Nederlands
Menu

CAN versus LIN versus automotive Ethernet: snelheid en gebruik

In een auto worden meerdere netwerken naast elkaar gebruikt, afgestemd op de benodigde snelheid en de kosten. LIN is een goedkoop netwerk met één signaaldraad en maximaal ongeveer 20 kbit/s, dat carrosseriecomponenten zoals schakelaars en motoren verbindt. CAN gebruikt een differentieel signaal over twee draden, laat ECU's met prioriteit communiceren en wordt als betrouwbaar netwerk met maximaal 1 Mbit/s (bij CAN FD enkele Mbit/s in de datafase) gebruikt voor besturing van onder meer motor en remmen. Automotive Ethernet verstuurt 100 Mbit/s of meer over één getwist aderpaar en verzorgt grote datastromen zoals die van camera's en de backbone tussen ECU's.

KenmerkLINCANAutomotive Ethernet
Maximale snelheid (indicatief)Ongeveer 20 kbit/sKlassieke CAN maximaal 1 Mbit/s (in de praktijk vaak 500 kbit/s). CAN FD enkele Mbit/s in de datafase100 Mbit/s (100BASE-T1), 1 Gbit/s (1000BASE-T1). Er zijn ook snellere standaarden
BekabelingEén signaaldraad plus massaDifferentieel signaal over twee getwiste draden (CAN_H en CAN_L). Afsluitweerstanden van 120 Ω aan beide uiteindenFull-duplex over één getwist aderpaar
KnooppuntstructuurEén master en meerdere slavesMultimasterbus waarin alle knooppunten gelijkwaardig zijnSter- of boomstructuur met punt-tot-puntverbindingen rond switches (er is ook een busstandaard van 10 Mbit/s)
Bepalen van de zendvolgordeDe master zendt volgens een schema; slaves antwoorden op oproepen van de masterArbitrage op ID. Hoe kleiner de ID, hoe hoger de prioriteit; het winnende frame raakt niet beschadigdSwitches sturen door. Voor verkeer dat binnen een vaste tijd moet aankomen beheert TSN tijd en bandbreedte
Data per berichtMaximaal 8 bytesKlassieke CAN maximaal 8 bytes, CAN FD maximaal 64 bytesMaximaal ongeveer 1500 bytes per frame
FoutdetectieChecksumCRC, ontvangstbevestiging (ACK), afkoppelen van knooppunten op basis van foutentellersCRC. Hogere protocollen regelen onder meer hertransmissie
Kosten per knooppuntHet laagst. Slaves kunnen zonder kristal werkenGemiddeld. Veel automotive-microcontrollers hebben een ingebouwde controllerHoger. PHY's en switches zijn nodig, maar per bit goedkoop
Belangrijkste toepassingenCarrosserie: elektrische ramen, spiegels, stoelen, schakelaars, ruitenwissers, regensensorenBesturing: motor, transmissie, remmen, stuurinrichting, verbindingen tussen carrosserie-ECU's, diagnoseCamera- en radardata, infotainment, backbone tussen ECU's, software-updates

De getalswaarden zijn typische ordegroottes en variëren per procesgeneratie en product.

Wanneer welke variant?

LIN
Wanneer schakelaars, motoren en sensoren die geen snelheid nodig hebben en waarbij lage kosten voorop staan, op een nabije ECU moeten worden aangesloten. Wordt gebruikt als subnet van CAN.
CAN
Wanneer besturingsdata betrouwbaar en volgens prioriteit moet worden uitgewisseld. Wanneer veel ECU's via één bus moeten worden verbonden en ruisbestendige communicatie nodig is. Bij grotere datavolumes wordt CAN FD gebruikt.
Automotive Ethernet
Wanneer een bandbreedte van 100 Mbit/s of meer nodig is, zoals voor grote datastromen van camera's en sensoren, software-updates en de backbone die in een zonale architectuur de centrale computer met de zone-ECU's verbindt.

Veelgestelde vragen

Wat gebeurt er bij CAN als twee knooppunten tegelijk beginnen te zenden?

Terwijl ze de ID-bits zenden, bewaken ze de toestand van de bus, en alleen het knooppunt dat het frame met de hoogste prioriteit (de kleinste ID-waarde) zendt, gaat door. Het verliezende knooppunt stopt en zendt later opnieuw, zodat het winnende frame onbeschadigd aankomt. Dit heet niet-destructieve arbitrage.

Waarom is LIN goedkoop?

Eén signaaldraad volstaat en de master bepaalt de timing van de communicatie, zodat de schakeling van de slaves eenvoudig is. Slaves synchroniseren hun klok op het synchronisatiesignaal van de master, zodat ze ook met een oscillator zonder kristal kunnen werken.

Waarin verschilt automotive Ethernet van gewone Ethernet in bijvoorbeeld kantoren?

Het communiceert full-duplex over slechts één getwist aderpaar, wat de bekabeling licht en goedkoop maakt. Bovendien is het gebouwd om de sterke storingen en het brede temperatuurbereik in een auto te verdragen, en voor verkeer dat binnen een vaste tijd moet aankomen beheren de TSN-standaarden tijd en bandbreedte.

Verdwijnen CAN en LIN als automotive Ethernet toeneemt?

Niet op korte termijn. Voor snelle backbones en camera's wordt Ethernet gebruikt, maar voor kleine hoeveelheden communicatie waarbij betrouwbaarheid telt, zoals schakelaars, motoren en besturingsdata, blijven het goedkope en beproefde CAN en LIN in gebruik.

Test uw begrip

Welke eigenschap van LIN, een netwerk in auto's, is juist?

  1. AEen snelle methode die met twee differentiële signaallijnen communiceert met maximaal 10 Mbit/s, gebruikt voor veiligheidskritische regelingen zoals remmen en stuurinrichting
  2. BEen methode die over één twisted pair communiceert met 1 Gbit/s, gebruikt voor de overdracht van camerabeelden en weergavedata voor displays
  3. CEen trage (maximaal circa 20 kbit/s) en goedkope methode waarbij één master en meerdere slaves op één signaallijn zijn aangesloten, gebruikt voor onder meer de bediening van elektrische ramen en spiegels
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. Een trage (maximaal circa 20 kbit/s) en goedkope methode waarbij één master en meerdere slaves op één signaallijn zijn aangesloten, gebruikt voor onder meer de bediening van elektrische ramen en spiegels

LIN (Local Interconnect Network) gebruikt één signaallijn, waarbij slaves zenden in de door de master bepaalde volgorde, en is met maximaal circa 20 kbit/s traag. Het kan met een eenvoudig communicatiecircuit vergelijkbaar met een UART worden gebouwd, en slaves kunnen synchroniseren zonder nauwkeurige oscillator, wat het goedkoop maakt. Delen waar geen snelheid nodig is, zoals elektrische ramen, spiegels, stoelen en schakelaars, worden als subnetwerk van CAN aangesloten. De methode met 10 Mbit/s beschrijft FlexRay, die met 1 Gbit/s automotive Ethernet.

Wat gebeurt er bij CAN wanneer twee nodes tegelijk een frame beginnen te verzenden?

  1. ADe twee frames botsen en worden beide beschadigd, dus beide nodes wachten een willekeurige tijd voordat ze opnieuw verzenden
  2. BHet frame met de kleinere ID-waarde (hogere prioriteit) wordt gewoon verder verzonden, en de verliezende node stopt met verzenden en verzendt later opnieuw, zodat het winnende frame niet wordt beschadigd
  3. CHet frame met de grotere ID-waarde krijgt voorrang, en het frame met de kleinere ID-waarde wordt weggegooid en niet opnieuw verzonden
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: B. Het frame met de kleinere ID-waarde (hogere prioriteit) wordt gewoon verder verzonden, en de verliezende node stopt met verzenden en verzendt later opnieuw, zodat het winnende frame niet wordt beschadigd

Op de CAN-bus wint 0 als 0 (dominant) en 1 (recessief) tegelijk worden uitgestuurd. Een zendende node vergelijkt bit voor bit de door hem uitgestuurde bit met de toestand van de bus; ziet hij 0 terwijl hij 1 uitstuurde, dan concludeert hij dat hij de arbitrage heeft verloren en stopt hij met verzenden. De ID wordt als eerste verzonden, dus hoe kleiner de ID-waarde, hoe hoger de prioriteit, en het winnende frame komt onbeschadigd aan. Dit heet niet-destructieve arbitrage. Na een botsing een willekeurige tijd wachten is de methode van CSMA/CD van het vroegere Ethernet.

Op een CAN-bus met aan beide uiteinden een afsluitweerstand van 120 Ω werd met uitgeschakelde voeding de weerstand tussen CAN_H en CAN_L gemeten. Welke waarde komt het dichtst bij de normale waarde?

  1. A120 Ω
  2. B240 Ω
  3. C60 Ω
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: C. 60 Ω

Een CAN-bus krijgt aan beide uiteinden elk een afsluitweerstand van 120 Ω om reflecties van het signaal te voorkomen. Gezien vanaf CAN_H en CAN_L staan de twee weerstanden van 120 Ω parallel, dus 120 × 120 / (120 + 120) = 60 Ω. Een meetwaarde van 120 Ω wijst op een ontbrekende afsluitweerstand aan één kant, en circa 40 Ω op een bedradingsfout zoals drie aangesloten afsluitweerstanden. 240 Ω is de vergissing waarbij de twee als in serie worden beschouwd.

  1. Welke eigenschap van CAN FD is juist?
  2. Welke eigenschap van automotive Ethernet (zoals 100BASE-T1 en 1000BASE-T1) is juist?
  3. Welke beschrijving van de overgang naar een 'zonale architectuur' die in elektronische systemen van auto's gaande is, is juist?

Oefenvragen over Halfgeleiders voor auto's en functionele veiligheid

Belangrijke termen uitgelegd

CAN-bus
Afkorting van Controller Area Network, een voertuignetwerk dat ECU's verbindt met differentiële signalen over twee draden. Lagere ID-waarden hebben een hogere prioriteit, en als knooppunten tegelijk beginnen te zenden, laat niet-destructieve arbitrage één frame intact. Klassieke CAN werkt tot 1 Mbit/s, terwijl CAN FD de datafase versnelt tot enkele Mbit/s.
ECU (elektronische regeleenheid)
Regeleenheid in het voertuig, opgebouwd rond een microcontroller, die de motor, remmen, portieren enzovoort aanstuurt. Met elke nieuwe functie kwamen er ECU's bij, soms meer dan 100 per auto, en nu worden ze samengevoegd via zonale architecturen en vergelijkbare benaderingen.
Zonale architectuur
Indeling van de voertuigelektronica waarbij zone-ECU's in elk deel van de auto nabijgelegen sensoren en actuatoren aansluiten, terwijl de besturingsverwerking in een centrale krachtige computer wordt samengebracht. Maakt een kortere en lichtere kabelboom mogelijk dan de traditionele aanpak met één ECU per functie.
Differentiële signalering
Methode waarbij op twee lijnen signalen in tegengestelde richting worden gestuurd en 0 en 1 door het spanningsverschil worden weergegeven. Ruis die op beide lijnen gelijk optreedt wordt opgeheven, zodat met een kleine amplitude snel kan worden verzonden.

Verwante vergelijkingen