какая шина предназначена для однонаправленной передачи кода данных
Глава 1. Компьютер. Программное и аппаратное обеспечение
Магистраль: шина данных шина адреса и шина управления. Шины периферийных устройств
Вспомним, на прошлом уроке рассматривалось устройство материнской платы. Рассмотрим более подробно, какие же логические устройства можно установить на системную плату, т.к. системная плата наравне с процессором является основным устройством любого современного компьютера. Так же необходимость более подробного знакомства с системной платой обусловлено тем, что на системных платах реализуются шины различных типов. В гнёзда расширения системной платы устанавливаются платы таких периферийных устройств, как модем, сетевая плата, видеоплата и т.п.
Быстродействие различных компонентов компьютера (процессора, оперативной памяти и контроллеров периферийных устройств) может существенно различаться. Для согласования быстродействия на системной плате, как было сказано на прошлом уроке, устанавливаются специальные микросхемы (чипсеты), включающие в себя контроллер оперативной памяти (так называемый северный мост) и контроллер периферийных устройств (южный мост). (см. рис. 1)
Северный мост обеспечивает обмен информацией между процессором и оперативной памятью по системной шине. В процессоре используется внутреннее умножение частоты, поэтому частота процессора в несколько раз больше, чем частота системной шины. В современных компьютерах частота процессора может превышать частоту системной шины в 10 раз (например, частота процессора 1 ГГц, а частота шины — 100 МГц).
Южный мост обеспечивает обмен информацией между северным мостом и портами для подключения периферийного оборудования.
Мышь и внешний модем подключаются к южному мосту с помощью последовательных портов, которые передают электрические импульсы, несущие информацию в машинном коде, последовательно один за другим. Обозначаются последовательные порты как СОМ1 и COM2, а аппаратно реализуются с помощью 25-контактного и 9-контактного разъемов, которые выведены на заднюю панель системного блока.
Для подключения сканеров и цифровых камер обычно используется порт USB ( Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина), который обеспечивает высокоскоростное подключение к компьютеру сразу нескольких периферийных устройств.
Рассмотрим структуру магистрали (системной шины), т.к. модульная организация системы опирается на магистральный (шинный) принцип обмена информации.
Магистраль
Системная магистраль осуществляет обмен данными между процессором или ОЗУ с одной стороны и контроллерами внешних устройств компьютера с другой стороны.
Рис 2. Магистрально-модульный принцип
Шина данных
По этой шине данные передаются между различными устройствами. Например, считанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены обратно в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении, т. е. шина данных является двунаправленной.
Разрядность шины данных определяется разрядностью процессора, т.е. количеством двоичных разрядов, которые процессор обрабатывает за один такт. Разрядность процессоров постоянно увеличивалась по мере развития компьютерной техники.
За 25 лет, со времени создания первого персонального компьютера (1975г.), разрядность шины данных увеличилась с 8 до 64 бит.
К основным режимам работы процессора с использованием шины передачи данных можно отнести следующие: запись/чтение данных из оперативной памяти и из внешних запоминающих устройств, чтение данных с устройств ввода, пересылка данных на устройства вывода.
Шина адреса
Шина адреса предназначена для передачи по ней адреса того устройства (или той ячейки памяти), к которому обращается процессор. Адрес на нее выдает всегда только процессор. По шине данных передается вся информация. При операции записи информацию на нее выставляет процессор, а считывает то устройство (например, память или принтер), адрес которого выставлен на шине адреса. При операции чтения информацию выставляет устройство, адрес которого выставлен на шине адреса, а считывает процессор.
Таким образом, каждое устройство или ячейка оперативной памяти имеет свой адрес. Адрес передается по адресной шине, причем сигналы по ней передаются в одном направлении от процессора к оперативной памяти и устройствам (однонаправленная шина).
Разрядность шины адреса определяет адресное пространство процессора, т.е. количество ячеек оперативной памяти, которые могут иметь уникальные адреса. Количество адресуемых ячеек памяти можно рассчитать по формуле:
Каждой шине соответствует свое адресное пространство, т. е. максимальный объем адресуемой памяти:
Разрядность шины адреса постоянно увеличивалась и в современных персональных компьютерах составляет 32 бит. Таким образом, максимально возможное количество адресуемых ячеек памяти равно:
N == 2 32 = 4 294 967 296 = 4 Гб
Аппаратно на системных платах реализуются шины различных типов. В компьютерах РС/286 использовалась шина ISA (Industry Standard Architecture), имевшая 16-разрядную шину данных и 24-разрядную шину адреса. В компьютерах РС/386 и РС/486 используется шина EISA (Extended Industry Standard Architecture), имеющая 32-разрядные шины данных и адреса. В компьютерах PC/ Pentium используется шина PCI (Peripheral Component Interconnect), имеющая 64-разрядную шину данных и 32-разрядную шину адреса.
Шина управления
По шине управления передаются сигналы такие, например, как сигналы чтения, записи, готовности, определяющие характер обмена информацией по магистрали. Сигналы управления определяют, какую операцию считывание или запись информации из памяти нужно производить, синхронизируют обмен информацией между устройствами. Кроме того, каждое внешнее устройство, которому нужно обратиться к процессору, имеет на этой шине собственную линию. Когда периферийное устройство «хочет обратиться» к процессору, оно устанавливает на этой линии специальный сигнал (сигнал прерывания), заметив который, процессор прерывает выполняемые в этот момент действия и обращается (командой чтения или записи) к устройству.
Рассмотрим в качестве примера, как процессор читает содержимое ячейки памяти (см. таблицу). Убедившись, что шина в данный момент свободна, процессор помещает на шину адреса требуемый адрес и устанавливает необходимую служебную информацию (операция – чтение, устройство – ОЗУ и т.п.) на шину управления. Теперь ему остается только ожидать ответа от ОЗУ. Последний, “увидев” на шине обращенный к нему запрос на чтение информации, извлекает содержимое необходимой ячейки и помещает его на шину данных. Разумеется, реальный процесс значительно подробнее.
Особо отметим, что обмен по шине при определенных условиях и при наличии определенного вспомогательного оборудования может происходить и без непосредственного участия процессора, например, между устройством ввода и внутренней памятью.
Подчеркнем также, что описанная нами функциональная схема на практике может быть значительно сложнее. Современный компьютер может содержать несколько согласованно работающих процессоров, прямые информационные каналы между отдельными устройствами, несколько взаимодействующих магистралей и т.д. Тем не менее, если понимать наиболее общую схему, то разобраться в конкретной компьютерной системе будет уже легче.
Магистральная структура позволяет легко подсоединять к компьютеру именно те внешние устройства, которые нужны для данного пользователя. Благодаря ей удается скомпоновать из стандартных блоков любую индивидуальную конфигурацию компьютера.
Необходимость использования контроллеров вызвана тем, что функциональные и технические параметры компонентов компьютера могут существенно различаться, например, их быстродействие. Так, процессор может проводить сотни миллионов операций в секунду, тогда как пользователь может вводить с клавиатуры, в лучшем случае 2-3 знака в секунду. Контроллер клавиатуры как раз и обеспечивает согласование скорости ввода информации со скоростью ее обработки.
Контроллер жестких дисков обычно находится на системной плате. Существуют различные типы контроллеров жестких дисков, которые различаются по количеству подключаемых дисков, скорости обмена информацией, максимальной емкости диска и др.
Современные средства однонаправленной передачи данных
Сети являются средством для реализации различных угроз: по сети распространяются «черви», злоумышленники могут скомпрометировать корпоративные ресурсы через сетевые каналы связи, многие утечки информации происходят с помощью банальной пересылки инсайдерами данных из корпоративной сети. Конечно, для борьбы с сетевыми угрозами существуют различные средства защиты, например межсетевые экраны. Сегодня на рынке присутствует множество средств межсетевого экранирования – как программных, так и программно-аппаратных, позволяющих реализовать защиту от сетевых атак на разных уровнях иерархической модели OSI. Однако, как и любые другие программные решения, межсетевые экраны могут содержать в своем коде ошибки, которые теоретически могут позволить захватить контроль над всем устройством.
Угрозы в промышленных и корпоративных сетях
Существует множество критически важных объектов, для которых даже теоретическая возможность реализации упомянутого выше сценария недопустима. В качестве примера такого объекта можно привести автоматизированную систему управления компонентами электростанции.
Сама промышленная сеть обычно изолируется от внешней сети предприятия, но при этом необходимо вести мониторинг работы компонентов АСУ и отправлять данные об их состоянии во внешнюю сеть, к примеру производителю оборудования электростанции, для того чтобы он мог осуществлять техподдержку и своевременно реагировать на проблемы в работе компонентов электростанции. Как правило, в таких случаях на границе промышленной и корпоративной сетей устанавливают обычный межсетевой экран и настраивают на нем передачу необходимых данных только в одну сторону – из промышленной сети в корпоративную. Казалось бы, все сделано правильно. Однако в случае компрометации корпоративной сети и получения доступа на межсетевой экран злоумышленники без труда смогут проникнуть в промышленный сегмент. Причем для компрометации межсетевого экрана совершенно необязательно наличие уязвимости в его коде, достаточно лишь перехватить учетные данные администратора устройства. Нередки также случаи, когда администраторы некорректно настраивают списки доступа на межсетевых экранах, в результате чего злоумышленники могут проникнуть в промышленную сеть из корпоративной даже без компрометации непосредственно файрвола.
Поэтому для критически важных объектов необходимо гарантировать невозможность влияния на критичный сегмент извне даже в случае компрометации пограничных устройств. Решить эту проблему призваны средства однонаправленной передачи данных.
Требования регуляторов
В России необходимость использования средств однонаправленной передачи данных определяют требования регуляторов.
В частности, приказ ФСТЭК № 31 предписывает использовать средства однонаправленной передачи данных при:
Близкие требования содержатся и в приказах ФСТЭК № 17 и № 21 (УПД.3, ЗСВ.4). Таким образом, необходимость использования однонаправленных шлюзов определяется в том числе и требованиями российских регуляторов. Рассмотрим основных российских и зарубежных игроков на рынке средств однонаправленной передачи данных, решения которых реально применяются на предприятиях, и следующие решения: АПК InfoDiode, «СТРОМ», Fox DataDiode, Waterfall Security Solutions.
АПК АМТ InfoDiode
Аппаратно-программный комплекс InfoDi-ode 1 разработан компанией «АМТ-ГРУП» на российской аппаратной платформе, российской сертифицированной операционной системе Astra Linux и программном обеспечении собственного производства. Решение АПК InfoDiode состоит из следующих компонентов:
Передача трафика через аппаратное устройство InfoDiode возможна только в одном направлении, благодаря гальванической развязке, гарантирующей отсутствие обратной связи. При этом прокси-серверы обеспечивают связь с внешними системами и организуют однонаправленный транспорт данных между собой. Для внешних систем взаимодействие ограничивается прокси-серверами: на принимающей стороне прокси-сервер выступает в роли сервера данных (FTP, SMTP, CIFS, OPC UA), на передающей – в роли клиента. Такая архитектура позволяет использовать АПК InfoDiode для реализации различных сценариев.
Помимо описанной ранее однонаправленной передачи данных, иногда требуется передавать данные в обоих направлениях. Например, в силу исторических причин часть промышленных систем или сегментов «размазаны» по корпоративной ЛВС. Данный сценарий позволяет расширить границы критичного сегмента, создав защищенную информационную систему внутри другой информационной системы.
При этом используются два отдельных устройства InfoDiode, позволяющих обеспечить однонаправленную передачу в каждом из направлений. Злоумышленнику в случае захвата одного шлюза придется вслепую пытаться получить доступ на второй однонаправленный шлюз, что многократно ограничивает его возможности и требует огромных затрат на реализацию.
Управление компонентами АПК InfoDiode может осуществляться тремя способами: через Web-интерфейс, CLI и с помощью XML. АПК InfoDiode сертифицирован ФСТЭК России на соответствие требованиям технических условий и руководящего документа «Защита от несанкционированного доступа к информации. Часть 1. Программное обеспечение средств защиты информации. Классификация по уровню контроля недекларированных возможностей» (Гостехкомиссия России, 1999) по 4-му уровню контроля. Система сертификации средств защиты информации. Сертификат соответствия № 3434.
АПК «СТРОМ»
«СТРОМ» предназначен для решения двух видов задач:
1. Передача потоковой информации. Представляет собой однонаправленную передачу данных с камер видеонаблюдения, телеметрии, передачи аудиопотоков и т.д.
2. Передача файлов. Для нее, помимо однонаправленного шлюза, также необходимы два сервера с установленным специальным программным обеспечением, которое обеспечивает хранение, предоставление пользователям сетевых дисков и однонаправленную передачу файлов. В качестве операционных систем на данных серверах могут использоваться: Linux 32/64 bit, RedHat 64, Windows (от XP и выше), МСВС-3.0, МСВС-5.1.
Fox DataDiode
ПАК Fox DataDiode имеет классическую для однонаправленных шлюзов архитектуру:
При этом для внешних систем взаимодействие ограничивается прокси-серверами: на принимающей стороне прокси-сервер выступает в роли сервера данных (FTP, SMTP, CIFS), на передающей – в роли клиента.
ПАК Fox Data Diode сертифицирован ФСТЭК России на соответствие требованиям технических условий и руководящего документа «Защита от несанкционированного доступа к информации. Часть 1. Программное обеспечение средств защиты информации. Классификация по уровню контроля недекларированных возможностей» (Гостехкомиссия России, 1999) по 4-му уровню контроля.
Система сертификации средств защиты информации. Сертификат соответствия № 3446. Однако, говоря о сертификации голландского решения, не лишним будет заметить, что данный продукт также имеет сертификацию NATO Secret, что в нынешних непростых политических условиях может осложнить использование данного решения в некоторых российских организациях.
Waterfall Security Solutions
Waterfall’s ® Unidirectional Security Gateways 4 – это семейство продуктов на базе единого технологического ядра, реализующих функционал однонаправленных сетевых шлюзов на аппаратном уровне, с поддержкой широкого числа сетевых приложений и протоколов, в том числе специфичных для промышленных сетей.
Здесь разработчики вместо прокси используют агентов. Однонаправленный шлюз состоит из двух физических устройств:
Трафик из технологической сети поступает на агента, который может размещаться на модуле TX. Далее устройство TX передает трафик на RX, где агент RX передает пакеты уже системе назначения. В зависимости от выбранного варианта агенты могут как располагаться на устройстве, так и быть развернуты на выделенных узлах.
В реестре сертифицированных средств защиты ФСТЭК информацию о наличии сертификатов на ПАК Waterfall Security Solutions найти не удалось.
Основные критерии выбора
В данной статье были рассмотрены основные реально используемые в России решения по обеспечению однонаправленной передачи данных.
Основные характеристики представленных в статье решений приведены в таблице.
Как видно, все решения имеют схожую архитектуру и технические характеристики. Тем не менее у каждого из них есть свои особенности, которые могут стать определяющими при выборе. В одном случае важным может оказаться наличие сертификата ФСТЭК, в другом – достаточная функциональность для решения конкретной задачи. Безусловно, значительную роль играет наличие русскоязычной документации и техподдержки. Кроме того, для критических сетей важно наличие круглосуточной поддержки, позволяющей оперативно решать возникающие проблемы.
Говоря о стоимости каждого из решений, стоит отметить, что иностранные разработки стоят более чем в 1,5 раза дороже отечественных аналогов. Учитывая, что российские производители предлагают свою продукцию за рубли, стоимость их решений также меньше зависит от изменений стоимости валют.
Таким образом, заказчик может самостоятельно выбрать необходимые решения по обеспечению защиты критических сегментов сети на основе однонаправленных шлюзов в зависимости от выдвигаемых требований.
Шины передачи данных
Приветствую всех!
В этом посте поговорим о шинах передачи данных по которым общаются электронные блоки управления.
Начнем немного с истории.
1590 г. Термин «электричество» происшедшее от греческого «электрон», что означает «янтарь» был
впервые использован английским физиком Уильямом Гилбертом, который объяснил разницу между электрическим и магнитным полем.
1729 г. Стивен Грей объясняет разницу между проводниками и изоляторами.
1734 г. Француз Шарль Дюфе ( Charles Dufay ) открыл 2 типа электричества (положительное и отрицательное).
1795 г. Строительство первой электрохимической ячейки Алессандро Вольта в Италии
1820 г. Серия крупных открытий, касающихся магнитных эффектов и взаимосвязи между электрическими и магнитными явлениями.
1835 г. Открытие электромагнитной индукции английским ученым Майклом Фарадеем, который демонстрирует, что ток создается переменным магнитным полем (основной принцип работы генератора).
1842 г. Строительство первого электромобиля в Англии.
1860 г. Создание первого ДВС с электрическим зажиганием, распределителем и свечами
зажигания.
1864 г. Джеймс К. Максвелл (шотландец) суммирует законы электромагнетизма в четырех уравнениях — единая теория.
1897 г. Открытие электрона англичанином Джозефом Дж. Томсоном.
1910 г. Производство первого автомобиля с генератором.
1912 г. Производство первого автомобиля со стартером.
1947 г. Разработка первого транзистора
1969 г. Volvo представляет свою первую электронную систему (D-Jetronic) на двигателе B20E.
Это была аналоговая система не оборудованная ни процессором, ни памятью.
1971 г. Разработка микропроцессора Тедом Хоффом (американцем) в лаборатории Intel.
1984 г. Коды неисправности считываются с помощью мигающих светодиодов.
1986 г. Маршрутный компьютер на Volvo 480 использует мультиплексную связь между микропроцессором и дисплеем. Дисплей состоит из 64 индивидуально изменяемых элементов, управление которыми осуществляется с помощью четырех выводов.
Электрические и электронные системы автомобиля относятся к области быстро развивающейся технологии, наиболее передовые системы управления оснащены большим количеством датчиков и исполнительных механизмов. Это создает повышенный спрос на разделение общих данных. Ответом стало развитие сетей передачи данных, которые позволяют справиться с новыми трудностями в этой области.
А так выглядят схемы современных автомобилей
Проводка проходит по всему автомобилю, вот пример как проложена кузовная проводка
Блоки управления используют информационные сообщения для обмена данными и логикой по шине сети. Данные передаются в виде серии синхронизированных сигналов в типичном «двоичном коде». В двоичном коде каждому синхронизированному блоку, или «биту», присваивается значение «0» или «1», в зависимости от его напряжения. Каждый блок из восьми битов составляет «байт» (четыре бита составляют «ниббл»).
Пример байта — 00010111.
Скорость передачи данных измеряется в битах в секунду (бит/с). Например, если сеть передает данные со скоростью 2,4 кбит, это означает, что каждую секунду передается 2400 битов информации. Следует помнить о том, что один бит является двоичным значением 0 или 1, поэтому каждую секунду передается определенное сочетание этих 2400 нулей или единиц.
Шина CAN
Локальная сеть контроллеров (CAN) была впервые введена в автомобильной промышленности в 1992 году компанией Bosch. Теперь CAN — это международный стандарт, широко используемый за рамками автомобильной промышленности.
Расширенные требования к функциональности в автомобиле, по причине требований законодательств и клиентов, привело к расширению усовершенствованных функций автомобиля. Это, в свою очередь, способствовало развитию систем электрооборудования в направлении повышения их гибкости. В результате исследовательских работ создана локальная сеть CAN. Локальная сеть позволяет передавать и принимать по одному кабелю большое количество различных команд и сообщений. Каждая команда или сообщение обычно нуждались в отдельных проводах. Локальная сеть позволила расширить функциональность системы без увеличения количества проводов.
Количество команд и сообщений, с которыми возможна работа в сети зависит в том числе от скорости сети и продолжительности сообщения/команды. В сети, основанной на сети CAN возможна передача 500 различных сигналов и примерно 100 сообщений. Эти сообщения называются фреймами (Frame). Каждое сообщение может содержать несколько сигналов.
Преимущества сети CAN.
Упрощение добавления функций и установки аксессуаров
Так как модули управления уже подсоединены друг к другу в сети, и в них легко добавить дополнительную информацию, все, что требуется, это:
— Подсоединить датчики к модулю управления
— Подсоединить управляемый компонент к модулю управления
— Загрузить программное обеспечение в модуль управления
— Изменить конфигурацию
Длина проводки и число компонентов, имеющихся теперь в автомобиле — меньше, чем ранее. Примером такого добавления может быть система поддержания постоянной скорости. До внедрения сети установка модулей управления, выключателей, вакуумных насосов, вакуумных усилителей, шлангов и кабельных жгутов была необходимой.
При наличии сети необходима только установка выключателя и загрузка программного обеспечения, которая изменяет конфигурацию автомобиля.
Упрощение внедрения логических функций
Логические функции можно пояснить как «если это произойдет, то должно произойти следующее». Например, система запрограммирована так, чтобы при выходе из строя задней лампы, водителю было подано об этом предупреждающее сообщение на панели приборов.
Единственное, что необходимо сделать для введения логической функции, это внести программные изменения в соответствующие модули управления: в центральный электронный
модуль (CEM на Volvo, CJB на Land Rover) и другие ЭБУ.
Упрощение адаптации системы к требованиям владельца автомобиля и рынка сбыта
Функции могут меняться в соответствии с пожеланиями автовладельца при заказе автомобиля, а так же требованиями рынка сбыта. Для примера можно взять задние противотуманные фонари. В одних странах используются два задних противотуманных фонаря, а в других — только один, со стороны водителя. Раньше требовалось хранить запас различных запчастей для разных рынков сбыта. Сейчас же можно использовать одинаковые запчасти для всех рынков сбыта, выполняя программирование системы в соответствии с требованиями конкретного рынка сбыта.
Для программирования всего модельного ряда можно использовать единую базовую
систему
Похожие сети могут быть использованы для большого количества различных автомобилей.
Единственное отличие такого автомобиля заключается в следующем:
— Компоненты (модули управления, управляемые датчиками компоненты, и т.д.), подсоединенные к системе
— Какие компоненты что делают.
— Какие компоненты/функции являются стандартными, дополнительными и вспомогательными
— Конфигурация/программирование системы.
Существует высокоскоростная шина CAN и среднескоростная.
В сеть входит определенное количество модулей (называемых еще узлами), связанных один с другим линиями коммуникации. Каждый модуль управления получает питание и заземлен индивидуально, и получает сообщения (команды) по двум кабелям коммуникации. В обеих сетях (высокоскоростная и среднескоростная) модули управления подключены на разных шинах.
При обрыве, модули управления не будут осуществлять связь с другими частями сети. Но обрыв на одной ветви отключает один модуль, другие модули в этой части цепи будут продолжать функционировать.
Но как правило при неисправности одного модуля происходит ошибка в других, т.к. они не могут получить нужную информацию от них и в результате выдают ошибку. Например, если произойдет обрыв шины CAN блока ABS, то другие системы как пневматическая система, динамическая стабилизация не смогут работать корректно. В результате на панели приборов высветиться много значков неисправности, не только знак ABS.
Как писал ранее сеть состоит из двух частей.
Высокоскоростная сторона (HS CAN) передает сигналы (сообщения) между центральным электронным модулем (CEM) и модулями управления в основном в отсеке
двигателя. Среднескоростная сторона (MS CAN) передает сигналы/сообщения между
центральным электронным модулем (CEM) и модулями управления салона и в отсеке багажника.
Скорость передачи данных HS CAN = 500 кбит/с
Скорость передачи данных MS CAN = 125 кбит/с
Для подавления электрических отражений и помех в локальной сети CAN установлены согласующие резисторы (по одному на каждом окончании высокоскоростного и низкоскоростного участков локальной сети), которые обеспечивают сопряжение CAN H и CAN L локальной сети. Каждый согласующий резистор имеет сопротивление 120 Ом.
Напряжения между CAN L и «массой», среднее значение, приблизительно равно 2,3 В.
Напряжения между CAN H и «массой», среднее значение, приблизительно равно 2,8 В.
При исправной шине, измеряя на диагностическом разъеме, сопротивление 60 Ом.
Коммуникация осуществляется по двум кабелям. Эти два кабеля скручены вместе.
В сети могут возникать конфликты, когда несколько модулей управления хотят передать сообщение одновременно, например, когда водитель нажимает на тормоз, и пассажир в переднем сидении в это время меняет установки климата. Чтобы функции выполнялись безупречно, эти сообщения должны быть установлены в порядке приоритета. Кроме того, время задержки, возникшее в данной ситуации должно быть в определенных рамках. Клиент не должен ощущать медленного выполнения функции.
Чтобы разрешить проблемы, касающиеся конфликтов и временных задержек, имеется приоритетный порядок сообщений, с тем чтобы обеспечить хорошую функциональность.
В случаях когда шина повреждена (обрыв провода, КЗ на массу или цепь питания) провода ремонтируются путем скрутки и изоляции провода или сращивание специальными обжимками. При ремонте необходимо учитывать, что шина CAN это витая пара и нужно соблюсти эти «витки».
Шина LIN
Сеть состоит из нескольких модулей управления, связанных один с другим коммуникационным кабелем. Модули управления имеют отдельное питание, заземлены и обмениваются информацией в любом направлении по коммуникационным кабелям. При обрыве коммуникационных кабелей, модули управления не смогут больше осуществлять коммуникацию с другими модулями. Но модули перед обрывом на кабеле, смогут по-прежнему осуществлять коммуникацию. На шине LIN всегда один модуль управления является главным модулем. Другие модули на той же шине LIN являются подчиненными модулями.
Преимущество использования шины LIN заключается в том, что вместо использования одного кабеля для каждой функции, последовательная коммуникация по сети возможна благодаря сотням сигналов и функций, которые управляются или считываются на одном и том же кабеле. Такую сеть легче приспособить к системе по запросу клиента и рынка. В отношении к количеству функций и подключенным компонентам, длина электропроводки будет короче и электрическая система проще, и удобнее для обслуживания в сравнении с прямым подключением.
LIN функционирует в обоих направлениях, это означает, что информация может передаваться в обоих направлениях. Модули могут передавать информацию поочередно.
Протокол LIN является дополнением CAN. LIN представляет собой более дешевый вариант в сравнении с CAN и используется там, где скорость передачи и производительность не являются определяющими.
Скорость передачи шины LIN составляет 9,6 кбит/с.
В наших автомобилях, блок управления климат контролем, управляет моторчиками заслонок по локальной шине LIN. Блок управления является главным блоком, а моторчики являются подчиненными. В большинстве случаев главный узел можно идентифицировать, поскольку он оснащен дополнительным соединением по шине CAN, что позволяет собирать другие данные и обрабатывать их для принятия решений. Три подчиненных узла представляют собой мехатронные блоки, которые объединяют в себе рабочие схемы и программное обеспечение с шаговыми двигателями, чтобы управлять заслонками распределения системы отопления и вентиляции.
Модули управления, используемые в качестве подчиненных модулей на шинах LIN, поставляются сконфигурированными, и тем самым запрограммированными на определенный режим работы. То есть, например, при замене одного из сервоприводов, важно устанавливать именно тот моторчик который вышел из строя, они не взаимозаменяемые, хотя могут выглядеть так же. Главный блок отправляет сообщение каждому блоку свое, и если вы установите, например моторчик левый на правую сторону, то при регулировке левой стороны у Вас будет регулироваться правая сторона.
Напряжение на коммуникационном кабеле зависит от питающего напряжения. В общем, среднее значение в процессе коммуникации составляет примерно 2/3 питающего напряжения. При нормальном напряжении питания и при нормальной коммуникации среднее значение напряжения в шине LIN лежит в приделе 7-8 В.
Сообщение по сети LIN называется «Frame» и состоит из следующих составных частей:
Прерывание синхронизации.
Используется для пробуждения подчиненного модуля, который находится в спящем режиме.
Поле синхронизации.
Поле синхронизации помогает подчиненному модулю синхронизироваться на частоту главного узла, чтобы передаваемые сообщения принимались правильно.
Поле идентификации.
Содержит информацию об адресе сообщения, размере и содержании сообщения. Все узлы могут считывать сообщение и выполнять действия, но только один модуль имеет право отвечать на сообщение. То, какой модуль имеет такое право (отвечать на сообщение), определяется идентификатором.
Информационные данные.
Передаваемые данные могут быть длиной от двух до восьми байтов.
Проверочная сумма.
Проверочная сумма, это метод проверки подчиненными модулями были ли переданные сообщения
правильно приняты, или имелись ли помехи во время передачи, что могло изменить данные. Если возникла ошибка в сообщении во время передачи от главного модуля на подчиненный модуль, т.е. если проверочная сумма, высчитанная подчиненным модулем не совпадает, то подчиненный модуль сотрет сообщение и будет ждать следующего сообщения от главного модуля.
Подчиненный модуль не передает подтверждения о правильном принятии сообщения. Главный модуль считывает сообщение, передаваемое по шине LIN и сравнивает прочитанное сообщение с переданным.
Если переданное и обнаруженное сообщение одинаковы, то Главный модуль определяет это как правильно принятое подчинненым модулем сообщение.
Так же как и шина CAN, шина LIN в случае повреждения ремонтируется путем скрутки или сращивания проводов.
Шина MOST (Media Oriented Systems Transport)
MOST — это оптическая сеть, которая встраивается в автомобиль во время сборки вместе с проводкой. Проводники MOST соединяют все мультимедийные приборы, имеющиеся в информационно-развлекательной системе.
Технология MOST основана на применении пластикового волоконно-оптического кабеля, формирующего сеть и соединяющего компоненты аудио- и мультимедийной системы. Каждый блок кольцевой сети подсоединен к пластиковому волоконно-оптическому кабелю через устройство, называемое волоконно-оптическим приемопередатчиком (FOT). Каждый FOT имеет два оптических соединения – одно из них чувствительно к свету и является входом, а другое – формирует источник света и является выходом.
Если отсоединить разъем шины мост, то Вы увидите в одном из контактов красный свет.
В отличие от CAN в MOST используется топология кольца, в соответствии с чем данные посылаются по кольцу к следующему модулю до тех пор, пока они не достигнут места первоначального старта.
Толчком для создания системы MOST, которая была разработана автомобильной промышленностью, послужила необходимость передачи большого количества информации в рамках одной и той же сети.
1. MOST был создан специально для мультимедийных систем.
2. MOST оптимизирует передачу цифровой информации посредством оптического волокна в так
называемых ринговых (кольцевых) сетях.
— Информация может посылаться по проводнику только в одном направлении.
— Если сеть разомкнута, т.е. ‘сломано кольцо’, система не будет работать.
3. Информация в форме данных, аудио- или видеосигналов посылается как импульсы или вспышки
через оптическое волокно.
4. Скорость передачи — 25 Мб/сек.
В отличии от обычных проводов, шину MOST нельзя сильно подвергать изгибам
Аудиосигналы и сигналы управления передаются по кольцевой сети MOST и могут быть приняты любым системным блоком. Например, команды водителя/пассажира, вводимые через сенсорный экран в ходе настройки/выбора радиостанции, передаются по сети MOST и поступают во встроенный звуковой блок, который затем выбирает нужную радиостанцию.
Эта шина ремонтопригодна, но для её ремонта необходимо специальное оборудование. Для диагностики этой шины есть специальные тестеры. Тестер можно подключить к кольцевой сети в любой точке для проверки целостности сети. Отсоединив соединитель MOST, можно проверить, виден ли красный свет.
В отличие от медных проводов, которые передают вольтовые сигналы, оптические провода передают информацию при помощи световых сигналов.
Подключение системы MOST к панели приборов позволяет отображать аудиоданные, данные системы навигации, телефона и голосового управления на TFT-дисплее панели приборов.
Главный блок
Функции главного прибора включают в себя:
− Преобразование сообщений MOST и CAN.
− Мониторинг конфигурации.
− Включение системы, ее проверку и выключение.
− Слежение за работой MOST.
− Обработка сигналов о неисправности.
Функционирование как переходник из CAN
Прочие приборы подчиняются главному прибору.
— К сети MOST можно подключить 64 различных прибора.
— Каждый прибор содержит локальный список сигналов о неисправности.
FlexRay решает текущие и будущие задачи обеспечивая новое поколение систем, таких как: трансмиссия; активное управление шасси; тормозные системы и рулевое управление; управление по проводам с высокой скоростью и надёжностью передачи данных.
Более совершенное управление и системы безопасности (многофункциональные датчики, привода и электронные модули управления) — начинают требовать производительности передачи данных и одновременно синхронизации данных в модулях, которая находится за пределами возможностей существующего стандарта CAN.
Стандарт сетевой коммуникации для автомобилей FlexRay предоставляет фундамент, на котором формируется структура контроля автомобильной электроники на много лет вперед. FlexRay служит следующим шагом после CAN и LIN, обеспечивая ещё более надежное управление многими функциями безопасности и комфорта.
FlexRay сфокусирован на основных потребностях в сегодняшней автомобильной промышленности, включая более высокие скорости передачи данных, чем в предыдущих стандартах, гибкие системы передачи данных, универсальные варианты топологий, и отказоустойчивое функционирование.
FlexRay таким образом, обеспечивает скорость и надежность, требуемую для систем управления следующего поколения находящихся внутри автомобиля.
Сеть CAN достигла своего предела производительности с максимальной скоростью 1 Мбит/с.
FlexRay с максимальной скоростью передачи данных 10 Мбит/с, доступных по двум каналам, предлагает в 10 раз более широкую полосу пропускания, чем CAN, используемый в том же самом приложении/функции.
При этом во многих аспектах FlexRay разработан таким образом, чтобы сдержать затраты, обеспечивая максимальную производительность при работе в условиях сложной окружающей среды. FlexRay использует неэкранированную витую пару, соединяющую модули вместе. Дифференциальный сигнал на витой паре cнижает влияние внешних помех без дополнительного дорогостоящего экранирования.
В отличии от шины CAN и MOST, шина flexray имеет разные варианты топологии
Как и в шине CAN в шине Flaxrey имеются оконечные модули с сопротивлением. 2 оконечных блока имеют сопротивление 102 Ом, остальные блоки имеют сопротивление 2,6 кОм.
По шине Flexray управляются следующие блоки:
— Блок управления двигателем
— Блок управления АКПП
— Блок управления РК
— блок управления SRS
— блок управления кузовом
— блок помощи при парковке
Схема подключения шины Flexray выглядит так:
Как писал выше, будущее за шиной Flexray:
— высокоскоростная
— предопределённая по времени
— устойчивая к ошибкам
Шина Flaxray, так же как и шина CAN и LIN в случае повреждения ремонтируется методом скрутки или при помощи «обжимки».
Надеюсь данная статья будет Вам полезна, если понравилось ставьте лайк. Если есть вопросы то задавайте в комментариях.
По всем вопросам звоните:
📞 +7(495)778-65-86 с 9:00 до 21:00
Тех. центр Volvo
📍 56 км. МКАД, внутренняя сторона. Торговый центр Мирус-Авто
📍Беломорская д. 9
📍ул. Большая Семеновская, строение 1.
📍Каширское шоссе, д.61, АТЦ «Москва», 4 этаж, сектор 9-А
📍ул. Поморская д. 3
Технические центры Land Rover:
📍 56 км. МКАД, внутренняя сторона. Торговый центр Мирус-Авто
📍ул. Большая Семеновская, строение 1.
Если есть какие-то вопросы, мы с удовольствием ответим на них.
Спасибо за внимание! Ваш 77Volvo / 77Max 😉