CAN (Controller Area Network) bağlantı teknolojisi, 1980’lerin başlarında, o güne kadar çok karmaşık olan araç içi haberleşmeyi daha güvenli ve standart hale getirmek için Bosch tarafından geliştirmeye başlanmış ve otomotivde endüstri standardı haline gelmiştir. İlk kez “Mercedes-Benz W140” araç içerisinde alan CAN haberleşme teknolojisi; günümüzde endüstriyel otomasyon, tıp ve havacılık gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılmakta, daha karmaşık ağ yapıları ve protokollerle modern sistemlerin belkemiğini oluşturmaya devam etmektedir.

Yaşlı Dedeler: CAN 2.0A ve CAN 2.0B

CAN haberleşmesi, fiziksel yapı olarak diferansiyel iki hat (CANH ve CANL) kullanır. Aynı RS485, RS422, USB ve Ethernet gibi altyapılarda olduğu gibi bu diferansiyel yapı CANBUS haberleşmesine fiziksel gürültülere karşı oldukça dayanıklılık kazandırır. Aşağıda CAN2.0A haberleşme sinyalleri ve buna karşılık gelen bitleri görebilirsiniz.

CAN haberleşmesinde CAN 2.0A, protokolün en yalın halini bizlere sunmaktadır. CAN 2.0A bize 11 bit tanımlayıcı (ID) ile 8 byte veriyi maksimum 1Mbit/s hızda gönderimini sunabilmektedir. Zaman içerisinde gelişen teknoloji ile haberleşme yoğunluğu, mesajların gruplanma isteği ve çok farklı sinyallin aynı hattan iletilme ihtiyacı 11 bit tanımlayıcıyı yetersiz kılmış ve sonrasında 29 bit uzunluğa sahip CAN 2.0B haberleşme altyapısı ortaya çıkmıştır. CAN 2.0B bize 29 bit tanımlayıcı (ID) ile 8 byte veriyi maksimum 1Mbit/s hızda gönderimini sunabilmektedir. CAN 2.0B geriye dönük destek sağladığı için CAN 2.0A ve CAN 2.0B protokolleri aynı hattan haberleşebilmektedir.

CAN 2.0A ve CAN 2.0B bu şekli ile otomotiv haricinde, gürültülerin çok fazla olduğu, haberleşmenin kritik rol oynadığı inverter, motor sürücü, UPS gibi bir çok güç elektroniği uygulamasında sıklıkla kullanılmaktadır. Yalnız gelişen teknoloji ile birlikte aktarılması gereken dataların artması, 1980’lerde hızlı sayılacak 1Mbit/s gibi bir hızın bir çok uygulamada yeterli olmamasına neden oldu. Bu da özellikle elektrikli araçlarla birlikte yeni bir CAN bağlantısının doğuşunu tetikledi.

CAN Protokolü Esnekleşiyor: CAN FD
2010’ların başında, hem elektronik devrelerin normal araçların üzerinde daha fazla bulunması hem de elektrikli ve hibrit araçların geliştirilmesiyle CAN mesaj yoğunluğunda oluşan artış, özellikle tek seferde maksimum 8 byte veri gönderimini destekleyen CAN 2.0A ve 2.0B protokollerinin sınırlarını zorlamaya başladı. Kişisel olarak hem elektrikli araçlarda hem de güç elektroniğinde sıkça kullandığım CAN haberleşmesini bu yönden bende çok kez saçma bulmuş ve eleştirmişimdir. CAN haberleşmesinin yaratıcısı Bosch, bu eksikliği giderecek protokol üzerine 2011’de çalışmaya başlayıp, 2012 yılında bizlere yeni “Controller Area Network Flexible Data-Rate” yani CAN FD protokolünü sundular.CAN protokolünün en önemli özelliklerinden biri, eski protokollerle yeni protokollerin aynı hattan haberleşebilmesine olanak sağlamasıdır. Bu yüzden CAN FD geliştirilirken yukarıda görülecek, ID ve çeşitli kontrol sinyallerinin bulunduğu “arbitration” alanının CAN 2.0A ve 2.0B’ye uyumlu olması için hızı 1Mbit/s olarak sınırlandırılmıştır. Bu şekilde, aynı hatta CAN 2.0A/B ve CAN FD olsa da, hangi ID’nin baskın olduğu kontrolcülerle algılanıp, işlemleri buna göre yapabilmektedir.Yukarıdaki data sinyallerinin detaylarından görülebileceği gibi, CAN FD’de ataları gibi 11 bit ve 29 bit ID tanımlamasına sahiptir. CAN FD’nin esnek olmasına yol açan kısım ise data sayısıdır. CAN FD’de tek seferde gönderilecek veri büyüklüğü 64 byte olabilmektedir. Ayrıca eski protokolde hız veri gönderimi sırasında 1Mbit/s ile sınırlıyken, CAN FD protokolünde bu hız 8Mbit/s çıkarak, neredeyse 8 kat veriyi atası CAN 2.0A/B kadar sürede karşıya iletebilmektedir. Bu özellikle kritik işlerde hem verilerin hızlı iletilebilmesi hem de tek seferde bir çok kontrol sağlayabilmek adına oldukça önemlidir.Yukarıda CAN FD haberleşmesi gerçekleşirken, arbitration bölümlerinden sonra data gönderilirken sinyalin nasıl sıklaştığı dolayısı ile haberleşme hızının artışı net bir şekilde görülmektedir. Bu hızlara çıkabilmek için CAN FD için özel olarak üretilmiş MCP2542FD, TCAN1044, TJA1462 gibi transceiver entegreleri ve CAN FD destekleyen işlemciler kullanmak gerekmektedir.

CAN’in Geleceği: CAN XL
Bosch tarafından 2020’li yıllarda geliştirmeye başlanan “Controller Area Network eXtended Length” yani CAN XL, CAN FD’nin bir adım ötesinde onun başaramadığı daha fazla datayı daha hızlı göndermeyi ve bunun yanında “10BASE-T1S” adlı araç içi ethernet protokolünün yerine geçmeyi hedeflemektedir. Bu yüzden CAN XL bizlere 20Mbit/s data hızı, 2048 byte veriyi tek seferde göndermeyi, CAN FD ile aynı hatta çalışabilmeyi ve bunları yaparken 10BASE-T1S fiziksel altyapısından daha ucuz bir yöntem sunmayı vadetmektedir.CAN altyapısında genellikle haberleşme hızı, yukarıdaki grafikte de görebileceğiniz üzere protokolün kaldırabileceği maksimum hızın yarısı olarak seçilir. Bu değer CAN 2.0A/B için 500kbit/s iken, CAN FD için 2~4Mbit/s, CAN XL için ise 10Mbit/s olmaktadır. Tabi ki bu hızların uygulamaya özel seçildiği unutulmamalıdır. Aşağıda tabloda tüm CAN protokollerinin karşılaştırması görülebilir.Tabloya bakıldığında CAN XL için ID’nin 11 bit ile sınırlandığını görebilirsiniz. Burada ID sayısı az olabileceği düşünülse de yeni eklenen 32 bitlik Message ID mesaj farklılıkları için oldukça yeterli olacaktır.CAN XL’nin mesaj bütünlüğü incelendiğinde CAN FD ile oldukça benzerlik gösterdiği görülebilir. Bu da ayrıca zorunlu durumlarda tüm CAN protokollerinin aynı hattan haberleşmesi için bir altyapı oluşturmaktadır.

CAN XL protokolü içeren normal işlemciler 2024 yılı itibariyle üreticiler tarafından çıkarılmamış olsalar da özellikle üst seviye otomotiv işlemciler seviyesinde çalışmalar yürütülmektedir. Transceiver entegreleri konusunda ise firmalar proof of concept bazı çalışmalar mevcuttur. Daha çok çok yeni olan CAN XL protokolü hala emekleme aşamasında olsa da 2030’lu yıllara doğru özellikle otomotiv, havacılık ve savunma alanında oldukça yaygınlaşacağı öngörülmektedir.

Sonuç Olarak…
CAN protokolü, basit ve güvenilir yapısı sayesinde, farklı endüstrilerde uzun yıllardır sağlam bir iletişim standardı olarak varlığını sürdürmektedir. Yüksek hız ve veri güvenliği gerektiren modern uygulamalarda bile, sağladığı esneklik ve maliyet avantajları ile otomotiv sektöründen endüstriyel otomasyona kadar geniş bir yelpazede kullanımını sürdüren CAN; CAN FD ve CAN XL gibi yeni nesil versiyonlarıyla protokolün kapasitesi daha da artmış, gelecekteki ihtiyaçlara cevap verebilecek hale gelecektir. Tüm bunlara rağmen CAN’in temel felsefesi olan güvenli ve tutarlı veri iletimi, her zaman aynı kalmaya devam edecektir bu da elektronik sistemlerin giderek daha karmaşık hale geldiği günümüzde, basitliği ve etkinliği ile CAN protokolü, güvenilir bir haberleşme altyapısı olarak biz tasarımcıların vazgeçilmezi olacaktır.

Herkese çalışmalarında başarılar dilerim!