Bus CAN - Comprendre le réseau de communication véhicule

Objectifs d'apprentissage

• Comprendre les principes fondamentaux du bus CAN et son architecture.
• Maîtriser le protocole CAN, ses applications et son modèle OSI.
• Analyser la structure des trames CAN (données, requêtes, erreurs).
• Apprendre les mécanismes de détection et de gestion des erreurs.
• Connaître les caractéristiques électriques et les contraintes de transmission.

Public cible

Ce cours s'adresse aux ingénieurs en automatisation, aux techniciens en électronique automobile, aux développeurs embarqués et aux étudiants en génie électrique ou informatique industrielle. Une connaissance de base des réseaux de communication et de l'électronique est recommandée.

Le bus CAN

Le bus CAN (Controller Area Network) est un protocole de communication série robuste, conçu pour les environnements industriels et automobiles. Il permet une transmission fiable entre microcontrôleurs et capteurs avec une tolérance aux pannes élevée.

Introduction

Développé par Bosch dans les années 1980, le CAN est devenu une norme internationale (ISO 11898). Son adoption massive dans l'automobile (pour les systèmes ABS, airbags, etc.) s'étend désormais à l'industrie (automation, IoT).

Protocole CAN, Applications

Le CAN utilise un accès multiple avec détection de collision et arbitrage (CSMA/CA). Applications typiques : véhicules (OBD-II), machines industrielles, aéronautique, et dispositifs médicaux.

Modèle OSI, Définitions

Le CAN couvre principalement les couches 1 (physique) et 2 (liaison de données) du modèle OSI. La couche physique gère le support, tandis que la couche liaison gère les trames et le contrôle d'erreurs.

Couche 2 – Niveau Trame

La couche liaison définit plusieurs types de trames : données, requêtes, erreurs, et surcharge. Chaque trame suit une structure précise avec des champs de contrôle.

Trame de données

Composée d'un identifiant (11 ou 29 bits), de données (0-8 octets), et de champs de contrôle (CRC, ACK). L'identifiant détermine la priorité lors de l'arbitrage.

Champ de contrôle

Inclut un CRC (Cyclic Redundancy Check) pour détecter les erreurs de transmission, et un bit d'acquittement (ACK) confirmant la réception.

Trame de requêtes

Utilisée par un nœud pour demander la transmission de données spécifiques. Similaire à une trame de données mais sans champ de données.

Traitement des erreurs

Le CAN détecte les erreurs via : CRC, monitoring bit à bit, et vérification de format. Les erreurs déclenchent une trame d'erreur pour notifier le réseau.

Différents types d'erreur

Erreurs bit, stuff, CRC, ACK, ou format. Chaque type active un mécanisme de reprise automatique ou d'isolation du nœud défaillant.

Couche 1 – Niveau Bit

La couche physique utilise un différentiel à deux fils (CAN_H/CAN_L) pour une immunité au bruit. Le débit varie de 10 kbit/s à 1 Mbit/s selon la longueur du bus.

Caractéristiques électriques

Niveaux logiques : dominant (2V diff.) et récessif (0V). Impédance caractéristique de 120 Ω avec terminaisons obligatoires.

Bibliographie

Références : ISO 11898, "CAN System Engineering" par Wolfhard Lawrenz, et documentation Bosch.

Exercices

Pratique avec analyse de trames CAN via un analyseur logique, calcul de CRC, et simulation de scénarios d'erreur.