07 - CAN (Controller Area Network)

Question 1

Wofür steht CAN?

Answer 1

Controller Area Network.

Question 2

Was sind Schlüssel Eigenschaften von CAN? (6)

Answer 2

• benötigt mindestens zwei Nodes
• Event basiert, also kein Schedule nötig
• Robust Serial Communication Protocol
• Message-based Communication
• Distributed Control
• Broadcast Communication

Question 3

Was sind Stärken von CAN? (5)

Answer 3

• akzeptierter Standard
• Robust
• Hoher Grad an Flexibilität
• Einfach neue receiving Nodes hinzuzufügen
• Viel Soft- und Hardware Support verfügbar

Question 4

Was ist ein Propagation Delay (Ausbreitungsverzögerung)?

Answer 4

Propagation Delay eines Kanals ist die Zeit, die ein Bit benötigt, um von einem Ende des Kanals zum anderen Ende des Kanals zu gelangen.

Question 5

Wodurch wird ein Propagation Delay bestimmt?

Answer 5

Es wird durch die Übertragungsgeschwindigkeit eines elektromagnetischen km/sec bestimmt. Bei einem Kanal von etwa 1 km Länge beträgt der Propagation Delay etwa 5µsec.

Question 6

Was ist die Bandbreite?

Answer 6

Ist die Anzahl der Bits, die einen Kanal in einer Sekunde durchlaufen können.

Question 7

Was ist die Bitlength eines Channels?

Answer 7

Ist die Anzahl der Bits, die einen Kanal während des Propagation Delays durchlaufen können.

Question 8

Was ist Bitwise Arbitration (Schlichtung)?

Answer 8

Es gibt zwei Zustände im Kommunikationskanal, dominant und rezessiv. Wenn zwei Stationen eine Übertragung zum selben Zeitpunkt beginnen, dann wird die Station mit dem dominanten Bit im arbitration field gewinnen und die Station mit dem rezessiven Bit stoppt seine Übertragung. Die Annahme dabei ist, dass der Propagation Delay des Busses sehr viel kleiner ist als die Länge einer Bitcell, da sich jedes Bit stabilisieren muss, bevor es arbitriert werden kann.

Question 9

Wie funktioniert Bit Encoding bei CAN?

Answer 9

• Non Return to Zero (NRZ) bit encoding
• Bit Stuffing: nach 5 Bits mit identischem Wert (entweder dominant oder rezessiv), führt der Sender ein zusätzliches Bit mit dem entgegengesetzten Wert ein

Question 10

Welche Error Typen (auf Messagefelder bezogen) gibt es bei CAN? (5)

Answer 10

• Bit error
• Stuff error: entdeckt beim sechsten aufeinanderfolgenden Auftreten desselben Bits in einem Nachrichtenfeld, das dem Bitstuffing unterliegt
• CRC error: der vom Empfänger berechnete CRC-Wert weicht von dem in der Nachricht gespeicherten Wert ab
• Form error: Bitfeld in fester Form enthält ein oder mehrere unzulässige Bits
• Acknowledgment error: von einem Sender erkannt, wenn ein rezessives Bit auf dem ACK-Slot gefunden wird

Question 11

Wie läuft Error Signaling ab?

Answer 11

• wenn ein Error von mind. einer Node erkannt wird, unterbricht die Node (die den Error erkannt hat) die Übertragung durch Senden eines Error Flags
• ein Error Flag besteht aus 6 dominanten Bits → das verletzt die Bit Stuffing Regel und alle anderen Nodes reagieren, indem sie auch Error Flags senden

Question 12

Woraus besteht eine Error Signaling Sequence?

Answer 12

Die Error Signaling Sequence (Fehlersignalisierungssequenz) besteht aus der Überlagerung von Error Flags, die von verschiedenen Nodes, möglicherweise zu verschiedenen Zeiten, gesendet werden, gefolgt von einem Error Delimiter Field (Fehlerbegrenzungsfeld). Die Länge der Sequenz variiert zwischen mind. 6 und maximal 12 Bits.

Question 13

Was sind Probleme von CAN in sicherheitsrelevanten verteilten Echtzeitsystemen? (5)

Answer 13

• Large variability in transmission latencies
• Diagnosic deficiencies (bsp. masquerading)
• No consistent atomic multicast
• No handling of babbling idiot failures
• Arbitration logic limits throughput

Question 14

Welche Broadcasts gibt es? (3)

Answer 14

• Reliable Broadcast
• Atomic Broadcast
• Timely Broadcast

Question 15

Was sind CAN Failure Assumptions (Annahmen, Welche Fehler können auftreten)? (3)

Answer 15

• Crash Failures: Node tut vorzeitig ab diesem Zeitpunkt nichts mehr
• Omission Failures: Node sendet/empfängt gelegentlich keine Nachrichten, die sie eigentlich senden/empfangen sollte
• Timing Failures: local clock drift der Node überschreitet die angegebene Grenze (clock failure), Node überschreitet die Grenzen der für die Ausführung eines Schritts erforderlichen Zeit (performance failure)

Question 16

Was sind CAN Protokoll Mechanismen für Konsistenz?

Answer 16

• die Globalisierung lokaler Fehler zielt auf eine systemweite Konsistenz ab: Knoten, der einen Fehler in einer Nachricht entdeckt, sendet ein Fehlerflag mit sechs aufeinanderfolgenden dominanten Bits → Verletzt Bit Stuffing Regel
• Last Bit Rule: spezielles Error Handling für das letzte Bit des EOF, Empfänger der einen Error erkennt muss den Frame als korrekt akzeptieren

Question 17

Welche Inkonsistenz Szenarien gibt es bei CAN? (2)

Answer 17

• Double Reception of Messages

* Inconsistent Message Omission

Question 18

Welche Higher CAN-based Protocols gibt es? (3)

Answer 18

• Eager-Diffusion Based CAN (EDCAN)
• Lazy Message Diffusion (RELCAN)
• Totally Ordered CAN (TOTCAN)

Question 19

Was sind CAN-based Higher Protocols?

Answer 19

CAN Protokolle mit zusätzlicher Funktionalität (z.B. Message Fragmentation).

Question 20

Was ist Time-Triggered CAN (TT CAN)?

Answer 20

• TT CAN ist eine Erweiterung von CAN, die Clock Synchronisation und time-triggered Kommunikation unterstützt
• eine “Time-Master” Node sendet zyklisch einen Synchronisations-Frame, der von den anderen Nodes des Clusters verwendet wird, um ihre lokale Zeit einzustellen und die Übertragung zu initiieren.
• für den Fall, dass der Zeitmaster ausfällt, ist in jeder Node eine lokales time-out vorgesehen, um die Übertragung zu initiieren.
• Rahmenstruktur und CRC sind die gleichen wie bei CAN.