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F. Pépin 1
Bus et
réseaux industriels
F. Pépinwww-pepin.ensea.fr
F. Pépin 2
PlanGénéralités sur la transmission de données
La boucle de courant 4 – 20 mA
La liaison RS232
Le Bus IEEE 488
Définitions
Quelques termes
Le Bus I2C
Le Bus SPI
Le Modèle OSI
Couche physique : les différentes topologies
Couche physique : le codage
Couche physique : le médium
Couche liaison : accès au médium
Couche liaison : détection d'erreur
Objectifs d'un réseau de terrain
Le bus CAN
Le bus LIN
Normes RS422 et RS485
Le Profibus
Le FlexRay
F. Pépin 3
Généralités sur la transmission de données
• Transmission d'octets ou de groupes d'octets
• Sens de transmission des données :
Simplex : toujours dans le même sens
Half-duplex : bidirectionnel, utilisant un seul "fil"
Full-duplex : bidirectionnel, utilisant deux "fils"
Émetteur Récepteur
Émetteur
RécepteurRécepteur
Émetteur
Émetteur
RécepteurRécepteur
Émetteur
Généralités
F. Pépin 4
• Nombre de participants :
Point à point : 2 participants uniquement
Bus : plusieurs participants
Émetteur Récepteurdonnées
Émetteur
Récepteur
Récepteur
Récepteur
données
?
Généralités
F. Pépin 5
• Transmission parallèle :
Les bits de données sont transmis simultanément
Des fils supplémentaires permettent la synchronisation
On peut aussi transmettre d'autres informations en même
temps, comme une adresse
Inconvénient : beaucoup de fils
Exemples : bus de mP, bus IEEE488, centronics
b0
b1
b2
b3
b4
b5b6
b7
b0
b1
b2
b3
b4
b5b6
b7
stb stb
Généralités
F. Pépin 6
• Transmission série :
Les n bits de données sont transmis les uns après les
autres sur un seul fil :
Nécessité d'une signalisation de début et de fin d'une
donnée
Avantage : quelques fils
Exemples : bus RS232, USB, Ethernet
b0
b1
b2
b3
b4
b5
b6
b7
b0
b1
b2
b3
b4
b5
b6
b7
10110110
10110110
0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 11
Registre à décalage Registre à décalage
Émetteur Récepteur
H
b0
b1
b2
b3
b4
b5
b6
b7
b0
b1
b2
b3
b4
b5
b6
b7
10110110
10110110
0 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 11
Registre à décalage Registre à décalage
Émetteur Récepteur
H
F. Pépin 7
• Transmission série (suite) :
Synchronisation entre l'émetteur et le récepteur : pour
connaître la valeur des bits.
Notion de point d'échantillonnage
Transmission synchrone : l'horloge est présente sur le
bus
Transmission asynchrone : l'horloge n'est pas présente
sur le bus
Le récepteur doit pouvoir se synchroniser sur l'émetteur
Généralités
F. Pépin 8
• Débit binaire : en bits / s
• Débit de symboles : en symboles / s
ex : transmission d'octets, en octets / s
• Transmission en bande de base : pas de
modulation
• Immunité aux bruits
Généralités
F. Pépin 9
La boucle de courant 4 – 20 mA
I R
Capteur Système d'acquisition
Entre 4 et 20 mA
• L'information est transportée par l'intermédiaire d'un courant
• C'est une transmission analogique !
• 0 -20 mA / 4 – 20 mA
V
Boucle de courant
F. Pépin 10
La boucle de courant 4 – 20 mA
• Exemple : compteur de particules
Boucle de courant
F. Pépin 11
La liaison RS232
• Liaison série asynchrone, half-duplex ou full-duplex
Équipement 1
• C'est une liaison point à point
TxD
RxD
O V
Équipement 2
TxD
RxD
O V
Transceiver
+12V et –12 V
0 et 5V ou 3,3V
Transceiver
Liaison RS232
F. Pépin 12
• Transmission d'un octet (0x46) :
Synchronisation des octets : START et STOP
Synchronisation des bits : le front descendant du START
Équipement 1
TxD
RxD
O V
Équipement 2
TxD
RxD
O V
START
0 1 0 0 0 1 1 0
STOP
TxD
Liaison RS232
F. Pépin 13
• Transmission d'un octet (0x46) :
Équipement 1
TxD
RxD
O V
Équipement 2
TxD
RxD
O V
START
0 1 0 0 0
STOP
TxD
Synchronisation des octets : START et STOP
Synchronisation des bits : le front descendant du START
1 1 0
Liaison RS232
F. Pépin 14
• Transmission d'un octet (0x46) :
Équipement 1
TxD
RxD
O V
Équipement 2
TxD
RxD
O V
START
0 1 0 0 0
STOP
TxD
Synchronisation des octets : START et STOP
Synchronisation des bits : le front descendant du START
1 1 0
Liaison RS232
F. Pépin 15
• Transmission d'un octet (0x46) :
Équipement 1
TxD
RxD
O V
Équipement 2
TxD
RxD
O V
START
0 1 0 0 0
STOP
TxD
Synchronisation des octets : START et STOP
Synchronisation des bits : le front descendant du START
1 1 0
Liaison RS232
F. Pépin 16
• Transmission d'un octet (0x46) :
Équipement 1
TxD
RxD
O V
Équipement 2
TxD
RxD
O V
START
0 1 0 0 0
STOP
TxD
Synchronisation des octets : START et STOP
Synchronisation des bits : le front descendant du START
1 1 0
Liaison RS232
F. Pépin 17
• Transmission d'un octet (0x46) :
Équipement 1
TxD
RxD
O V
Équipement 2
TxD
RxD
O V
START
0 1 0 0 0
STOP
TxD
Possibilité de glissement du point d'échantillonnage !
1 1 0
Erreur !
Un seul octet encadré par un START et un STOP
Liaison RS232
F. Pépin 18
• Transmission d'un octet (0x46) :
7 bits (ASCII), 8 bits ou 9 bits
avec ou sans parité
1 ou 2 bits de STOP
Équipement 1
TxD
RxD
O V
Équipement 2
TxD
RxD
O V
START
0 1 0 0 0 0 1 1
STOP
TxD
Liaison RS232
F. Pépin 19
• Contrôle de flux :
Par l'intermédiaire de 4 signaux :
– /RTS et /CTS
– /DTR et /DSR
Par logiciel : caractères XON et XOFF
Équipement 1
TxD
RxD
O V
Équipement 2
TxD
RxD
O V
Liaison RS232
F. Pépin 20
• Liaison RS232 sur DB9 :
Liaison RS232
F. Pépin 21
• Liaison RS232 sur bus USB :
Liaison RS232
F. Pépin 22
FT232R :
Liaison RS232
F. Pépin 23
• Exemple : le récepteur GPS
Norme NMEA : regroupe un ensemble de trames.
Exemple : trame GGA
$GPGGA,123519,4807.038,N,01131.000,E,1,08,0.9,545.4,M,46.9,M,,*47
Heure GMT Latitude Longitude
Liaison RS232
• RS422, RS485
F. Pépin 24
Définitions
• Bus : conducteur(s) commun(s) à plusieurs circuits
permettant l'échange de données
• Liaison point à point
• Réseau : lien de communication numérique multi-maîtres
entre plusieurs systèmes
• Terrain : zone limité géographiquement (usine, véhicule, …)
• Réseau (ou bus) de terrain : système de communication
numérique entre plusieurs dispositifs limité à un terrain
spécifique, ou entre un dispositif et ses périphériques
(capteurs, actionneurs)
Définitions
F. Pépin 25
Quelques termes
• Stations, nœuds, équipements, …
• maître, esclave, émetteur, récepteur
• Protocole de communication : définit un ensemble de règles
d'échange entre deux stations (nœuds, équipements, …)
• Trame : message échangé entre deux stations. Elle contient
plusieurs champs de contrôle et de données
• Télégramme : terme utilisé pour une trame dans quelques
réseaux de terrain (CanOpen, Profibus)
• Routage de l'information
Exemple : par adressage du destinataire et de l'émetteur
• Accès au médium
Quelques termes
F. Pépin 26
Le Bus I2C (Inter Integrated Circuit Bus)
• Objectif : connecter des composants sur une
même platine
– Philips (télévision, radio, lecteur CD, ...)
– NEC, Toshiba, Hitachi, ...
mP A
mP B
Afficheur
LCD
CAN CNA
• Constitution du bus :
2 fils + 1 masse
SDA : Serial DAta
SCL : Serial CLock
Bus I2C
F. Pépin 27
• Transfert de données bidirectionnel et en série
• Un composant : émetteur ou récepteur, maître ou esclave– émetteur : envoie les données
– récepteur : reçoit les données
– maître : circuit ayant initialisé le transfert, qui génère le signal d'horloge et qui termine le transfert
– esclave : composant adressé par le maîtremP A
mP B
Afficheur
LCD
CAN CNA
Bus I2C
F. Pépin 28
• Chaque circuit a sa propre identité (son adresse)
• La vitesse de transfert est définie par le maître jusqu'à
100 Kbits/s
• Possibilité d'une configuration multi-maîtres
• Acquittement à la fin d'un message
mP A
mP B
Afficheur
LCD
CAN CNA
Bus I2C
F. Pépin 29
• Configuration matérielle :
SDA
SCL
5 V
0 V : valeur dominante
5 V : valeur récessive
Bus I2C
F. Pépin 30
• OU câblée : 0 V : valeur dominante
5 V : valeur récessive
v1
s
v2
SDA ou SCL
e1 e2
5 V
5 V
0 V
0 V5 V
5 V
0 V
0 V
0 V
v1
v2vs
0
1
10
0
1
1
1
e1
e2s
s = e1 + e2
0 V : vrai, 1 logique
5 V : faux, 0 logique
Circuit 1 Circuit 2
Bus I2C
F. Pépin 31
• Synchronisation des données :
SDA valide durant l'état haut de l'horloge SCL :
SDA
SCL
Bus I2C
F. Pépin 32
• Condition de START
Un front descendant sur SDA quand SCL est à l'état haut :
SDA
SCL
Bus I2C
F. Pépin 33
• Condition de STOP
Un front montant sur SDA quand SCL est à l'état haut :
SDA
SCL
Note : le bus est considéré comme occupé après
la condition de START et libre après le STOP
Bus I2C
F. Pépin 34
• Les données :
8 bits (MSB en premier),
nombre d'octets quelconque durant un transfert,
acquittement après chaque octet.
SDA
SCL
Bus I2C
F. Pépin 35
• L'acquittement (acknowledge) :
L'émetteur ayant relâché la ligne SDA, le récepteur doit
bloquer cette ligne à l'état bas durant l'impulsion d'horloge
générée par le maître
SDA émetteur
SCL
SDA récepteur
8 9
le récepteur adressé doit générer cet acquittement après le
transfert de chaque octet
Si le récepteur ne répond pas à cet acquittement, le maître peut
générer un STOP pour annuler la transmission.
Bus I2C
F. Pépin 36
• Transmission de deux octets :
SDA
SCL 1 2 3 8 9 1 2 3. . .8 9
ACK ACK
• Format des données :
START
Adresse d'un esclave sur 7 bits + 1 bit de direction
R/W = 0 écriture
= 1 lecture + ACK
N x ( octets + ACK )
STOP
Bus I2C
F. Pépin 37
Exemples :
• maître / émetteur -> esclave / récepteur
Start adresse 0 Ack donnée Ack donnée Ack Stop
• maître / récepteur -> esclave / émetteur
Start adresse 1 Ack donnée Ack donnée Ack Stop
après l'acquittement, le maître devient récepteur et l'esclave devient émetteur
Bus I2C
F. Pépin 38
• L'arbitrage, dans une configuration multi-maîtres
SCL
SDA
Maître 2
Maître 1 Le maître 1 a perdu
Bus I2C
F. Pépin 39
• Synchronisation de l'horloge
CLK1
SCL
CLK2
Bus I2C
F. Pépin 40
• Pourquoi 100 K bits/s ?
4,7 ms min
4 ms min
Bus I2C
F. Pépin 41
• Quelques exemples de composants
Bus I2C
F. Pépin 42
Le premier octet :
Écriture d'un octet :
Bus I2C
F. Pépin 43Bus I2C
F. Pépin 44Bus I2C
F. Pépin 45Bus I2C
Adresse du circuit :
Registres internes :
F. Pépin 46Bus I2C
Ecriture d’un octet dans un registre :
Ecriture de plusieurs octets :
Lecture d’un octet :
Lecture de plusieurs octets :
Restart
F. Pépin 47
Le Bus SPI (Serial Peripheral Interface)
• Entre un microcontrôleur et des périphériques :
MISO : Master In Slave output
MOSI : Master Output Slave In
Bus SPI
F. Pépin 48
• Les chronogrammes (4 variantes) :
avec CPHA = 0 (bit de programmation du BF533) :
Bus SPI
F. Pépin 49
avec CPHA = 1 :
Bus SPI
F. Pépin 50
• Un exemple de composant :
Bus SPI : mémoire FLASH
F. Pépin 51
Câblage :
Bus SPI : mémoire FLASH
F. Pépin 52
Lecture d'octets :
Bus SPI : mémoire FLASH
F. Pépin 53
Les différentes instructions :
Bus SPI : mémoire FLASH
F. Pépin 54
Programmation d'une page :
Bus SPI : mémoire FLASH
F. Pépin 55
• Bus (single) SPI :
Bus SPI : single
F. Pépin 56
• Bus dual SPI :
Bus SPI : dual
F. Pépin 57
• Bus quad SPI :
Bus SPI : quad
F. Pépin 58
Le Modèle OSI (Open System Interconnection)
• les 7 couches du modèle OSI :
Transmission des bits sur le médium
Transmission sans erreur d'une trame
Routage de l'information
Fragmentation en paquets
Connexion logique entre deux stations
Compatibilité des données entre stations
Interface avec l'utilisateur
• Communication entre les couches
• Encapsulation des données
Application
Présentation
Session
Transport
Réseau
Liaison
Physique1
2
3
4
5
6
7
Modèle OSI
F. Pépin 59
• Couches OSI des réseaux de terrain :
Application
Présentation
Session
Transport
Réseau
Liaison
Physique Transmission des bits sur le médium
Transmission sans erreur d'une trame
Interface avec l'utilisateur
Avantage : rapidité
Ce qui est nécessaire dans la couche 3 est mis dans la
couche 2
1
2
3
4
5
6
7
Modèle OSI
F. Pépin 60
• Couche physique :
Spécification mécanique (connecteur)
Spécification électrique des signaux
Type de liaison (simplex, half-duplex, full-duplex)
Type de liaison (série ou parallèle)
Support de transmission (médium) :
Câble coaxial, fils torsadés, fibre optique
Informe la couche supérieure en cas de problèmes
Modèle OSI
F. Pépin 61
• Couche liaison :
gère l'accès au médium
structure les données sous forme de trames
détecte les erreurs de transmission, et les corrige si
possible
2 sous-couches :
Sous-couche MAC (Medium Acces Control)
Sous-couche LLC (Logical Link Control) : contrôle
logique de la liaison
Modèle OSI
F. Pépin 62
Couche physique : les différentes topologies
• Topologie en anneau :
Les stations forment une boucle fermée
L'information reçue par chaque station est
intégralement retransmis à la station suivante
La panne d'une station bloque tout le réseau
Modèle OSI : couche physique
F. Pépin 63
• Topologie en étoile :
Les stations sont reliées à un concentrateur par une
liaison point à point
Permet la création de petits îlots indépendants
Peu utilisée dans les réseaux de terrain
Modèle OSI : couche physique
F. Pépin 64
• Topologie en bus :
Toutes les stations sont reliées entres elles par une
seule ligne de transmission
Type de liaison : half-duplex
On peut facilement ajouter une station
Transmission en diffusion
Seule une station peut émettre à un instant donné
Terminaison
Modèle OSI : couche physique
F. Pépin 65
Couche physique : le codage
• Codage NRZ (Non Retour à Zéro) :
Codage du 0 et 1 logique par niveau de tension
code unipolaire : 0V et 5V
code bipolaire : -12V et +12 V
Bande de fréquence élevée
C'est un code asynchrone
Problème pour la synchronisation du récepteur : une
suite de 0 ou de 1 ne provoque pas de transition
1 0 1 1 1 0
Période d'horloge
Modèle OSI : couche physique
F. Pépin 66
• Codage RZ (Retour à Zéro) :
Similaire au codage NRZ, mais le signal revient à 0 au
milieu de la période d'horloge
Bande de fréquence élevée
Double transition pour coder un 1
Pas de transition si longue suite de 0
1 0 1 1 1 0
Modèle OSI : couche physique
F. Pépin 67
• Codage Manchester :
Traduction du 1 logique : front descendant
Traduction du 0 logique : front montant
Réalisation : fonction NON OU EXCLUSIF entre l'horloge
et les données
Code synchrone
Transition à chaque demi-période
Signal riche en harmonique, doublement de la fréquence
1 0 1 1 10
Horloge
Donnée
Code
0 0
Modèle OSI : couche physique
F. Pépin 68
Couche physique : le médium
• Le câble coaxial :
Blindage
Atténuation
Vitesse de propagation
Temps de propagation pour 1m de câble : 5 ns
Impédance caractéristique
Réflexion
Résistance de terminaison
Modèle OSI : couche physique
F. Pépin 69
• Les paires torsadées :
Câble couramment utilisé
Pourquoi 2 fils ?
Transmission en mode commun
Transmission en mode différentiel
Grande immunité aux bruits
0 V
e s
ligne
0 V
e s
ligne
Transceiver
Modèle OSI : couche physique
F. Pépin 70
• Les paires torsadées (suite) :
Câbles normalisés : UTP : câble non blindé
FTP : câble blindé
S-FTP : câble écranté et bliné
S-STP : câble à double blindage
Fmax Catégorie Atténuation
UTP et FTP 200 MHz 5 20 dB/100m 100MHz
S-FTP 300 MHz 5 20 dB/100m 100MHz
UTP, FTP
et S-FTP
400 MHz 6 27 dB/100m 200MHz
S-FTP 750 MHz 7 49 dB/100m 600MHz
S-FTP 1200 MHz 8 64 dB/100m 1200MHz
Modèle OSI : couche physique
F. Pépin 71
• Les fibres optiques :
Fibres monomode, multi-mode à saut d'indice, multi-mode
à gradient d'indice
Vitesse de propagation : 200 000 km/s
Uniquement des liaisons point à point
Insensible aux perturbations électromagnétiques
Atténuation : 0,5 à quelques dB / km
• Courants porteurs
• Transmission HFModèle OSI : couche physique
F. Pépin 72
Couche liaison : accès au médium
• Notion de collision :
Nœud 1 Nœud 2
à t = t1, le nœud 1 envoie un message :
Nœud 1 Nœud 2
à t = t2, le nœud 2 envoie un message :
Modèle OSI : couche liaison
F. Pépin 73
• Notion de collision :
Nœud 1 Nœud 2
à t = t3, il y a collision :
Nœud 1 Nœud 2
à t = t4, le nœud 2 détecte la collision :
Nœud 1 Nœud 2
à t = t5, le nœud 1 détecte la collision :
Modèle OSI : couche liaison
F. Pépin 74
• Par "polling"
le nœud maître consulte les esclaves
communication possible entre deux nœuds par
l'intermédiaire du maître
peu efficace
Maître Esclave 1 Esclave 2 Esclave 3
Modèle OSI : couche liaison
F. Pépin 75
• Par multiplexage temporel
de type TDMA (Time Division Multiple Acces)
émission d'un mot de synchronisation par le maître
émission des données par les esclaves à des instants précis
Maître Esclave 1 Esclave 2 Esclave 3
MaîtreSync Esclave 1 Esclave 2 Esclave 3
Modèle OSI : couche liaison
F. Pépin 76
• Par jeton sur anneau :
topologie en anneau : circulation d'une trame particulière (jeton) de
nœud en nœud
émission de données : capture du jeton, émission, puis libération du
jeton
connexion point à point
problème si rupture de liaison
Station 6
Station 1 Station 2
Station 3
Station 5 Station 4
Modèle OSI : couche liaison
F. Pépin 77
• Accès par CSMA/CD
CSMA/CD : Carrier Sense Multiple Acces / Collision Detection
Attente d'un blanc avant d'émettre
plusieurs émissions simultanées : détection de collision
arbitrage par délai d'attente aléatoire
problème si charge de réseau élevée
exemple : éthernet
Nœud 1 Nœud 2 Nœud 3
Collision
Modèle OSI : couche liaison
F. Pépin 78
• Accès par la notion de bit dominant (CSMA/CA)
Carrier Sense Multiple Acces / Collision Avoidance
attente d'un blanc avant d'émettre
bit dominant ou récessif
arbitrage sur les bits de l'identificateur
notion de priorité
efficacité importante
exemple : réseau CAN
Nœud 1 Nœud 2 Nœud 3
Collision
Modèle OSI : couche liaison
F. Pépin 79
Couche liaison : détection d'erreur
• La plus simple : bit de parité
Exemple : RS232, 1caratère sur 7 bits + 1 bit de parité
Parité paire :
• CRC : Cyclic Redundancy Check
p(x) : polynôme formé à partir du mot à vérifier
Exemple : 101010 p(x) = x6 + x4 + x2
g(x) : polynôme générateur défini par le protocole du réseau
Exemple : bus CAN g(x) = x15+x14+x10+x8+x7+x4+x3+1
Code de détection d'erreur = reste de la division polynomiale
de g(x) par p(x)
1 0 1 0 0 1 0 1
Modèle OSI : couche liaison
F. Pépin 80
API
Capteurs
Actionneurs
APIC
O
M
Réseau de terrain
Objectifs d'un réseau de terrain
Objectifs d’un réseau de terrain
F. Pépin 81
Le Bus CAN (Controller Area Network)
• Historique :
1983, société d'équipements automobile Bosch : Développement d'un protocole de communication pour les systèmes distribués fonctionnant en temps réel.
1986 : démonstration d'un système utilisant le bus CAN.
1991 : première voiture équipée du bus CAN.
• Le protocole CAN se présente et se subdivise en suivant le découpage normalisé des différentes couches ISO (physique, communication de données, réseau, transport, session, présentation, application).
• Norme ISO : "le bus CAN est un protocole de communication série qui supporte de façon efficiente la distribution des commandes en temps réel avec un haut niveau de sécurité".
Bus CAN
F. Pépin 82
• Problèmes liés à ce bus : Accès au bus et arbitrage
Souplesse d'utilisation
Traitement et gestion des erreurs
Topologie, longueur, débit, support physique
• C'est un bus série asynchrone.
• Exemple de topologie :
Noeud 1 Noeud 2 Noeud X
Résistance de terminaison
Bus CAN
F. Pépin 83
• Quelques supports physiques possibles :
Notion de bits à valeur dominante ou récessive
Support monofilaire
Support bifilaire : 2 fils appelés "paire différentielle"
Nœud 1
mC +
Contrôleur
CAN
Transceiver
Nœud 2
mC +
Contrôleur
CAN
Transceiver
Nœud n
mC +
Contrôleur
CAN
Transceiver
…
CAN_H
CAN_L
Bus CAN
F. Pépin 84
Support sur fibre optique, électromagnétique
CAN "High Speed" : 125 kbits/s à 1 Mbits/s (ISO 11 898-2)
CAN "Low Speed" : 10 kbits/s à 125 kbits/s
CAN "Fault Tolerant" LS : ISO 11 898-3
2,5 V
1 V
4 VCAN_H
CAN_L
Valeur
dominante
2,5 V
1 V
4 V
CAN_H
CAN_L
Valeur
dominante
Bus CAN
F. Pépin 85
• Codage NRZ : le niveau reste constant pendant
la durée totale du bit généré
Méthode du "bit stuffing" :
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Message à envoyer :
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Données sur le bus :
S S
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
A la réception :
Bus CAN
F. Pépin 86
• Routage de l'information : le contenu de la trame est
repéré par un identificateur. Cet identificateur n'indique
pas la destination du message, mais décrit son contenu.
• Les différentes trames
Trame de données : du nœud émetteur vers le nœud
récepteur
Trame de requête : pour demander la transmission
d'une trame de données ayant le même identificateur
que la trame de requête
Trame d'erreur
Trame de surcharge
Bus CAN
F. Pépin 87
• Trame de données :
Espace
intertrame
Fin de
trameACK
Délimiteur CRC
Séquence de CRC
Données
Commande
Bit de RTR
(Remote Transmission Request)
Identificateur
Début de trame
11 bits1 1 1 1 16 150 à 8 octets 7
Trame de données
= dominant
3
Champ de commande : 4 bits pour coder le
nombre d'octets de données
Arbitrage : pendant l'identificateur
Bus CAN
F. Pépin 88
• Trame de requête :
Espace
intertrame
Fin de
trameACK
Délimiteur CRC
Séquence de CRC
Données
Commande
Bit de RTR
(Remote Transmission Request)
Identificateur
Début de trame
11 bits1 1 1 1 16 150 à 8 octets 7
Trame de requête de données
= récessif
(optionnel)
3
Bus CAN
F. Pépin 89
• Gestion des erreurs : complexe mais très efficace
Monitoring du bus
CRC (Cyclic Redundancy Code) : détecte 5 erreurs
et corrige 2 erreurs
"Bit stuffing"
Acquittement
erreur de fin de trame, erreur de délimiteur, …
Signalisation des erreurs : trame d'erreurs
Compteur d'erreurs : en réception et en émission
augmente en cas de détection d'erreurs
diminue de façon moins rapide si pas d'erreur
Bus CAN
F. Pépin 90
3 états pour le nœud :
Erreur active : continue à émettre et à recevoir, et transmet
un "active error flag" dans la trame d'erreur si erreur détectée
Erreur passive : continue à émettre et à recevoir, mais
transmet un "passive error flag" dans la trame d'erreur si erreur
détectée
Bus off
Erreur
active
Erreur
passive
Bus
OFF
REC > 127
TEC > 127
REC < 128
TEC < 128
TEC > 255
128 occurrences
de 11 bits récessifs
Reset
REC : Receive Error Counter
TEC : Transmit Error Counter
Bus CAN
F. Pépin 91
Trame d'erreur : signalement d'erreur
"Active error flag" : 6 bits dominants consécutifs
ne respecte pas la règle du "bit stuffing" !
"Passive error flag" : 6 bits récessifs consécutifs
Bus CAN
F. Pépin 92
• Bit time : permet de définir le point d'échantillonnage
• Débit brut et débit net :Débit brut : 1 Mbits/s (norme High Speed)
Débit net : 72,1 kbits/s pour 1 octet de donnée
144,1 kbits/s pour 2 octets de donnée
…
504,5 kbits/s pour 7 octets de donnée
576,6 kbits/s pour 8 octets de donnée
• CAN 2.0 B : identificateur sur 29 bits
Bus CAN
F. Pépin 93
• Les réseaux dans l'automobile
Vue d'ensemble :
Bus CAN
F. Pépin 94
Portière :
Source : http://pedagogie2.ac-reunion.fr/metiersmaintenanceauto
Avant Après
Bus CAN
F. Pépin 95
Architecture de la 806 :
Source : http://pedagogie2.ac-reunion.fr/metiersmaintenanceauto
Bus CAN
F. Pépin 96
• Conception d'un nœud CAN
Périphérique contrôleur CAN
circuit intégré : SJA1000
intégré à un microcontrôleur :
LPC2292/LPC2294 de NXP (Philips)
Blackfin BF537 d'Analog Device
Bus CAN
F. Pépin 97
LPC2292/LPC2294 de NXP (Philips) :
Bus CAN
F. Pépin 98
BF537 :
Bus CAN
F. Pépin 99
Plan mémoire :
Bus CAN
F. Pépin 100
Bus CAN :
Bus CAN
F. Pépin 101
Mailbox :
Bus CAN
F. Pépin 102
Le bus LIN (Local Interconnect Network)
• Réseau à faible coût pour compléter les réseaux existants dans l'automobile
• Protocole de communication série permettant le contrôle de nœuds mécatroniques dans les applications distribuées de l'automobile
• Implémentation possible à partir d'un simple UART
• Jusqu'à 20 kbits/s !
Bus LIN
F. Pépin 103
• Un maître et plusieurs esclaves :
• Communication par trame (frame) :
Bus LIN
F. Pépin 104
• Structure d'une trame :
Bus LIN
F. Pépin 105
• Champ de rupture (break) :
au moins 13 bits à valeur dominante
• Champ de synchronisation :
• L'identificateur : 6 bits, plus 2 bits de parité
• Les données : 1 à 8 octets, plus un champ de CRC
Bus LIN
F. Pépin 106
Les autres réseaux de terrain
• CANOpen
• Profibus
• Modbus
• Fieldbus
• DeviceNet
• BatiBus
• …
F. Pépin 107
Normes RS422 et RS485
• Transceiver :
• Liaison en RS422 :
F. Pépin 108
Normes RS422 et RS485 (suite)
• Réseau 2 fils utilisant la norme RS485 :
F. Pépin 109
• Réseau 4 fils utilisant la norme RS485 :
F. Pépin 110
Le profibus
• Leader mondial des bus de terrain (1987)
• Exemple : variateur de vitesse
Profibus
F. Pépin 111
Généralités
• Trois déclinaisons applicatives du profibus :
Profibus-DP (Decentralized Peripheral) : fonctionnement
monomaître (ou multimaître) pour la gestion des équipements
d'entrées-sorties déportés avec des temps d'accès très faibles
Profibus-PA (Process Automation) : applications de contrôle de
process avec une télé-alimentation et une sécurité intrinsèque
Profibus-FMS (Fieldbus Message Specification) : applications
nécessitant l'échange entre maîtres pour la sysnchronisation
d'activités de contrôle et de commande (messagerie)
• Couche physique : définit le support physique
(caractéristiques électriques et mécaniques)
RS485
Fibre optique
Norme CEI 61158-2Couches OSI :
Application
Présentation
Session
Transport
Réseau
Liaison
Physique1
2
3
4
5
6
7
Profibus
F. Pépin 112
• Supports physiques (suite)
Haute vitesse H2 (RS 485) : transmission en codage NRZ
débit de 9,6 kbits/s à 12 Mbits/s
mode RS485 sur câble de type A (paire torsadée blindée, 135 à
165 ohms)
connecteur standard DB9
transmission d'un octet en mode asynchrone sur 11 bits : 1 bit de
start, 8 bits de données, 1 bit de parité paire, 1 bit de stop
Basse vitesse H1 (CEI 61158-2) : transmission synchrone
codage Manchester
débit : 31,25 kbits/s
télégramme constitué d'octets encadrés par un caractère de
préambule (0xAA : synchronisation), un caractère délimiteur de
début et un caractère de délimiteur de fin
Débit (kbits/s)
Longueur
9,6 19,2 93,75 187,5 500 1500 12000
1200 1200 1200 1000 400 200 100
1 0 1 1 0 1 0 0
Profibus
F. Pépin 113
• Couche liaison de données structure des télégrammes
procédures d'accès au bus
services de transmissions
• Méthode d'accès au bus : par jeton
Anneau logique pour le passage du jeton entre maîtres
Profibus
APIAPI
PC
Esclaves
Profibus
F. Pépin 114
• Télégramme de passage de jeton
synchronisation en-tête adresse de destination adresse source
• Structure générale d'un télégramme
SYN 33 bits synchronisation
SD 1 octet Start delimiter
LE 1 octet Data Length (DA+SA+FC+DSAP+SSAP+DU)
LEr 1 octet Length repeated
DA 1 octet Destination Adress
SA 1 octet Source Adress
FC 1 octet Function code
DSAP 1 octet Destination Service Access point (optional)
SSAP 1 octet Source Service Access point
DU 1 à 244 Data Unit
FCS 1 octet Frame Checking
ED 1 ocoet End Demimiter (0x16)
SYN SD LE LEr DA SA FC DSAP SSAP DU FCS ED
Profibus
F. Pépin 115
• les différents services
SDA (Send Data with Acknowledge)
SRD (Send and Request Data)
SDN (Send Data with No acknowledge)
Données
Acquittement
Données + demande de données
Acquittement
Profibus
F. Pépin 116
Le FlexRay
• Objectif : remplacer ou compléter le bus CAN
Vitesse, déterminisme (TTCAN)
• Constitution d'un nœud FlexRay :
Source : société LGM
Flexray
F. Pépin 117
• Cycle de communication :
une partie statique
une partie dynamique
Source : société LGM
Flexray
F. Pépin 118
• Trame FlexRay
Source : société LGM