Controller Area Network
As redes CAN (Controller Area Network) são sistemas de comunicação que se adaptam a diferentes escalas geográficas, desde redes pessoais até redes locais (LAN), dependendo da sua aplicação. Projetadas para sistemas em tempo real, as redes CAN exigem um controle rigoroso de erros e a garantia de entrega de mensagens, sendo essenciais em ambientes onde a confiabilidade é crucial.
Pontos-chave
- Redes CAN garantem comunicação confiável e em tempo real.
- Utilizam topologia física em estrela e lógica em barramento, com mensagens em broadcast.
- O meio de transmissão e a topologia física são críticos para o desempenho e a integridade das mensagens.
- Possuem tolerância a falhas, podendo operar com um par de cabos mesmo em configurações de dois pares.
- O controle de erro é realizado pelos próprios dispositivos, uma característica chave para sistemas sensíveis a falhas.
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As redes CAN operam com base em quatro pilares fundamentais. Sua topologia física é em estrela, enquanto a lógica é em barramento, com mensagens sendo transmitidas em broadcast. O meio de transmissão é um fator determinante para o funcionamento correto e a alta velocidade das mensagens, que precisam ser confiáveis. A topologia física, especialmente o comprimento dos cabos, deve seguir normas para não prejudicar a propagação das mensagens. Uma característica notável é a tolerância a falhas: a rede pode continuar funcionando mesmo com a falha de um par de cabos, se originalmente configurada com dois. O controle de erro, realizado pelos próprios dispositivos, é o principal diferencial das redes CAN, garantindo a integridade em sistemas críticos.
Imagem: Looking For Fish Tacos At ELI 2006 · BY-NC-SA · Openverse
Em sistemas de tempo real, o objetivo é garantir que as mensagens dos sensores sejam enviadas antes de seus prazos. No entanto, o envio consecutivo de mensagens de um mesmo fluxo pode causar atrasos, conhecidos como escalonabilidade. Como todos os dispositivos compartilham o mesmo meio físico, o tempo de uso do barramento é dividido, um fenômeno que gera o 'jitter'. O jitter é o atraso na transmissão de mensagens devido ao compartilhamento do barramento e é solucionado através do estabelecimento de metas temporais claras para cada mensagem.
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Existem quatro tipos principais de mensagens que trafegam nas redes CAN, cada uma com uma função específica para garantir a comunicação e o controle do sistema.
Imagem: Diego3336 · BY · Openverse
O Data Frame é o tipo de mensagem utilizado para transportar informações correntes do sistema. Por exemplo, em um veículo, um Data Frame pode sinalizar o estado da temperatura do óleo, transmitindo dados constantes de um sensor.
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O Remote Frame é enviado quando um dispositivo precisa solicitar informações de outro. Por exemplo, um sistema de limpeza do para-brisa pode enviar um Remote Frame para o controlador do reservatório de água para verificar o nível atual.
Imagem: The City Project · BY-NC-SA · Openverse
O Overload Frame é utilizado para indicar que um dispositivo está sobrecarregado ou ocupado. Se um dispositivo envia um Remote Frame para um dispositivo que está ocupado, ele pode receber um Overload Frame como resposta, sinalizando o congestionamento.
Imagem: Defence Images · BY-NC · Openverse
O Error Frame é uma mensagem especial que indica que um dispositivo encontrou um problema ao tentar enviar uma mensagem de controle, possivelmente por ter recebido um bit recessivo quando esperava um dominante. Este tipo de mensagem também sinaliza falhas no dispositivo. Para garantir a integridade das informações de controle, cada mensagem possui um número de controle único, que, juntamente com o uso de bits dominantes/recessivos, permite o envio seguro de mensagens críticas.
