Cos’è il protocollo CAN-bus e quali sono i suoi vantaggi?

Il sistema CAN-bus (Controller Area Network) è uno standard seriale per bus di campo, ideato negli anni ’80 in Germania dalla Robert Bosh GmbH, con lo scopo di collegare varie unità di controllo elettronico come sensori e centraline.

Nato principalmente per l’utilizzo in ambiente automotive, il protocollo CAN-bus è stato espressamente progettato per funzionare in ambienti fortemente disturbati dalla presenza di onde elettromagnetiche e attualmente è utilizzato in molte applicazioni industriali di tipo embedded, dove è richiesto un alto livello di immunità ai disturbi.

Il protocollo di comunicazione CAN è standardizzato ISO 11898-1 (2015) ed è composto da uno strato/layer utilizzato per lo scambio dati (data link layer), a sua volta strutturato da uno strato “logico” sottostante (Logical Link Control o LLC) e dallo strato sottostante del Media Access Control (MAC). È inoltre possibile associare un’altra serie di layer come gli strati "fisici" (physical layer), lasciati alla libera scelta del progettista di rete.

Con il termine bus, vengono identificati una serie di canali di comunicazione che permettono lo scambio di dati e informazioni tra periferiche e componenti all’interno di un sistema informatico o elettronico. Un bus offre la possibilità di collegare diversi dispositivi tra loro, attraverso una trasmissione parallela (ISA, PCI, AGP…) o seriale (SATA, SPI, PCI Express, USB, PROFIBUS, CAN…).

Lo standard CAN definisce quattro diversi tipi di messaggi o frame, caratterizzati da un carico massimo di 94 bit e contrassegnati da una priorità specifica (Arbitration Field).

• Frame di dati: rappresentano il messaggio più comune e sono adibiti alla trasmissione dei dati. Sono costituiti da diversi campi tra cui il campo arbitrato, di riconoscimento, il campo dati e il campo CRC;

• Frame di errore: è un messaggio speciale e viene inviato quando un nodo rileva un errore all’interno della comunicazione;

• Frame di sovraccarico: risulta molto simile al frame di errore e viene trasmesso da un nodo che diventa troppo occupato; con lo sviluppo di controller CAN sempre più intelligenti, questo tipo di frame non viene utilizzato molto spesso;

• Frame remoto: è poco utilizzato e tipicamente richiede informazioni da un identificatore specifico.

Abbiamo appreso le principali caratteristiche e funzionalità dello standard CAN-bus; quali sono però i suoi principali benefici e all’interno di quali applicazioni è possibile esaltarne le peculiarità?

Affidabilità

La possibilità di perdere dati durante la trasmissione del messaggio è praticamente nulla e grazie alle varie possibilità di rilevamento errori, lo standard CAN bus risulta ideale per applicazioni che necessitano di un elevato grado di sicurezza e robustezza.

Risparmio economico

La riduzione di peso, cablaggio e costi di produzione ha rappresentato il principale obiettivo per la nascita dello standard CAN-bus in ambito automotive, semplificandone non solo il montaggio ma anche la manutenzione.

Flessibilità

Il protocollo CAN-bus si basa sui messaggi e non sui nodi che lo compongono; questa caratteristica consente di aggiungere e integrare nuovi dispositivi elettronici senza una programmazione specifica.

Velocità

La condivisione in tempo reale tra i nodi della rete e la capacità di elaborazione condivisa dei dati conferisce infatti un’elevata velocità all’intera rete.

Efficienza

La possibilità di gestire il grado di priorità in base all'ID, consente di mantenere fluida la gestione dei vari frame e garantendo efficienza all’intera rete.

La nascita del sistema CAN-bus per soddisfare specifiche esigenze in ambito automotive non deve trarre in inganno; le possibili applicazioni sono infatti innumerevoli e si concentrano all’interno di settori e ambienti in cui è richiesta elevata resistenza e disturbi e interferenze. Qui di seguito alcuni esempi:

• Automazione industriale

• Smart building automation e domotica

• Applicazioni ferroviarie

• Interfaccia uomo-macchina

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