2.1 Couches ISO du bus CAN
La norme ISO 11519 du bus CAN spécifie :
· dans sa partie A, un champ d'identification sur 11 bit
(format dit standard)
· dans sa partie B, un champ d'identification sur 29 bit
(format dit étendu)
Nota : dans ce recueil, on présentera uniquement
le format standard.
Cette norme définit une partie de la couche 1, au sens de
la normalisation
ISO qui s'occupe de la définition du signal physique, de
l'interface électrique et du codage des bits ainsi que de la
totalité de la couche 2 (liaison de données).
L'architecture de communication considérée est
comparable à celle d'un réseau local ; elle est limitée
à trois couches (figure 2) qui sont, de haut en bas : la couche
application, la sous-couche LLC ( Logical Link Control ), la sous-couche MAC (
Medium Access Control ) et la couche physique.
2.1.1 Couche application
Cette couche fournit les services nécessaires à la
gestion des tâches et du contrôle tout en respectant les
contraintes de temps.
2.1.2 Sous-couche LLC (Logical Link Control)
La fragmentation des messages, correspondant à la
couche transport du modèle OSI (Open System Interconnection), n'est pas
gérée dans cette norme.
L'application temps réel spécifie à la
couche LLC les contraintes temporelles des messages envoyés tels que la
période, le temps d'arrivée, l'échéance...
Pour un service de garantie, tous les messages
préparés (mis dans une file de transmission) sont transmis avec
respect de leurs échéances. Par contre, pour un service de
Meilleur effort, les messages en attente de transmission seront mis dans un
ordre tel que le taux de perte de messages (le nombre de messages dont les
échéances ne sont pas respectées) soit minimal.
L'une des fonctions de la couche LLC est de transformer les
messages provenant de la couche application sous une forme appropriée
à la couche MAC. C'est le mécanisme de fragmentation qui consiste
à découper chaque message en petits paquets. La couche LLC
propage les contraintes temporelles de chaque message à ses paquets.
L'échéance d'un message peut être copiée à
chacun de ses paquets ou encore associée au dernier paquet tout en la
réduisant pour les autres paquets de manière à ce que le
premier paquet ait l'échéance la plus petite. Une fois
fragmentés, les messages sont mis dans une file de transmission selon
une politique d'ordonnancement.
- Gestion des erreurs
C'est un mécanisme responsable de la détection et
de la correction d'erreurs lors de la transmission de paquets. Le
mécanisme classique ARQ ( Automatic Repeat Request), qui consiste
à renvoyer à l'émetteur un acquittement positif si un
paquet est bien reçu et négatif dans le cas contraire, ne
s'applique pas dans notre cas car le mécanisme ne tient pas compte de la
composante temps réel.
Une solution avec acquittement serait d'associer un nombre
maximal de retransmissions de paquets en fonction de son
échéance. Si un acquittement positif est reçu, la copie du
paquet est supprimée localement. Une autre solution sans acquittement
serait d'envoyer à la fois le maximum de copies de paquets sans se
préoccuper des erreurs, le receveur s'arrangera pour garder la copie
sans erreur et supprimer les autres. Il est clair qu'aucune solution n'est
complètement fiable et présente toujours un taux d'erreurs.
- Contrôle de flux
C'est une technique de synchronisation qui garantit au
récepteur de ne pas être débordé par les messages de
l'émetteur. Pour un service de garantie, il faut s'assurer qu'il existe
suffisamment d'espace dans le buffer récepteur avant d'accepter un
message. Par contre, pour un service de Meilleur effort, si le buffer
récepteur est plein, le message reçu est perdu.
Nous allons maintenant présenter plus
particulièrement les spécificités de la couche liaison de
données du bus CAN.
-Principe de l'échange de données
Lors de la transmission des données sur un bus CAN, aucune
station n'est adressée, mais le contenu d'un message est
identifié par un identificateur univoque sur l'étendue du
réseau. Outre identifier le contenu du message, l'identificateur
détermine également sa priorité, ce qui est
déterminant pour l'assignation d'un bus lorsque plusieurs messages sont
en concurrence pour le droit d'accès au bus. Si l'unité centrale
d'une des stations souhaite envoyer un message à une ou plusieurs
stations, elle transfère les données à transmettre et leur
identificateur au module CAN qui lui est affectée. Ce dernier se charge
de la constitution et la transmission du message.
Dès qu'il reçoit l'assignation du bus («
émission du message ») toutes les autres stations du réseau
se mettent à l'écoute (« réception du message
»). Chaque station du réseau CAN est en mesure d'ignorer ou de
prendre en compte le message qui est sur le bus (« Sélection
»). Ce type d'adressage permet d'avoir une grande flexibilité au
niveau de la configuration (figure 3). Contrairement à d'autres
réseaux aucune adresse cible physique n'est prescrite du
côté du protocole de transmission de données. Ainsi les
valeurs de certains capteurs sont réparties sur toutes les stations du
réseau évitant que chaque organe de commande n'ait son propre
capteur (« diffusion générale multidestinataire »).
l Arbitrage bit à bit non destructif
Pour le traitement temps réel des données, le
débit binaire physique (ici 1 Mbit/s maximum) n'est pas le seul
critère, il faut aussi que l'assignation du bus soit efficace. Comme les
informations traitées n'ont pas le même niveau de priorité,
un identificateur de chaque trame a été défini pour
déterminer dans quelle mesure le message doit être transmis par
rapport à un autre moins urgent. Ainsi le conflit d'accès au bus
est résolu au moyen d'un arbitrage bit à bit par
l'intermédiaire d'identificateurs respectifs.
- Efficacité de l'attribution du bus
Les procédés d'assignation de bus utilisés
sont nombreux, on distingue
Les suivants.
Assignation à tranches de temps fixe : l'assignation
s'effectue de manière séquentielle au niveau de chaque poste pour
une fourchette de temps maximale, sans se préoccuper du fait que la
station a besoin du bus à ce moment-là (exemple : Token Slot).
Assignation en fonction des besoins : l'assignation est fonction
de la volonté de transmettre, seules les stations souhaitant
émettre sont prises en compte, c'est le procédé
utilisé par le bus CAN.
Accès non destructif au bus : en effet chaque accès
au bus par une ou plusieurs stations conduit toujours à l'attribution
univoque d'un bus, alors que l'accès destructif impose que à tout
accès simultané par plusieurs stations, il faut interrompre les
tentatives d'émission.
Le rattachement de la priorité d'accès au contenu
du message permet en cas de surcharge du bus, d'éviter la saturation de
l'ensemble de la transmission comme c'est le cas du CSMA/CD (Carrier Sense
Multiple Access/Collision Avidance). Le bus CAN est doté d'un
contrôle décentralisé de l'accès au bus,
c'est-à-dire que tous les mécanismes essentiels à la
communication, y compris le contrôle de l'accès au bus, sont
repris en plusieurs points du réseau. Ceci permet d'empêcher de
ramener ces mécanismes vers une seule unité qui, une fois en
panne, serait très difficile à substituer. Une station redondante
mettra beaucoup de temps à prendre en charge la gestion du bus (ce qui
peut empêcher tout fonctionnement en temps réel).
| 
