 http://www.nxp.com/documents/data_sheet/P8XC592.pdf
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 34
http://www.nxp.com/documents/data_sheet/P8XC592.pdf
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 35
P8xC592 terheltsége CAN forgalom függvényében • CPU load (16 MHz-es clk)
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 36
Modern mikrovezérlő-családok • Alapfelszereltség a CAN – 32 bites mikrovezérlők 70% – 8 bites vezérlők: a lábszám miatt általában külön sorozatok Arimetik a 8 bit 8 bit
Flash 8k 32k
LPC2368 LPC2919
32bit 32bit
SJA251x
32bit
Tipusszám AT90CAN88 Automotive AT90CAN32 Automotive
© SchB, TCs BME MIT 2012.
SRAM 1k 2k
F. max (MHz) 16 16
Max I/o pins 23 53
512k 768k
58k 80k
72 80
70 108
768
64k
90
80-174
Csak belső használatra!
Ár (100db Periféria $) 8xPWM 1 LIN, CAN 2,20 8xPWM 1 CAN, 2 LIN 6,40 USB 2.0 10/100 ETH 2xCAN 6xPWM 6.95 2 CAN, 2 LIN ~9 6 CAN, 8 LIN, 2 Flexray, 6-24 ~10
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 37
Egy modern mikrovezérlő belső CAN blokkja • STMF107 – 2 CAN csatorna – 28 szűrő bank – TTCAN támogatás
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 38
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 39
CAN vezérlők fejlődési irányai
• Több funkcióval rendelkező különálló vezérlő • Mikrovezérlőbe integrált CAN vezérlő • Különálló CAN periféria
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 40
CAN perifériák – Microchip-család • MCP25055: $2,8 • „Egyszerű” CAN-es I/O bővítők – Digitális I/O – Analóg bemenet – PWM generálás
• CAN üzenetküldés – Ütemezett (periodikus) üzenetküldés – I/O lábon élváltás hatására – Analóg lábon komparálási szint átlépésre © SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 41
CAN perifériák – Példa: MCP2505x
© SchB, TCs BME MIT 2012.
Csak belső használatra!
Autóipari beágyazott rendszerek – CAN HW - 42