Auf die Schnelle

Das Wesentliche in 20 Sek.

  • CANopen unterstützt CAN FD
    Broad- und Multicast-Über­tragung für CANopen
  • Übertragungsrate muss nicht erhöht werden, um CAN FD-Vorteile zu nutzen
  • bei moderater Erhöhung
    keine strukturellen
  • Topologieeinschränkungen
    Schneller dank besserer
    Protokoll-Effizienz

764iee1018_titelbild-rechts_CAN FDDas CAN-FD-Protokoll wurde von der Automobilindustrie entwickelt, um Daten schneller zu übertragen. Zuerst hatte man das schnellere Herunterladen von Software im Sinne. Dann kamen Anwendungen in den Fahrzeug-internen Netzwerken hinzu.

Inzwischen migrieren fast alle PKW-Hersteller Schritt für Schritt zu CAN-FD; die einen schneller, die anderen langsamer. Ein Ursache liegt im Aufbau der physikalischen Netzwerke: Die mit CAN-FD mögliche schnelle Übertragung (Transceiver-Parameter sind bis zu 5 Mbit/s genormt) limitiert die möglichen Netzwerk-Topologien und stellt zudem höhere Anforderungen an Kabel und Stecker. Allgemein gesagt: Der Aufwand für das Design des Netzwerks ist höher und erfordert in der Regel nachrichtentechnische Kenntnisse.

Auch industrielle Anwender können die Vorteile von CAN FD – insbesondere die längeren Datenfelder – nutzen. Dazu wurde die CANopen-Anwendungsschicht funktional um die Spezifikation CiA 1301 erweitert. Die CANopen-FD-Anwendungsschicht basiert auf längeren Frames mit bis zu 64 Byte Nutzdaten. Zudem erlaubt das USDO-Protokoll (Universal Service Data Object) eine Vollvermaschung der Netzwerk-Teilnehmer und unterstützt im Gegensatz zum SDO-Protokoll der CANopen-Anwendungsschicht die Übertragung von Nachrichten an alle Teilnehmer (broad-cast) oder eine Gruppe (multi-cast). Natürlich lassen sich auch Verbindungen zu einem ausgewählten Teilnehmer aufbauen (uni-cast), wie es vom klassischen SDO-Protokoll bekannt ist.

Umgesetzt wurde diese Kommunikationsmechanismen indem die Zieladresse (1 Byte) in den USDO-Protokolldaten enthalten ist. Somit befindet sich die Zieladresse im CAN-FD-Datenfeld, das mit seinen 64 Byte nun genügend Platz bietet. Das SDO-Protokoll nutzt bereits vier Byte für die Protokolldaten und kann deshalb nicht noch ein weiteres Byte für die Zieladresse nutzen. Dann stünden nur noch drei Bytes für Parameter zur Verfügung. Theoretisch kein Problem, aber praktisch da viele Parameter als Doppelworte (32 bit) spezifiziert sind.

Das USDO-Protokoll der CANopen-FD-Anwendungsschicht ermöglicht eine Vollvermaschung der Geräte ohne CAN-ID-Konfiguration. Damit eignet es sich auch für IIoT-Anwendungen.

Das USDO-Protokoll der CANopen-FD-Anwendungsschicht ermöglicht eine Vollvermaschung der Geräte ohne CAN-ID-Konfiguration. Damit eignet es sich auch für IIoT-Anwendungen. CiA

Effektiver durch Protokoll-Effizienz

Anwender im industriellen Umfeld sind oft keine Nachrichtentechniker und scheuen den Aufwand für die Entwicklung eines robusten CAN-FD-Netzwerkes. Sie müssen aber trotzdem nicht auf die Vorteile von CANopen-FD verzichten. Einzige Bedingung: Die Bitrate darf 1 Mbit/s nicht überschreiten. Darunter gelten im Prinzip die Topologie-Regeln der ‚klassischen‘ CAN-Netzwerke. Auch können die bisherigen Kabel und Stecker verwenden.

Da in vielen CANopen-Anwendungen die Buslast nur fünf bis zwanzig Prozent beträgt, gibt es keinen wirklichen Grund die Bitrate zu erhöhen. Mit den größeren PDO (Process Data Objects) – CAN-FD stellt 64 Byte bereit – steigt sogar die Busbandbreite aufgrund der effizienteren Übertragung beziehungsweise aufgrund des geringeren Protokoll-Overheads. Die längeren CAN-FD-Frames lassen sich beispielsweise für zusätzliche Security-Protokolle nutzen.

Ein weiterer Vorteil der Migration auf CAN-FD: Wenn Querkommunikation zwischen Teilnehmer gefordert ist, sinkt mit dem USDO der Konfigurationsaufwand. Und sollten neue Funktionen einer Applikation dennoch zu Engpässen in der Bandbreite führen, lässt sich je nach Netzwerklänge die Übertragungsrate moderat erhöhen, beispielsweise von 125 kbit/s auf 250 kbit/s verdoppeln.

Dies macht auch die Automobilindustrie: Längst werden nicht alle CAN-FD-Netzwerke auch mit 2 Mbit/s betrieben. Diese Anwender nutzen die längeren CAN-FD-Frames, um eine durchgängige Security-Lösung zu gewährleisten. Die Übertragungsgeschwindigkeiten in den sogenannten Komfort-Netzwerken (Fensterheber, Außenspiegel, Scheibenwischer, Klimaanlage) werden auch in Zukunft nicht dramatisch zunehmen – gleiches gilt für Türsteuerungen, Aufzüge und viele Maschinen mit begrenzter Dynamik.

Selbst viele antriebsorientierte Steuerungen haben keine Probleme mit der begrenzten Busbandbreite des klassischen CAN-Protokolls. Typische Beispiele sind Lifter in Müllfahrzeugen oder Pitch-Steuerungen in Windkraftanlagen.

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