Comunicazioni digitali differenziali ad alte prestazioni: dal protocollo CAN al protocollo FlexRay

Comunicazioni digitali differenziali ad alte prestazioni: Ecco il primo dei due approfondimenti dedicato al protocollo CAN, MOST e FlexRay.

La scelta di utilizzare un dato protocollo di comunicazione in luogo di un altro, a bordo di un veicolo, deriva dal confronto incrociato di diversi parametri. In primis, il costo al metro della tecnologia e la velocità di trasmissione dati, anche chiamata “bitrate”.

Protocollo CAN e LIN: i più utilizzati?

I protocolli più in voga sui veicoli moderni sono il protocollo CAN e il protocollo LIN, ed altri più particolari, come ad esempio il MOST.

Negli ultimi anni ha fatto la comparsa anche il protocollo FlexRay, a bordo di BMW (per primo) e altri marchi, come AUDI.

Per capire di cosa stiamo parlando, nel grafico riportato abbiamo confrontato le velocità di trasmissione dei diversi protocolli appena menzionati.

Confronto bitrate protocolli di comunicazione più in uso settore auto

Perché i valori del Most sono così alti?

Due doverose precisazioni in merito alla percepibile differenza di valori che separa il MOST da tutti gli altri.

1. Prima di tutto la tecnologia MOST è dedicata ai sistemi AUDIO/VIDEO.  E, come sappiamo, tali sistemi necessitano dello scambio di un flusso dati enorme in frazioni di secondo.
2. Il tipo di segnale MOST non sfrutta dei differenti livelli di tensione per cifrare il segnale binario, bensì usa flash di luce che viaggiano attraverso fibra ottica.

Detto ciò, andiamo a vedere cos’è e per quali applicazioni trova impiego oggigiorno il protocollo FlexRay.

Protocollo FlexRay: analogie e differenze rispetto al CAN-C

Faremo ciò fornendo alcune note tecniche con un livello di dettaglio non troppo approfondito, ma senz’altro sufficiente a illustrare in modo efficace i punti salienti di questa tecnologia.

Il modo più diretto per spiegare le caratteristiche di un pacchetto dati FlexRay, è quello di paragonarlo a un pacchetto dati di tipo CAN-C, ormai ben conosciuto, sottolineandone le differenze.

Quello mostrato è un pacchetto dati di tipo CAN-C prelevato ai capi di una centralina di un cambio DSG di una GOLF VII 1.6 TDI.

Sottoscocca VW Golf VI 1.6 TDI (tipo motore CAYC), ubicazione connettore cambio DSG

Pacchetti dati CAN-C ai capi di una centralina cambio DSG di una VW Golf VI 1.6 TDI

(tipo motore CAYC) Xdiv 100μs/div e Ydiv 1V/div

Molto in breve riassumiamo le peculiarità di questo tipo di segnale:

• Si nota subito il valore di partenza dei due segnali L (in blu) e H (in rosso), ovvero 2,5V.
• Si nota poi che entrambi i segnali hanno ampiezza di 1V, quello H verso 3,5V e quello L verso 1,5V.
• In ultimo, ma non trascurabile, sono perfettamente speculari.

Vediamo adesso come si presenta invece un pacchetto dati FlexRay.

Quello che vi mostriamo in figura è un pacchetto dati che proviene dalla centralina ABS di una BMW 216d del 2017.

BMW utilizza il FlexRay per dotare i sistemi ABS/ESP, motore e sospensioni a controllo elettronico di un livello di risposta più veloce e quindi più sicuro.

Ubicazione centralina ABS vettura BMW 216d (tipo motore B37)

Pacchetti dati FlexRay ai capi di una centralina ABS di una BMW 216d

(tipo motore B37)  Xdiv 10μs/div e Ydiv 2V/div

Vediamo subito le differenze del FlexRay.

Innanzitutto facciamo osservare che, per una rappresentazione più chiara, i due canali H e L hanno le scale dei volt sfalsate tra di loro, altrimenti avremmo visto i due canali sovrapposti.

Si osservi poi che per avere un segnale “visivamente” e “qualitativamente” paragonabile a quello CAN, la scala dei tempi assume valori più piccoli. Ovvero 10 microsecondi anziché 100 microsecondi.

Ciò testimonia la velocità di trasmissione maggiore del flexRay.

I suddetti canali sono speculari, hanno entrambi un’ampiezza di circa 2,5V e hanno gli stessi valori minimo e massimo: da circa 1,5 V a circa 4V.

Ultima indicazione molto importante: rispetto al bus CAN-C, il bus FlexRay è di tipo “fault tolerant”, ovvero in presenza di un problema a uno dei due fili, il segnale può essere interpretato ugualmente.

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