Design and performance analysis of controller area network cut-through bridges

Abstract

Kontrol Alan Ağı (CAN), dağılımlı kontrol uygulamalarında kullanılan gerçek zamanlı bir seri haberleşme hattıdır. Bu kontrol ağı ilk olarak otomotiv uygulamaları için geliştirilmiş olmasına rağmen endüstriyel dağılımlı kontrol uygulamaları alanında bir kontrol ağı standardı olarak yaygın bir şekilde kabul görmüştür. CAN çok güçlü hata önleme mekanizmasına sahiptir ve protokolü iletişim ortamına erişim yöntemi olarak tahrip edici olmayan bit esaslı bir oylama mekanizması kullanır. Bu yöntem mesaj çarpışmasının olmadığı bir erişim ortamı sağlamasına rağmen haberleşme hattının uzunluğunu sınırlandırır ve bu sebeple CAN sistemleri sınırlı hat uzunluklarında çalışmak zorundadırlar. Bu makale bir CAN sisteminin genişletilmesi için temel çözüm yöntemlerini açıklamakta ve doğrudan geçişli köprüleme yönteminin kullanıldığı yeni bir çözüm yaklaşımını sunmaktadır. Bu çözüm kullanılan protokol gereği ortaya çıkan fiziksel mesafenin sınırlılığı engelinin aşılmasını sağlamaktadır. Simülasyon sonuçları göstermektedir ki bir CAN sisteminin uzunluğu bir doğrudan geçişli köprü ile sistem özellikleri kaybedilmeden iki kat arttırılabilir.

Controller Area Network (CAN) is a serial communication bus used in distributed real-time control applications. Although it was first introduced for automotive applications, it has also been widely accepted in industrial distributed control environments as a fieldbus standard. CAN has a very robust error recovery mechanism and the protocol uses a non-destructive bit-wise arbitration mechanism as the medium access method. Although this method provides collision-free medium access, it also limits the bus distance and CAN systems have to operate at limited bus lengths. This paper explains basic solutions to extend a CAN system and introduces a new approach with cut-through bridging. This solution helps a CAN system to exceed the physical distance barrier imposed by the protocol. Simulation results show that the CAN system distance can be doubled by a cut-through bridge without losing the original features of the system.