Next Generation CAN

PC-Board mit CAN FD

Das Herzstück beim CAN-Interface ‚CAN-PCIe/402-FD‘ mit CAN FD-Transceiver und Anschluss zum PCI-Express-Bus ist ein solcher esdACC. Er hat einen 16 CAN-Frames tiefen TX FIFO. Dieser erlaubt das Generieren einer 100-prozentigen Buslast mit echter Back-to-Back-Übertragung, auch mit Nicht-Echtzeit-Betriebssystemen. Durch das 32-bit Register-Interface können CAN-Frames mit minimalen Registerzugriffen gesendet und empfangen werden. Weitere Leistungsmerkmale sind bitgenaue CAN-Übertragung und nachrichtengenauer Abbruch der Übertragung bei minimaler Verzögerung beispielsweise für Timeouts. Abgebrochene CAN FD Nachrichten werden im FIFO nicht durch das niedrig priorisierte TX-Signal blockiert. Außerdem entlasten das Bus-Mastering in RX-Richtung sowie die optionale Integration eines 32Bit-Microcontrollers die Host-CPU. Der große FIFO für Lese- und Schreibvorgänge sowie ein präzises Timestamping ermöglichen weitere Anwendungen z. B. für höhere CAN-Protokolle. Der esdACC IP-Core ist für Xilinx Spartan und Altera Cyclone FPGAs verifiziert. Das CAN-Interfaces ‚CAN-PCIe/402-FD‘ ist ein universell einsetzbares PC-Board, dass für den PCIe-Bus entwickelt wurde und ein oder zwei CAN FD-Interfaces gemäß ISO 11898-2 enthält. Für die Datenübertragung zum Host-Speicher nutzt es das Bus-Mastering. Dadurch wird eine Verringerung der Latenzzeit während der I/O-Transaktionen, insbesondere durch die höhere Datenrate und der Reduzierung des CPU-Loads, erreicht. Durch die Verwendung von MSI (Message Signaled Interrupts) kann das PC-Board beispielsweise in Hypervisor-Umgebungen arbeiten. Zudem unterstützt es hochauflösende Hardware-Timestamps. Das Monitoring- und Diagnose-Tool CANreal vereinfacht das CAN FD- Handling.

CiA-Stresstest bestanden

Die Nutzerorganisation CiA (CAN in Automation) organisiert sogenannte Plugfeste, um das Zusammenwirken von CAN FD-Implementierungen sowie die physikalischen Grenzen der Übertragung hinsichtlich Topologie und Datenraten zu testen. Bei solchen ‚Stresstests‘ haben sich Datenraten von bis zu 10Mbit/s als fehlerfrei erwiesen und das auch bei 100-prozentiger Buslast über einen längeren Zeitraum. ESD nahm mit dem PCI-Express CAN-Interface CAN-PCIe/402 mit CAN FD-Transceivern teil. „Die Interoperabilität mit den anderen CAN-Teilnehmern funktionierte hervorragend. Die Kommunikation auf dem CAN FD-Netzwerk funktionierte sogar mit Bitraten von mehr als 6 MBit/s. Der reine Datenempfang war bis zu einer Bitrate von 10 MBit/s fehlerfrei möglich“, berichtet Oliver Thimm, Entwickler bei ESD Electronics.

Exakter Zeitstempel in jedem CAN-Frame

Der esdACC verfügt über einen 64-Bit Timestamp-Zähler, der eine hochpräzise CAN-Frame-Übertragung ermöglicht. Er ist die Basis für die ‚Timestamped TX‘-Technologie, die parallel zum CAN-FIFO einen hoch priorisierbaren TX-TS-FIFO mit einer Tiefe von 16 CAN-Frames zur Verfügung stellt. Dadurch können CAN-Frames mit Zeitstempel in den zusätzlichen Ringspeicher, TX-TS-Queue, im CAN-Treiber geschrieben werden. Anschließend übergibt dieser die CAN-Frames innerhalb eines festgelegten Zeitfensters (TS-Window), sortiert nach der Sendezeit, dem TX-TS-FIFO des esdACCs. Bevor der Frame dem CAN-Bus übergeben wird, werden die Zeitstempel überprüft und abgelaufene Frames vorrangig gesendet. Dadurch ermöglicht der Hardware-Timestamp nahezu Echtzeit-Verhalten in ‚Nicht-Echtzeit‘-Betriebssystemen. Zusätzlich ist eine präzise Rückmeldung, die die Sendezeit jedes CAN-Frames enthält, verfügbar. Diese lässt sich für Higher-Level Protokolle nutzen. Dementsprechend bieten alle esdACC-basierten CAN-Interfaces einen bit-genauen, 64-bit breiten Zeitstempel für die RX- und TX-Richtung. Des Weiteren unterstützt ein Hardware-Timer akkurate Software-Timeouts in Abhängigkeit vom Betriebssystem. Durch ein optionales IRIG-B-Interface auf der Hardware lässt sich alternativ auch die IRIG-B-Zeit als externer Takt für das Timestamping nutzen.


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