Multiplex Age
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CONSULTING nsc
MULTIPLEXAGE
AUTOMOBILE
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Sommaire
Page
Historique 3
Généralité de la microélectronique 5 à 6
Avantage du multiplexage 7 à 8
Boîtier passerelle 57 à 58
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HISTORIQUE
Dans le milieu des années soixante dix, les constructeurs automobiles, suite à la
demande de plus en plus forte de leurs clients dans les domaines du confort, de la
sécurité et de l’économie (consommation et entretien), ont pensés à développer des
systèmes électroniques leur permettant de les aider dans la réalisation des attentes
clients.
C’est vers le début des années quatre-vingt que ces systèmes électroniques font leur
apparition dans l’automobile. Ces systèmes totalement indépendants géraient
uniquement l’injection moteur au début.
Voyant le nombre de boîtier augmenter dans les futures voitures, c’est vers le début
1981, que quelques grandes sociétés automobiles s'intéressèrent à des systèmes de
communication fonctionnant en temps réel entre différents microcontrôleurs,
concernant notamment le contrôle moteur, la transmission automatique et l'anti-
patinage.
Au milieu de l'année 1987, la réalité prit la forme des premiers siliciums fonctionnels.
En 1989 sort la première voiture avec un réseau de bord multiplexé, la BMW 850
CSI. Le bus utilisé est un bus simple appelé I bus (instrument bus) reliant cinq
boîtiers électroniques placés sous le tableau de bord.
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Pourquoi le multiplexage dans l’automobile
Comme déjà dit dans l’historique, l’évolution de l’électronique dans nos véhicules est
la résultante de l’augmentations des attentes clients dans le confort, la sécurité et
l’économie. Mais cette évolution est suscitée aussi par le législateur et par les
assurances. Le législateur est intéressé par une amélioration du comportement en
matière de rejets et de la consommation de combustible et les assurances par la
diminution des accidents et des vols.
Ce qui signifie, que leurs données sont réparties, traitées sur l'ensemble du réseau
de bord, et que leurs actions sont coordonnées. C'est la raison pour laquelle
l'échange des données grandit à l'intérieur du réseau de bord. Cet échange rend par
ailleurs possibles de nombreuses fonctions nouvelles. Avec en conséquence, par
exemple, un accroissement de la sécurité de conduite, un plus grand confort et une
amélioration de l'économie du véhicule.
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Généralités de la microélectronique
La microélectronique envahit de plus en plus l'automobile. On distingue au niveau de
l'équipement électrique des véhicules de la nouvelle génération les notions
d'électricités et d'électroniques automobiles.
Toujours plus nombreux, les systèmes et composants embarqués qui font appel à
cette nouvelle technologie à forte progression possèdent malgré les apparences une
architecture de base commune : ils comportent tous une partie capteurs, une partie
traitement (processeur) et une partie actionneurs.
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Climatisation automatique, radio navigation, systèmes audio et vidéo etc.
Cet aperçu succinct montre certains groupes fonctionnels d'un véhicule. L'un des
principaux atouts de la microélectronique automobile est de permettre la détection, la
mémorisation de certains défauts et de pouvoir interroger ultérieurement le contenu
des mémoires de défauts. Comme il est également possible de détecter des défauts
et dysfonctionnements sporadiques (autrement dit fugitifs), un diagnostic fiable est
possible.
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Avantages du multiplexage
Limite des réseaux de bord précédents
Pour minimiser ces inconvénients, on a fait appel à des réseaux de bord multiplexés
composé de bus de multiplexage.
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Nombres de fils
et de connecteurs
Nombres de données
et de bus
1975 1989
Câblage électrique par rapport à une ligne multiplexée pour obtenir les mêmes
informations de communication.
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Communication des boîtiers électroniques
Les systèmes numériques
Système décimal :
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Système binaire :
Le système binaire est l'un des systèmes numériques les plus utilisés dans le
traitement des données. Bi veut dire deux et ce système ne connaît que deux états :
0 et 1, ou bien marche et arrêt, ou bien haute tension et basse tension.
La raison s'explique par la conception des circuits de commande de l'ordinateur. Au
début de la microélectronique, ces circuits de commande étaient composés de relais
qui étaient soit attirés soit relâchés. Aujourd'hui, il s'agit de transistors, qui
fonctionnent toutefois selon un principe similaire.
Le système binaire possède donc deux états, 0 et 1, est ainsi la base 2.
Pour convertir les nombres décimaux en nombres binaires, on peut utiliser la
méthode des restes.
Dans cette méthode, le nombre décimal est divisé en continu sous forme entière
(sans chiffres après la virgule) par la base du système binaire, donc par 2.
Le quotient (résultat de la division) est chaque fois placé à l'avant en dividende
(diviseur) pour la division suivante. Le reste est noté.
La conversion est terminée lorsque le quotient est égal à 0. Les restes, lus de bas en
haut, donnent le résultat.
Exemple :
Conversion du nombre décimal 15 et 19 en nombre binaire :
15 : 2 = 7 reste 1 19 : 2 = 9 reste 1
7 : 2 = 3 reste 1 9 : 2 = 8 reste 1
3 : 2 = 1 reste 1 8 : 2 = 4 reste 0
1 : 2 = 0 reste 1 4 : 2 = 2 reste 0
2 : 2 = 1 reste 1
1 : 2 = 0 reste 1
Les restes, lus de bas en haut, donnent le nombre binaire correspondant 1111 pour
15, 110011 pour 19.
Nombres hexadécimaux :
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Le nombre décimal 255 s'écrit 1111 1111 dans le système binaire, donc un nombre à
huit chiffres. Dans le système hexadécimal, il est toutefois représenté par seulement
deux caractères, FF :
255 : 16 = 15(F) reste 15(F)
La conversion des nombres décimaux en nombres hexadécimaux fonctionne comme
la méthode des restes dans la conversion des nombres décimaux en nombres
binaires.
Conversion du nombre décimal 395 en un nombre hexadécimal
395 : 16 = 24 reste 11 (11=B)
24 : 16 = 1 reste 8
1 : 16 = 0 reste 1
Les restes, lus de bas en haut, donnent le nombre hexadécimal correspondant 18B.
Signal analogique :
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Signal analogique
Signal numérique :
Le terme ‘’numérique’’ est l’équivalent français de ‘’digital’’ qui vient du latin ‘’digitus’’
qui signifie ‘’doigt’’. Un signal numérique ne peut prendre que deux états entiers, on
ne compte pas en demis – doigts ou en quarts de doigts.
De nombreuses informations et valeurs de mesures ont besoin, en électronique
automobile, d’être définies de façon beaucoup plus précise que ce que le permet un
signal binaire. Les affirmations "chaud" et "froid" ne permettant pas au boîtier
électronique de chauffage ou climatisation de réguler correctement la température de
l'habitacle. On regroupe pour obtenir un meilleur résultat plusieurs signaux binaires.
Le signal obtenu est appelé signal numérique.
Pour obtenir cette précision et un meilleur résultat, on juxtapose et on regroupe
plusieurs signaux binaires. Le signal obtenu est appelé signal numérique. Le signal
numérique est composé de plusieurs ‘’bit’’ (binary digit = chiffre binaire) ‘’0’’ ou ‘’1’’.
Les signaux numériques sont faciles à traiter. La précision du signal dépend du
nombre de ‘’bits’’.
Le nombre de valeurs numériques possibles augmente parallèlement au nombre de
valeurs binaires regroupées.
8 bits = 1 Octet
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Signal numérique
Signal binaire :
L’élément ‘’bi’’ vient du latin et signifie ‘’deux’’. Un signal binaire (ou tout ou rien) ne
connaît que deux états possibles.
Les signaux binaires peuvent être traités à l’aide de transistors de commutation. En
électronique automobile, beaucoup d’informations sont saisies, traitées et transmises
de façon binaire.
Les deux états possibles sont désignés par ‘’0’’ et ‘’1’’ ou par ‘’Low’’ ou ‘’High’’
d’après l’usage américain.
Les signaux binaires sont faciles à saisir, à traiter, à représenter et à mémoriser.
Pour beaucoup d’informations, la représentation binaire n’offre pas une précision
suffisante.
Signal binaire
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Exemples de signaux binaires :
- Contact ouvert / contact fermé
- Relais excité / relais désexcité
- Lampe allumée / lampe éteinte
- Tension est appliquée / tension n’est pas appliquée
Niveau du signal :
Pour que les deux états High et Low puissent être clairement distingués dans le
secteur automobile, une plage clairement définie est attribuée à chacun de ces états
• Le niveau High se situe entre 6 V et 12 V
• Le niveau Low se situe entre 0 V et 2 V
La plage située entre 2 V et 6 V est ce qu'on désigne par une zone interdite qui sert à
la détection d'erreurs.
1 Niveau High
2 Zone interdite
3 Niveau Low
Représentation codée :
Un code est une instruction clairement définie pour représenter un jeu de caractères
disponibles dans un autre jeu de caractères disponibles.
Un exemple de code est l'alphabet Morse.
Chaque lettre de l'alphabet et les chiffres sont cryptés par une suite de signaux de
différente longueur.
Le signal bien connu d'appel au secours SOS (save our souls) s'écrit en code Morse
Court, court, court / Long, long, long / Court, court, court
S O S
Le code sert à convertir des informations, qui apparaissent sous forme cryptée, dans
une autre forme de représentation, le contenu des informations n'étant pas modifié.
Dans notre exemple SOS, si court = 1 et long = 0 en signal binaire,
La représentation codée de SOS = 111 000 111
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Des codes importants en informatique sont les codes ASCII et les codes
hexadécimaux.
La séquence de caractères et son signal électrique sont appelés information codée.
Bit et octet :
Dans l'ordinateur, toutes les informations sont mémorisées et traitées sous forme de
bits (binary digit = plus petite unité d'information).
Pour cette raison, toutes les données (lettres, chiffres, sons, images etc.), servant au
traitement par l'ordinateur, doivent être converties en un code binaire.
Pour représenter un caractère, les systèmes et codes les plus courants utilisent huit
bits.
Huit bits sont regroupés en un octet. Il est ainsi possible de coder 256 caractères.
Appellations courantes d'unités d'octets plus importantes :
Les boîtiers électroniques sont constitués de circuits intégrés. Ces circuits sont de
technologie bipolaire ou unipolaire.
La technologie bipolaire fait appel à des diodes et transistors à jonction pn. Elle met
en jeu deux types de porteurs de charge : Electrons et trous. La technologie bipolaire
met à profit les mécanismes de conduction au sein du cristal semi-conducteur et
donc les propriétés volumiques du silicium.
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La technologie bipolaire la plus répandue est la technologie TTL. TTL signifie
Transistor - Transistor Logic. Cette technologie est utilisée pour réaliser des circuits
très différents, suivant le rôle des boîtiers électroniques, comme des portes logiques,
des compteurs, des mémoires ou de multiples groupes fonctionnels.
Ces circuits fonctionnent sous une tension de 5V +/- 5%. La tension ne doit en
aucun cas descendre en dessous de 4,75V et être supérieure à 5,25V.
Les tensions d’entrées inférieures à 0,8V sont interprétées comme un niveau ‘’0’’ ou
‘’Low’’. Le courant sortant par l’entrée peut valoir de 0,4 mA à 1,6 mA.
Les tensions d’entrées supérieures à 2,0V sont interprétées comme un niveau ‘’1’’ ou
‘’ High’’.
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En électronique automobile, on privilège très souvent la technologie CMOS. La
technologie CMOS (Complementary MOS) réunit des transistors à canal n et à canal
p au sein d’un même circuit. Les circuits CMOS tolèrent des tensions d’alimentation
comprises entre 3V et 15V. Leur consommation est très faible.
La technologie unipolaire CMOS est utilisée pour tous les boîtiers électroniques
devant rester opérationnels quand le contact est coupé, p. ex. la commande des
portes, la surveillance du véhicule etc.
1 Source 4 SiO 2
2 Grille en polysilicium 5 Substrat P
3 Drain
La forme de mémoire la plus simple est la bascule RS. Elle permet de mémoriser un
état logique. Une bascule RS possède deux entrées, une entrée d’activation S (Set)
et une entrée de désactivation R (Reset). Les deux entrées sont statiques. Comme
des circuits logiques, elles réagissent à des niveaux de tension.
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La bascule est activée ou désactivée quand un niveau High ‘’1’’ ou un niveau Low
‘’0’’ est présent à la sortie Q ou Q et à l’entrée R ou S.
Registres à décalage :
Le transfert d’informations s’opère dans les véhicules entre les boîtiers électroniques
et l’appareil de diagnostic de codage et de programmation.
Toutes les informations envoyées dans le registre de décalage sous forme parallèle
sont sérialisées par ce dernier, puis transmises et collectées dans le récepteur ou
elles sont à nouveau parallélisées. La sérialisation et la parallélisation des
informations s’effectuent à l’aide de registre de décalage.
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A chaque impulsion, l'information appliquée en parallèle est décalée d'une case.
Après quatre impulsions, l'information complète est transmise en série. Le récepteur
charge à chaque impulsion dans son registre à décalage l'information reçue via la
ligne série. Au bout de quatre impulsions, l'information complète est disponible dans
le registre à décalage du récepteur.
Les données peuvent ensuite à nouveau être traitées en parallèle dans le récepteur.
Microordinateur / microcontrôleur
Dans les véhicules, au sein des boîtiers électroniques, il est fait appel, pour les
systèmes de commande et de régulation, à des microordinateurs (microcontrôleurs).
Ces microordinateurs n’ont pas les mêmes fonctions que nos ordinateurs, ils sont
dévolus à des tâches de mesure, de commande et de régulation.
Microcontrôleur :
Les seuls contrôles que nous puissions faire, c’est de connaître la nature des
signaux d’entrée (inputs) et ceux de sortie (outputs), ainsi que les correspondances
et les relations qui existent entre les grandeurs d’entrée et les grandeurs de sortie.
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Microcontrôleur avec ses entrées et sorties
1 Entrée 1 Microprocesseur
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2 Sortie
3 Signaux de commande 2 Mémoire
4 Donnée
5 Adresse 3 Lecture/ Ecriture
- La CU : Control Unit
(Unité de commande)
La mémoire :
Les mémoires utilisées sont à libre accès, ce qui signifie qu’il est possible d’accéder
directement à chaque information mémorisée après spécification de l’adresse
mémoire correspondante.
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La mémoire morte contient les différentes opérations qui devront être exécutées
dans l’ordre, ces opérations sont appelées ‘’instruction’’. L’ensemble des instructions
permettant d’accomplir une tâche donnée est appelé ‘’programme’’.
Les systèmes à microprocesseur font appel à différents types de mémoires :
Les mémoires mortes (ROM) sont assimilables à des livres qui contiennent les
instructions de travail du processeur. Les mémoires mortes sont non volatiles, leur
contenu est conservé même en l’absence de tension d’alimentation. Elles sont
immédiatement disponibles après la mise sous tension. Ces mémoires contiennent le
programme, les cartographies et les données constantes (valeurs de consigne,
valeurs de secours etc.).
Les mémoires EEPROM (electric erasable programmable ROM) sont des mémoires
mortes effaçables électriquement par application d’une tension puis
reprogrammables. Le nombre de programmations possibles est limité. En
électronique automobile ces mémoires sont de plus en plus utilisées pour la
mémorisation des défauts. Ces défauts doivent restés enregistrés en mémoire même
après déconnexion de la batterie, ils ne peuvent être effacés qu’avec les appareils de
diagnostic, de codage et programmation.
Les mémoires vives (RAM) peuvent non seulement être lues par le microprocesseur
mais aussi ‘’écrites’’. On peut enregistrer dans une mémoire vive des informations et
de nouvelles données. Les RAM contiennent des valeurs numériques susceptibles
de varier au cours du fonctionnement (p. ex. valeurs de température, de régime).
Comme les informations qu’elles contiennent sont perdues à la mise hors tension, on
qualifie ces mémoires de mémoires volatiles.
La mémoire NV-RAM (NV = non volatile) est une mémoire RAM dotée d’une pile de
lithium. Cette pile permet à la RAM de conserver les informations qu’elle contient en
absence de tension d’alimentation et qui ne doivent en aucun cas être perdues tel
que le kilométrage, l’échéance de maintenance, etc.
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être mémorisés ou traités par le microprocesseur et qui transmettent vers l’extérieur
les signaux de sortie résultants.
Les signaux d’entrée des boîtiers électroniques ne sont pas exploitables directement
par le microcontrôleur. Les signaux binaires subissent une adaptation de niveau (de
12 V à 5 V). Les signaux analogiques sont préalablement convertis en signaux
numériques par un convertisseur analogique / numérique.
Les signaux de sortie sont portés de 5 V à 12 V et le courant requis est amplifié. Les
informations analogiques sont sorties sous forme de signaux numériques pulsés
modulés en largeur (signal de vitesse, signal PWM etc.)
- Bus d’adresses
- Bus de données
- Bus de commande
Une transmission parallèle requiert un nombre important de liaisons électriques, la
vitesse de transmission est élevée.
En dehors d’un microcontrôleur (p. ex. entre deux boîtiers électroniques), l’échange
d’informations s’effectue par l’intermédiaire de liaisons filaires de type série.
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ROM Composant mémoire 1 Bus d’adresses (A0 – A15)
Chaque boîtier dans un réseau multiplexé assure les fonctions pour lesquelles il est
programmé, codé et communique avec les autres boîtiers par le biais d’un réseau
multiplexé. Il peut être aussi boîtier maître ou boîtier esclave.
Boîtier maître :
Boîtier esclave :
1 Emetteur
2 Donnée
3 Récepteur
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Connaissances de base :
1 Ordinateur 2 Interface
3 Logiciel 4 Matériel
La liaison point par point ne relie que deux appareils sur un circuit de transmission.
Les deux boîtiers électroniques sont reliés entre eux par un bus.
Liaison multipoint :
Avec la liaison multipoint, plus de deux appareils peuvent se trouver sur le même
circuit de transmission. Pour cela, il est nécessaire d'attribuer à chaque appareil un
numéro (adresse) clairement défini de façon à pouvoir les aborder de façon ciblée.
Un de ces appareils reprend généralement la fonction de contrôle du circuit de
transmission. Cet appareil est alors appelé boîtier maître. Tous les autres appareils
ont une fonction d'esclave.
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Transmission des données
Avec la transmission des données par une interface, on distingue trois modes
généraux de type de transmission quelque en soit le sens de la transmission :
- Transmission simplex
- Transmission semis duplex
- Transmission duplex intégrale
Transmission simplex
1 Emetteur
2 Données
3 Récepteur
La transmission des données n’a lieu que dans une direction, elle est donc
unidirectionnelle. L’émetteur transmet les données au récepteur (p. ex. PC –
imprimante)
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1 Emetteur
2 Données
3 Récepteur
4 Contacteur
1 Emetteur
2 Données
3 Récepteur
L’échange de données peut se faire simultanément dans deux directions. Une ligne
distincte (canal de données) existe pour chaque direction (p. ex. communication
téléphonique : parler et écouter)
La transmission des données se passe uniquement dans un sens (en général quand
le boîtier électronique doit piloter un consommateur ou entre deux boîtiers) sur la
ligne de bus.
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Sens de transmission unidirectionnelle entre deux boîtiers
Le taux de transfert des données est exprimé en bits par secondes (bits/s). On utilise
aussi bien souvent en baud.
Vitesse de transmission = nombre de bits transmis par seconde (1 Baud = 1 bit / s)
Comme pour une lettre, les messages sont transmis avec une adresse IP. Chaque
boîtier possède sa propre adresse IP. Ces adresses sont mises en début de
message. Parfois les messages, suivant le système multiplexé, n’ont pas d’adresse,
les messages seront, dans ce cas, lus par tous les boîtiers.
Pour le cryptage d'un message, on utilise généralement des codes à 7 bits (ASCII)
ou des codes à 8 bits (IBM ; code ASCII élargi).
C’est pour cette raison que l'unité usuelle dans la transmission des données est un
code de 8 bits = 1 octet.
Selon le mode de transmission des différents octets d'un message entre l'émetteur et
le récepteur, on distingue les formats de transmission parallèle et sérielle.
Transmission en parallèle :
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s’effectue en parallèle. La transmission en parallèle peut être résumé de façon
suivante: Bits en parallèle et octets en série
Transmission en parallèle
(Octet en parallèle)
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• Couverture de grandes distances, par exemple entre les boîtiers électroniques
• Economie de câbles
• Grande exigence d'insensibilité aux perturbations (câble blindé)
• Faibles quantités de données
Le principal problème de la transmission sérielle des données est la synchronisation
du flux de données entre l'émetteur et le récepteur.
On distingue deux modes de transmission série :
- Transmission synchrone
- Transmission asynchrone
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Dans le cas d’une transmission de données asynchrone, il n’y a pas besoin de signal
d’horloge. Pour que le récepteur reconnaisse que les données sont émises, les bits
d’information sont précédés d’un bit de start marquant le début du message et suivi
d’un bit de parité et de deux bits de stop marquant la fin du message. Le bit de parité
sert à déceler si des erreurs sont intervenues lors de la transmission. C’est grâce à
une liaison série asynchrone que les systèmes de diagnostic communiquent avec les
différents boîtiers électroniques des véhicules.
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Si il y a encore quelques mois, un bus comme le bus K faisait parti des bus
principaux, avec l’évolution de la technologie, il est aujourd’hui relégué comme bus
secondaire, mais encore utilisé.
Les bus CAN, eux aussi touché par l’évolution ont atteint le maximum de leurs
possibilités et ne peuvent plus évoluer. De ce fait un autre système de bus vient
d’apparaître, c’est le système FlexRay beaucoup plus performant que les bus CAN.
En plus des bus de multiplexage, il existe aussi des sous bus de multiplexage. Ces
sous bus sont des bus de multiplexage sériels d'ordre inférieur.
Ils sont unifilaires uni ou bidirectionnels suivant leur fonctions. Ils transmettent les
signaux du boîtier maître, soit à des boîtiers électroniques soit à des moteurs ou
actuateurs ayant la fonction d’esclave.
Suivant les constructeurs et la fonction des sous bus, un nom, pour les différencier
des bus principaux, leur est attribué. Par exemple :
- Bus M pour un bus allant du boîtier maître à un servomoteur
- Bus I pour les instruments de bord
- Protocole bus K qui assure la liaison boîtier maître / servomoteur de
verrouillage des portes par exemple.
- Bus LIN que nous allons voir en détail
- L'interface sérielle de données BSD qui est utilisée pour relier
l'alternateur et la sonde de batterie intelligente au électronique
numérique moteur.
- Etc.
Les sous bus ont généralement une vitesse de transmission de 9,6 Kbits/s et sont
unidirectionnel sauf exception comme le bus LIN.
BUS LIN
Le bus LIN a été développé pour disposer d'un réseau standardisé dans l'industrie
automobile.
La standardisation a fait économise des coûts lors :
- Du développement
- De la production
- De la maintenance du véhicule
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Principales caractéristiques des bus LIN :
- Boîtier électronique d'ordre supérieur (maître)
- Boîtiers électroniques d'ordre inférieur (esclaves)
- Liaison unifilaire
Le support de transmission des données est constitué dans le cas du bus LIN d'une
ligne de bus unifilaire bidirectionnelle. Le protocole du bus est strictement hiérarchisé
(protocole maître/esclaves). Il ne peut y avoir qu'un seul maître par bus LIN.
La vitesse de transmission maximale des données sur un bus LIN peut atteindre
19,2 kbits/s.
Les vitesses de transmission suivantes sont possible :
- 2,4 kbits/s
- 9,6 kbits/s
- 19,2 kbits/s
Le maître du bus LIN retransmet les demandes du boîtier électronique aux boîtiers
esclaves (boîtiers d'ordre inférieur) de son système.
Le maître gère l'échange de données sur la ligne de bus. Chaque message débute
par l'envoi d'un entête par le maître du bus LIN. Cet en-tête du message est
constitué d'une phase de synchronisation (pause de synchronisation et octet
synchrone) suivie par l'octet de l'identifiant.
Les données transmises peuvent comporter 2, 4 ou 8 octets.
L'octet de l'identifiant contient les informations suivantes :
- Adresse de l'esclave
- Longueur du message
- Deux bits de protection de l'information
L'identifiant définit si le maître transmet des données à l'esclave ou s'il attend une
réponse de l'esclave. Le corps du message contient le message à destination de
l'esclave. La somme de contrôle se trouve à la fin du message.
La somme de contrôle améliore la fiabilité de la transmission de données. Formée à
partir des octets de données du maître, la somme de contrôle est placée à la fin du
message. Les messages sont transmis par le maître du bus LIN de façon cyclique.
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1 Pause de synchronisation 6 Champ de données
2 Plage de synchronisation 7 Somme de contrôle
3 Identifiant 8 En-tête du message
4 Départ 9 Corps du message
5 Arrêt
Bus I
Bus D
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ambiguïté possible. Ce dernier transmet à la demande de l’appareil de diagnostic les
informations d’états, le contenu de la mémoire de défauts ou procède à l’activation
des sorties sélectionnées.
Suite au développement des boîtiers électronique et de leurs fonctions, la capacité
de vitesse de transmission de ce bus est actuellement insuffisante et passe en bus
bifilaire CAN.
BUS K
Généralités :
Comme le bus K ne dispose que d'une seule ligne, mais transmet les données dans
les deux directions, ces données sont transmises en mode semi duplex, c'est-à-dire
que les boîtiers reliés aux bus K soit émettent ou reçoivent.
Comme l'émetteur ne transmet pas la fréquence d'horloge, les données sont
transmises en mode asynchrone. C’est pour cela que l'émetteur et le récepteur
utilisent chacun sa propre horloge interne.
La synchronisation entre l'émetteur et le récepteur est réalisée par le bit de départ à
l'intérieur du caractère transmis.
En premier est envoyé un bit de départ à l'aide duquel le récepteur peut se
synchroniser avec l'émetteur. Ensuite, selon le code utilisé, 5 à 8 bits de données
sont émis ainsi qu'un éventuel bit de parité.
Suivent alors deux bits d'arrêt. Ces bits d'arrêt servent de pause minimale entre la
transmission de deux caractères. Ils offrent au récepteur le temps de se préparer au
caractère suivant.
Un bit de parité peut encore être inséré entre le bit de données de plus grande valeur
et le bit d'arrêt de façon à fiabiliser la transmission des données. Le bit de parité
assure un contrôle simple des données transmises.
La parité est le nombre de niveaux logiques 1 dans une valeur binaire. Si celui-ci
contient un nombre paire de bits 1 (0, 2, 4,....), il a alors une parité paire, si le nombre
est impaire (1, 3, 5,....) sa parité est impaire. Le contrôle de parité peut être convenu
entre l'émetteur et le récepteur, mais il n'est pas indispensable.
La parité du caractère reçu est analysée par le récepteur. Si elle ne correspond pas
à la convention, une erreur de transmission est alors signalée.
35
Niveau de tension sur le bus K :
Lorsqu'un message est transmis sur le bus K, le niveau de tension se situe alors
entre 0 V et 12 V.
Lorsque le niveau de tension passe de Low à High, cela correspond à un niveau
logique de 1.
Lorsque le niveau passe de High à Low, il s'agit d'un niveau logique de 0.
Bus CAN
Le bus CAN (Controller Area Network) est un bus bifilaire à haut débit permettant
aux boîtiers électroniques d’échanger des données à une vitesse de 500 KBaud (500
Kbits/s).
Les systèmes de communication série unifilaire mis en œuvre jusque là n’étaient pas
assez performants pour pouvoir répondre pleinement à toutes les exigences
actuelles. Le bus de données CAN offre deux gros avantages :
Le bus CAN est constitué de deux fils un pour le niveau ‘’high’’ l’autre pour le niveau
‘’Low’’
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Le bus CAN simplifie fortement le câblage des véhicules, sans toutefois le supprimer
totalement. Le fait que les systèmes puissent communiquer directement entre eux
permet de réduire le nombre de capteurs et d’améliorer la redondance pour les
fonctions dégradées et le diagnostic.
Lorsqu'un gestionnaire d'erreur du bus correspondant est mis en oeuvre, il est
possible, en cas de panne d'une ligne, de poursuivre la communication sur la ligne
restante en perdant l'insensibilité aux perturbations. Ce phénomène est possible sur
le bus K-CAN, mais pas sur le bus PT-CAN.
Mesurée entre le câble CAN-H et le câble CAN-L, l'excursion de tension sur le CAN
basse vitesse est de 4 V (bit dominant) et de 1,5 V (bit récessif).
37
D-CAN CAN diagnostic
Bus K-CAN
38
Niveau de tension sur le bus K-CAN :
Lorsque le niveau de tension du bus CAN High passe de Low à High, cela
correspond à un niveau logique de 1. Lorsque le niveau de tension repasse à Low,
cela correspond à un niveau logique de 0.
Le niveau ‘’High’’ à une tension de 4 V le niveau ‘’Low’’ à une tension de 1 V, la
tension entre les deux niveaux est de 3 V.
Le niveau de tension se modifie à la suite d'une résistance de terminaison
défectueuse.
Cette variation de tension se répercute sur le système CAN. La communication entre
les boîtiers du bus ne fonctionne plus correctement.
Le réveil des boîtiers électroniques à l'intérieur du réseau K-CAN se fait sur le bus.
C'est pourquoi il a été possible de supprimer la fonction précédente de la borne 15
servant de ligne de réveil sur chaque boîtier.
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Le message de réveil est retransmis par le récepteur du bus CAN directement à
l'étage de sortie du boîtier électronique. L'étage de sortie met sous tension la borne
30 et l'appareil est réveillé.
1 Boîtier électronique
2 Microprocesseur
3 Résistance de terminaison
4 Unité émission / réception
5 MOS-fet
40
RTR : Repère s'il s'agit d'un cadre de données ou d'un cadre de requête
sans octets de données
Control : Indique s'il s'agit d'un format standard ou d'un format élargi
Data Field : Champ de données Champ de données avec de 0 à 8 octets
CRC : Indique la somme de contrôle, pour la détection des erreurs
ACK : Ce champ confirme la bonne réception par le récepteur
EOF : Repère la fin d'un format de message
IFS : Distance minimale entre deux messages
Comme il est possible d'accéder au bus à tout moment, il est possible que plusieurs
boîtiers souhaitent occuper le bus en même temps.
Dans les autres modes aléatoires d'accès au bus, il se produirait ici une perturbation
des messages en circuit. La résolution du conflit d'accès au bus réclame une
occupation répétée du bus dans le cadre d'une stratégie de résolution appropriée.
C'est pourquoi, avec le protocole CAN, une procédure est mise en oeuvre pour
garantir que le message le plus important à un instant donné sera bien envoyé.
Ce mécanisme est appelé arbitrage sans perturbation.
Dans cette procédure, les identifiants des messages sont comparés entre eux. Le
message ayant la plus grande importance (priorité) peut alors être envoyé en
premier. Avec ce mécanisme, ont garantit qu'aucune capacité du bus ne sera perdue
et qu'en plus les priorités des messages seront prises en compte.
K-CAN SYSTÈME/PÉRIPHÉRIE :
Bus F-CAN
41
1 Capteur DSC 1
2 Capteur DSC 2
3 Direction active servo-
moteur
4 Centrale de commande
5 Contrôle dynamique de
stabilité – DSC
6 Direction active - AFS
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Niveau de tension sur le bus PT-CAN :
Lorsque le bus est inactif, les niveaux Low et High du bus se trouvent sur 2,5 V.
Si à présent le bus est activé, le niveau de tension du CAN-Low passe à Low (1,0 V).
Le CAN-High passe quant à lui sur High (4 V), ce qui correspond à un niveau logique
de 1. La tension entre les deux niveaux est de 3 V.
Sa vitesse de transmission est de 500 Kbits/s
1 Boîtier électronique
2 Microprocesseur
3 Résistance de terminaison
4 Ligne de réveil et unité
d’émission/ réception
5 MOS-Fet
La ligne de réveil est un câble de réveil distinct. La ligne de réveil n'a ainsi rien à voir
avec la fonction proprement dite du bus PT-CAN. Le câble de réveil permet de sortir
les boîtiers électroniques de la mise en sommeil (mode d'économie d'énergie) pour
les amener en mode normal de fonctionnement.
43
Bus FlexRay
Le système de bus FlexRay est un standard industriel et il est par conséquent utilisé
et perfectionné par de nombreux constructeurs.
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Les avantages du FlexRay :
• Bande passante élevée (10 Mbit/s en comparaison de 0,5 Mbit/s pour le CAN)
• Transmission des données déterministe (= capacité de temps réel)
• Communication sûre des données
• Support de l'intégration des systèmes
• Standard dans le domaine automobile.
Avec la BMW X5 E70, le système de bus FlexRay est utilisé pour la première fois au
monde sur un véhicule de série. Le système de bus FlexRay établit la liaison entre le
boîtier électronique VDM (gestion dynamique de hauteur) et les satellites du contrôle
électronique de l'amortissement (EDC) montés dans les amortisseurs.
Topologie du bus :
Le système de bus FlexRay peut être monté dans le véhicule dans différentes
topologies et dans différentes exécutions.
Les topologies suivantes sont possibles :
- Topologie de bus linéaire
- Topologie de bus en étoile
- Topologie de bus mixte.
Dans le cas de la topologie de bus linéaire, tous les boîtiers électroniques sont reliés
par l'intermédiaire d'un bus bifilaire. La réalisation consiste en une paire de fils de
cuivre torsadée. Ce mode de liaison est également utilisé dans le cas du bus CAN.
Les mêmes informations sont transmises sur les deux conducteurs, mais avec un
niveau de tension différent.
Le signal différentiel transmis est insensible aux perturbations. La topologie linéaire
convient uniquement pour la transmission de données électriques.
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Topologie de bus linéaire
Dans le cas des systèmes où des erreurs sont tolérées, une transmission fiable des
données doit être assurée, même en cas d'interruption d'un des lignes du bus. Cela
est possible grâce à la transmission redondante des données sur un deuxième canal
de données.
Le système de bus avec transmission redondante des données utilise deux canaux
indépendants. Chaque canal comporte une liaison bifilaire. En cas de défaillance
d'un canal, les informations du canal défectueux sont transmises sur le canal en bon
état.
Le FlexRay permet l'utilisation de la topologie mixte, même dans le cas de la
transmission redondante.
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A Canal 1
B Canal 2
Les signaux du bus FlexRay doivent se situer dans des limites définies. Les
illustrations suivantes montrent un bon signal de bus et un mauvais signal de bus. Le
signal électrique doit se trouver dans la plage intérieure, autant selon l'axe du temps
que selon l'axe de la tension. Dans le cas du système de bus FlexRay, il s'agit d'un
système de bus avec vitesse de transmission des données élevée et, par
conséquent, changement rapide du niveau de tension. Le niveau de tension et la
pente des flancs de montée ou de descente du signal sont définis avec précision et
doivent être maintenus dans certaines valeurs.
Aucune interférence ne doit se produire avec les zones dessinées (hexagone vert ou
rouge). Les perturbations électriques, dues par exemple à un mauvais guidage des
câbles ou à des résistances de passage incorrectes, peuvent entraîner des erreurs
dans la transmission des données.
Les images présentées ci-dessus peuvent uniquement être observées avec un
oscilloscope très rapide.
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Transmission des données déterministe :
Le système de bus CAN est un système de bus commandé par les événements. Si
un grand nombre d'événements se produisent, des retards peuvent être engendrés
dans les communications. Cette accumulation d’informations commandées va
produire des perturbations sur le système de bus, ce qui veut dire que la
transmission de chacun des signaux est fortement retardée. Le comportement de la
régulation des différents systèmes peut dès lors en souffrir.
Le système de bus FlexRay est un système de bus commandé en fonction du
temps, mais il permet également que certaines parties de la transmission des
données soient commandées en fonction des événements. Des informations bien
déterminées sont affectées à la partie commandée en fonction du temps (time slots).
Une fenêtre temporelle est un intervalle de temps réservé à une certaine information
(le régime, par exemple).
Les informations périodiques importantes sont ainsi transmises par le système de
bus FlexRay dans une grille fixe et le système de bus FlexRay n'est pas surchargé.
Pour les autres messages, moins critiques, la transmission des données est
commandée en fonction des événements.
Un exemple de transmission des données déterministe est donné ci-après.
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Protocole de bus :
Synchronisation :
Pour pouvoir réaliser l'exécution synchrone des différentes fonctions dans des
boîtiers électroniques mis en réseau, une base de temps commune est nécessaire.
Comme tous les boîtiers électroniques travaillent avec leur propre horloge interne,
une synchronisation doit s'effectuer par l'intermédiaire du bus. Les boîtiers
électroniques mesurent la durée de certains bits de synchronisation, en font la
moyenne et adaptent leur horloge à cette valeur. Cela permet de garantir que les
écarts de temps les plus petits ne provoqueront pas à la longue des erreurs de
transmission des données.
Le FlexRay:
49
Comportement au réveil et à la mise en sommeil :
Câblage :
Le câblage du bus FlexRay est réalisé sous la forme d'un câble à deux conducteurs
torsadé avec gaine. La gaine protège le câble des dégâts mécaniques. Les
résistances de terminaison se trouvent dans chaque les satellites. Les quatre câbles
qui vont aux satellites peuvent être relativement facilement contrôlées avec un
ohmmètre ou un multimètre (voir caractéristique technique).
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Bus de transmission en fibre optique
Pourquoi un câble optique :
Avec des câbles en cuivre, les grandes vitesses de transmission sont responsables
d’un important rayonnement électromagnétique. Ce rayonnement peut perturber
d’autres fonctions à bord du véhicule.
Comparativement aux câbles en cuivre, les câbles optiques occupent moins de place
pour une bande passante comparable. De plus, les câbles optiques sont plus légers
que les câbles en cuivre.
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Fibre optique en matière plastic :
Par rapport aux fibres optiques en verre, ceux en matière plastique présentent les
avantages suivants :
1 Noyaux de fibre
2 Enrobage
3 Gaine de protection extérieure
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Principe de la transmission optique :
Chaque système qui transmet des signaux électriques à l’aide de rayon lumineux,
est constitué d’un convertisseur (il convertit les signaux numériques en signaux
optiques) – d’une diode émettrice (elle envoie les signaux optiques) – d’une diode
réceptrice (elle reçoit les signaux optique) – d’un convertisseur (il convertit les
signaux otiques en signaux numérique). Le signal d’entré de la diode émettrice pilote
la puissance de rayonnement de la diode proportionnellement aux variations du
signal dans le temps.
1 Convertisseur
2 Diode émettrice
3 Fibre optique
4 Diode réceptrice
5 Convertisseur
Le noyaux de fibre sert à guider les ondes lumineuses émissent par la diode
émettrice vers la diode réceptrice. Pour que la lumière rayonnée ne sorte pas des
fibres, celles-ci sont entourées d’une gaine. Cet enrobage permet une réflexion et
ainsi la transmission de la lumière à l’intérieur du noyau.
1 Diode émettrice
2 Enrobage
3 Noyau de fibre
4 Diode réceptrice
A l’instar des bus filaires (fil de cuivre) qui transmettent les données uni ou bi
directionnellement et linéairement, dans la technologie des fibres optiques, la
transmission des données se fait uniquement unidirectionnelle- ment (diode
émettrice vers diode réceptrice) et en ‘’boucle’’. Chaque boîtier électronique
fonctionnant avec ce mode de communication est pourvu d’une diode émettrice et
d’une diode réceptrice (p. ex. Le message à l’adresse du boîtier D émis par le boîtier
A passera par les boîtiers B et C).
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Particularité de la manipulation des câbles optiques :
- Radio
- Téléphone
- Vidéo et télévision
- Navigation
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Bus MOST
AW Aisin
Hosiden Alpine Harting
Infineon Matsushita
Philips Yazaki
Siemens Kostal Audio Int. CAA
Kroschu-Kabelw. PSA Audi Mitsumi
VW Bosch
Furukawa Opel AMP
AM3 BMW Denso
Bose DaimlerChrysler Saab
Porsche Harman/Becker Hirschmann
Accutest
Oasis Toyota
Mitsubishi Int.
Grundig Volvo
Jurk Fiat Sumitomo
VDO
Magneti Marelli Ford Renault Framatome
Loewe Delphi Delco
Molex
RadiSys Nokia Softing
GADV
Vector Pioneer Clarion Johnson Controls
Learnout&Hauspie
Comme la lumière émise par une lampe électrique ou signaux lumineux pour la
transmission du Morse les signaux du MOST vont fonctionner sur le même principe
mais à très grande vitesse non percevable à l’œil nu.
Structure en boucle :
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Structure en boucle du MOST
R Récepteur
T Emetteur
Connecteur MOST
Comme la lumière émise par une lampe électrique ou signaux lumineux pour la
transmission du Morse le
Canal de commande :
Les signaux de commande, tels que la régulation du volume sonore pour
l'amplificateur des hauts parleurs et les données pour le diagnostic, sont envoyés sur
le canal de commande.
Canal synchrone :
Le canal synchrone est essentiellement réservé à l'envoi des données audio .
Canal asynchrone :
Le canal asynchrone transmet les données d'image du système de navigation telles
que la représentation cartographique et les flèches directionnelles.
Le canal de commande et le canal synchrone sont utilisés pour la programmation
des boîtiers électroniques sur le bus MOST et adaptés sur l'accès MOST direct.
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Donnée synchrone (1) asynchrone (2) commande (3)
Vitesse de transmission :
La vitesse de transmission des données de 1,4 Mbits/s pour les données audio se
calcule à partir d'une fréquence de balayage de 44,1 kHz par canal (deux canaux
pour la stéréo) avec une résolution de 16 bits.
La bande passante du MOST de 22,5 Mbits/s est utilisée en multiplex par les canaux
synchrones et asynchrones et par les canaux de commande. La répartition entre
canaux synchrones et asynchrones se fait en fonction du besoin.
Les canaux servant aux informations de commande reçoivent une bande passante
plus petite de 700 kbits/s. Ce qui correspond à environ 2700 télégrammes par
seconde.
A l'avenir, le MOST disposera d'une vitesse de transmission des données de 50 à
150 Mbits/
Pour le bus du système MOST on contrôle que la fibre optique éclaire bien d’une
lumière rouge vive. Si ce n’est pas le cas, on remonte de boîtier à boîtier pour trouver
la panne. La réparation peut se faire en un bout, c'est-à-dire au remplacement du
bus de la partie endommagée jusqu’au connecteur. Il ne peut y avoir qu’une prise de
raccordement sur un bus Most.
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Boîtier passerelle ou Gateway
Echange des données :
Pour exemple
1 Bus K CAN 100 Kbits/S
2 Boîtier passerelle
3 Bus MOST 22,5 Mbits/s
La passerelle reçoit les données en provenance des différents bus de données. Elle
filtre et au besoin enregistre en mémoire tampon les différentes informations, compte
tenu des vitesses de transmission, des volumes de données et des niveaux de
priorité des informations. Elle intègre à cet effet une mémoire volatile.
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Gare de routage
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Diagnost
ic
K-CAN
PT-CAN
PT-Réveil
byteflight
60