Flores bermejohumbertoi sim sin articulo

TESIS
MAESTRO EN
SISTEMAS INTELIGENTES MULTIMEDIA
PRESENTA
I.M.T HUMBERTO ISAAC FLORES BERMEJO
ASESOR: NOÉ VILLA VILLASEÑOR
<noe.villa@ciateq.mx>
ZAPOPAN, JALISCO, JULIO 2018.
AUTOMATIZACIÓN DE PRUEBAS DE PÉRDIDA
DE COMUNICACIÓN CAN/LIN, RESETEO Y
DESACTIVACIÓN/ACTIVACIÓN EN SISTEMAS
AUTOMOTRICES EMBEBIDOS
PARA OBTENER EL GRADO DE

V
AGRADECIMIENTOS
Cada nuevo reto suele ser un trayecto con subidas y bajadas, la maestría no ha sida
para nada la excepción, muchas experiencias y vivencias llegaron con ella. A lo largo
de esta etapa he aprendido y crecido como profesionista y lo más importante como
persona.
En primer lugar me gustaría agradecer a mi familia, quien a pesar de muchas cosas
no son tan sencillas siempre han estado ahí para apoyarme en todo reto que me
propongo.
También quiero agradecer a todas aquellas personas las cuales han pasado por
alguna etapa de mi vida y dejaron algún aprendizaje o una enseñanza, algunos ya
no se encuentran en el mismo camino, solo pasando por un pequeño instante pero
siempre se agradecerá haber aprendido algo de ustedes. A aquellos pocos que aún
siguen aquí se les agradece mucho más.
Agradecimiento especial para Robert Bosch México el cual me permito y proporciono
todas herramientas y apoyo necesario para realizar esta investigación.
Por ultimo me gustaría agradecer al personal de CIATEQ y sus docentes. A mi asesor
Noé Villa y a mis compañeros de clase con los cuales conocí nuevos puntos de vista
y compartí esta dichosa experiencia.

VII
RESUMEN
Este documento aborda la problemática de la implementación de un marco de
pruebas automatizadas. El trabajo se concentra en el monitoreo y detección de fallas
que pueden ocurrir durante la comunicación entre las unidades electrónicas de
control (ECU). Las unidades ECU son ampliamente utilizadas en la industria automotriz.
El Desarrollo de la investigación se lleva a cabo en la planta Guadalajara de Robert
Bosch de México.
Las pruebas planteadas se enfocan en cubrir características no funcionales de los
sistemas embebidos dentro de un vehículo, por ello la investigación se enfoca en
descubrir las características y principios de los protocolos de comunicación utilizados
dentro de la industria automotriz CAN (Controller Area Network) y LIN (Local
Interconnect Network). Dicha investigación se limita a considerar las características
de estos dos protocolos. Ha sido posible descubrir los principios generales de la gran
mayoría de protocolos. Debido a esto la implementación del marco de pruebas
generado no se limita a estos protocolos y permite la extensión para múltiples
protocolos.
El desarrollo de la presente investigación ha permitido generar ahorros en tiempo de
ejecución. Igualmente se han descubierto nuevos defectos el software y
metodologías de pruebas.
Palabras clave: Tecnología de vehículos de motor; Tecnología de la instrumentación;
Tecnología de la automatización; Automóviles; Otras especialidades tecnológicas.

IX
ABSTRACT
This document addresses the problem of the implementation of a testing framework
for automation. The work focuses on the monitoring and detection of faults that may
occur during communication between the electronic control units (ECU). ECUs are
widely used in the automotive industry. The development of the research is carried out
in the Guadalajara plant of Robert Bosch of Mexico.
The tests proposed focus on covering non-functional characteristics of embedded
systems within a vehicle, the research focuses on discovering the characteristics and
principles of main communication protocols used within the automotive industry, CAN
(Controller Area Network) and LIN (Local Interconnect Network). This research is limited
to considering the characteristics of these two protocols. It has been possible to
discover the general principles of the majority of protocols. Thus, the implementation
of the test framework is not limited to these protocols, allowing the extension for
multiple protocols.
The development of this research has allowed to generate savings in execution time.
As a result, new defects have been discovered in software and new test
methodologies have been implemented.
Keywords: Motor vehicle technology; Automation technology; Instrumentation
technology; Automation technology; Automobiles; Other technological specialties.

XI
ÍNDICE DE CONTENIDO
AGRADECIMIENTOS.................................................................................................................................. V
RESUMEN ............................................................................................................................................... VII
ABSTRACT................................................................................................................................................ IX
ÍNDICE DE CONTENIDO ........................................................................................................................... XI
ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................................................XV
ÍNDICE DE TABLAS................................................................................................................................. XIX
GLOSARIO.............................................................................................................................................. XXI
NOMENCLATURA .................................................................................................................................XXV
1. INTRODUCCIÓN................................................................................................................................ 1
1.1. ANTECEDENTES ........................................................................................................................ 1
1.2. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA .................................................................................................... 2
1.3. JUSTIFICACIÓN.......................................................................................................................... 3
1.4. OBJETIVOS................................................................................................................................ 3
1.4.1. Objetivo general............................................................................................................... 4
1.4.2. Objetivos específicos........................................................................................................ 4
1.5. HIPÓTESIS................................................................................................................................. 4
2. MARCO TEÓRICO.............................................................................................................................. 5
2.1. SISTEMAS EMBEBIDOS EN EL AMBIENTE AUTOMOTRIZ.......................................................... 5
2.2. REDES DE COMUNICACIÓN...................................................................................................... 7
2.2.1. Topología de las redes de comunicación ......................................................................... 7
2.2.2. Organización de una red de comunicación.................................................................... 12
2.2.3. Direccionamiento........................................................................................................... 14
2.2.4. Acceso a bus de datos.................................................................................................... 17
2.2.5. Modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI)................................................... 26
2.3. REDES DE COMUNICACIÓN AUTOMOTRICES......................................................................... 29
2.3.1. Composición de las redes automotrices ........................................................................ 30
2.3.2. Sistemas de buses en automóviles................................................................................. 31
2.3.3. Mecanismos de control.................................................................................................. 36
2.3.4. Clasificación de los sistemas de bus............................................................................... 39
2.3.5. Compuerta de enlace (Gateway).................................................................................... 41

XII
2.4. APLICACIONES EN VEHÍCULOS ............................................................................................... 43
2.4.1. Sistemas de transmisión y chasis ................................................................................... 43
2.4.2. Sistemas de confort y comodidad.................................................................................. 43
2.4.3. Sistemas multimedia ...................................................................................................... 44
2.4.4. Ejemplo de redes vehiculares......................................................................................... 44
2.5. SISTEMAS DE BUSES ............................................................................................................... 45
2.5.1. CAN................................................................................................................................. 45
2.5.2. LIN................................................................................................................................... 82
3. PROCEDIMIENTO DE INVESTIGACIÓN.......................................................................................... 113
3.1. DEFINICIÓN DE REQUISITOS DEL SISTEMA........................................................................... 113
3.1.1. Perspectiva del sistema................................................................................................ 114
3.1.2. Funcionalidad del producto.......................................................................................... 114
3.1.3. Restricciones................................................................................................................. 114
3.1.4. Suposiciones y dependencias....................................................................................... 114
3.1.5. Características de los usuarios ..................................................................................... 115
3.1.6. Entorno de utilización del sistema .............................................................................. 115
3.1.7. Requisitos funcionales.................................................................................................. 116
3.1.8. Requisitos no funcionales............................................................................................. 117
3.2. DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN............................................................................................... 118
3.2.1. Clases, funciones y parámetros.................................................................................... 118
3.2.2. Diagramas eléctricos .................................................................................................... 127
3.2.3. Interfaz gráfica.............................................................................................................. 132
3.3. IMPLEMENTACIÓN DE LA AUTOMATIZACIÓN...................................................................... 135
3.3.1. Visión general............................................................................................................... 135
3.3.2. Procedimiento de pruebas anterior............................................................................. 136
3.3.3. Cambio en el procedimiento de pruebas..................................................................... 136
3.3.4. Medición....................................................................................................................... 137
4. RESULTADOS................................................................................................................................. 139
4.1. REDUCCIÓN DE TIEMPOS ..................................................................................................... 139
4.2. VENTAJAS OBTENIDAS.......................................................................................................... 143
4.3. NUEVAS PRUEBAS EJECUTADAS........................................................................................... 144

XIII
4.4. RETORNO DE INVERSIÓN (ROI) ............................................................................................ 145
4.5. DEFECTOS ENCONTRADOS................................................................................................... 146
5. CONCLUSIONES ............................................................................................................................ 149
6. RECOMENDACIONES.................................................................................................................... 151
7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................................... 153
8. ANEXO A....................................................................................................................................... 159

XV
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1 - Clasificación de los sistemas embebidos.............................................................6
Figura 2 - Topología bus ...........................................................................................................8
Figura 3 - Topología estrella.....................................................................................................9
Figura 4 - Topología anillo......................................................................................................10
Figura 5 - Topología malla .....................................................................................................11
Figura 6 - Topología híbrida...................................................................................................12
Figura 7 - Emisor, receptor y mensaje ..................................................................................14
Figura 8 - Direccionamiento orientado al suscriptor..........................................................15
Figura 9 - Direccionamiento orientado al mensaje ...........................................................16
Figura 10 - Clasificación de sistemas de múltiple acceso ................................................17
Figura 11 - Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA).............................................25
Figura 12 - Acceso múltiple por división de frecuencia ....................................................18
Figura 13 - Comunicación maestro - esclavo.....................................................................20
Figura 14 - Colisión durante la transmisión de datos .........................................................21
Figura 15 - Respuesta ante una colisión .............................................................................23
Figura 16 - Prevención de colisiones ....................................................................................24
Figura 17 - Modelo OSI ...........................................................................................................27
Figura 18 - Red automotriz.....................................................................................................29
Figura 19 - Número de ECU en un vehículo (7) ..................................................................30
Figura 20 - La interferencia electromagnética...................................................................33
Figura 21 - Control ET ..............................................................................................................37
Figura 22 - Eventos de control...............................................................................................37
Figura 23 - Control TT...............................................................................................................38
Figura 24 - Buses automotrices..............................................................................................41
Figura 25 - Puerta de enlace.................................................................................................42
Figura 26 - Estructura del nodo de CAN ..............................................................................51
Figura 27 - Direccionamiento y filtrado de mensajes ........................................................54
Figura 28 - Arbitrariedad de CAN .........................................................................................55
Figura 29 - Formato CAN 2.0A...............................................................................................59
Figura 30 - Campo de arbitraje ............................................................................................59
Figura 31 - Campo de control...............................................................................................60
Figura 32 - Formato CAN 2.0B................................................................................................64
Figura 33 - Estructura de un mensaje remoto .....................................................................65
Figura 34 - Formato de un mensaje de error.......................................................................66
Figura 35 - Formato de un mensaje de sobrecarga..........................................................67
Figura 36 - Espacio entre mensajes para nodos no pasivos.............................................68
Figura 37 - Espacio entre mensajes para nodo en error ...................................................68
Figura 38 - Formato del espacio entre mensajes ...............................................................68

XVI
Figura 39 - Peor caso del mecanismo de relleno de bits..................................................71
Figura 40 - Secuencia de tipos de errores...........................................................................76
Figura 41 - Nodo de CAN ......................................................................................................77
Figura 42 - Determinación de estados ................................................................................78
Figura 43 - Niveles de voltaje de CAN de baja velocidad...............................................80
Figura 44 - Niveles de voltaje para CAN de alta velocidad ............................................80
Figura 45 - Sistema de transmisión de datos CAN .............................................................82
Figura 46 - Ejemplo de buses de LIN.....................................................................................83
Figura 47 - LIN Contra otros buses automotrices................................................................84
Figura 48 - Estructura nodo de LIN........................................................................................85
Figura 49 - Configuración de la red de LIN.........................................................................86
Figura 50 - Estructura de un menaje de LIN........................................................................87
Figura 51 - Composición de los mensajes de LIN...............................................................87
Figura 52- Recepción de una señal.....................................................................................90
Figura 53 - Transmisión de una señal....................................................................................90
Figura 54 - Estructura de un mensaje...................................................................................91
Figura 55 - Estructura de los campo de datos...................................................................92
Figura 56 - Campo de corte .................................................................................................92
Figura 57 - Campo de sincronización..................................................................................93
Figura 58 - Campo de identificador protegido..................................................................94
Figura 59 - Campo de datos.................................................................................................94
Figura 60 - Transferencia de tres mensajes incondicionales ............................................96
Figura 61 - Resolución de colisiones en LIN.........................................................................98
Figura 62 - Mensaje esporádico ...........................................................................................99
Figura 63 - Definición de tiempo ........................................................................................101
Figura 64 - Máquina de estados de la tarea maestra ....................................................102
Figura 65 - Máquina de estados de procesamientos de mensajes de la tarea esclava
.................................................................................................................................................103
Figura 66 - Maquina de estados de procesamientos de mensajes de la tarea esclava
.................................................................................................................................................105
Figura 67 - Señal de activación de un nodo esclavo .....................................................106
Figura 68 - Secuencia de señales de activación.............................................................106
Figura 69 - Bloques de señales de activación..................................................................107
Figura 70 - Diferencia entre fuentes de voltaje................................................................110
Figura 71 - Niveles en el bus de LIN ....................................................................................110
Figura 72 -Banco de pruebas..............................................................................................116
Figura 73 - Clase Loss_CAN..................................................................................................118
Figura 74 - Clase Loss_LIN.....................................................................................................119
Figura 75 - Clase Short2Ground_CAN................................................................................120
Figura 76 - Clase Short2Ground_LIN...................................................................................121
Figura 77 - Clase Short2Battery_CAN .................................................................................122

XVII
Figura 78 - Clase Short2Battery_LIN.....................................................................................123
Figura 79 - Clase Power_Reset ............................................................................................123
Figura 80 - Clase WakeUp....................................................................................................124
Figura 81 - Clase Sleep .........................................................................................................124
Figura 82 - Interacción entre cases ....................................................................................125
Figura 83 - Clase común para protocolos.........................................................................126
Figura 84 - Diagrama eléctrico CAN DW...........................................................................128
Figura 85 - Diagrama eléctrico CAN SW............................................................................129
Figura 86 - Diagrama eléctrico común para protocolos................................................130
Figura 87 - Diagrama eléctrico LIN.....................................................................................131
Figura 88 - Diagrama activación y desactivación ..........................................................132
Figura 89 - Panel de control.................................................................................................135
Figura 90 - Implementación de funciones ........................................................................137
Figura 91 - Reducción de tiempo en pruebas continúas de pérdida de
comunicación.......................................................................................................................140
Figura 92 - Reducción de tiempo en pruebas continúas de activación y
desactivación........................................................................................................................141
Figura 93 - Reducción de tiempo en pruebas continúas de reseteo...........................142

XIX
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 - Requisitos de los sistemas en tiempo real............................................................35
Tabla 2 - Clasificación del bus de CAN...............................................................................40
Tabla 3 - Descripción general de buses ..............................................................................45
Tabla 4 - Principales acontecimientos en los primeros 20 años de CAN........................48
Tabla 5 - Código de longitud de datos...............................................................................60
Tabla 6 - Mapa de memoria de mensaje de datos ..........................................................61
Tabla 7- Comando para ir a modo inactivo.....................................................................107
Tabla 8 - Interpretación de errores.....................................................................................109
Tabla 9 - Personal involucrado............................................................................................114
Tabla 10 - Reglas de diseño.................................................................................................134
Tabla 11 - Reducción de tiempo en pruebas de pérdida de comunicación.............139
Tabla 12 - Reducción de tiempo en pruebas continúas de pérdida de comunicación
.................................................................................................................................................140
Tabla 13 - Reducción de tiempo en pruebas activación y desactivación.................140
Tabla 14- Reducción de tiempo en pruebas continúas de activación y desactivación
.................................................................................................................................................141
Tabla 15 - Reducción de tiempo en pruebas de reseteo ..............................................141
Tabla 16 - Reducción de tiempo en pruebas continúas de reseteo............................142
Tabla 17 - Costos del equipo VT System ............................................................................145
Tabla 18 - Costo por hora ingeniería de trabajo..............................................................146

XXI
GLOSARIO
VT System – Módulos de interfaz de entradas y salidas para pruebas de ECU.
CAN – Red de área de controlador (Controller Area Network).
LIN – Red de interconexión local (Local Interconnect Network).
ISO – Organización Internacional de Normalización (International Organization for
Standardization).
SAE – Sociedad de Ingenieros Automotrices (Society of Automotive Engineers).
RTOS – Sistemas en tiempo real (Real-Time Operative System).
ECU – Unidad de control electrónico (Electronic Control Unit)
TX – Transmisión (Transmission).
RX – Recepción (Receiver).
IP – Protocolo de Internet (Internet Protocol).
ID – Identificador de mensaje (Identifier)
TDMA – Acceso múltiple por división de tiempo (Time Division Multiple Access).
RF – Radio frecuencia (Radio Frequency).
FDMA – Acceso múltiple por división de frecuencia (Frequency Division Multiple
Access).
CDMA – Acceso múltiple por división de código (Code Division Multiple Access).
CSMA – Acceso Múltiple con Escucha de Señal Portadora (Carrier-Sense Multiple
Access).
CSMA-CD – CSMA con detección de colisión (Carrier Sense Multiple Access with
Collision Detection).
IEEE – Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (Institute of Electrical and
Electronics Engineers).
CSMA / CCA – CSMA con copia de prevención de colisiones (Carrier Sense Multiple
Access with Collision Avoidance).
OSI – Modelo de interconexión de sistemas abiertos (Open System Interconnection).
PDU – Unidades de protocolo de datos (Protocol Data Units).
ESP – Programa de estabilidad electrónica (Stability Control Program).
EMC – Compatibilidad electromagnética (Electromagnetic Compatibility).

XXII
EMI – Interferencia electromagnética (ElectroMagnetic Interference).
UTP – Cableado de par trenzado sin blindaje (Unshielded twisted pair).
STP – Cableado de par trenzado con blindaje (Shielded Twisted Pair).
ABS – Sistema de frenos antibloqueo (Antiblockiersystem, Antilock Brake System).
EDC – Sistema de control electrónico de diesel (Electronic Diesel Control).
ABC – Sistemas de control activo del chasis (Active Body Control).
ACC – Sistemas de control de crucero adaptativo (Adaptive Cruise Control)
MSM – Módulos de memoria para asientos (Memory Seat Module).
CCSM – Módulos climatización de asientos (Climatique Control Seat Module).
CSM – Módulo de sistema central (Center Stack Module).
IPC – Panel de control de instrumentos (Instrumental Control Panel).
HUD – Pantalla frontal (Head-Up Display).
CiA – CAN en Automatización (CAN in Automation).
I2C – Circuito Inter-integrado (Inter-Integrated Circuit).
ET – Activación por eventos (Event Triggered).
TT – Activación por tiempo (Time Triggered),
TTCAN – CAN activado por tiempo (Time-Triggrered CAN).
MOST – Sistema de transporte orientado a medios (Media Oriented Systems
Transport).
OSEK – Sistemas abiertos y sus interfaces para electrónicos en vehículos de motor
(Offene Systeme und deren Schnittstellen für die Elektronik in Kraftfahrzeugen, Open
systems and their interfaces for electronics in motor vehicles).
LLC – Control de Enlace Lógico (Logical Link Control).
MAC – Control de Acceso al Medio (Media Access Control).
RTR – Retransmisión remota (Remote Retransmition).
EOF – Fin del mensaje (End Of Frame).
SOF – Inicio del mensaje (Start Of Frame).
CRC – Comprobación de redundancia cíclica (Cyclic Redundancy Check).
FIFO – Primeras entradas primeras salidas (First Inputs First Outputs).
DLC – Código de longitud (Data Length Code).
ACK – Reconocimiento (Acknowledge).
NRZ – No regreso a cero (Non-Return Zero).

XXIII
TEC – Contador de errores de transmisión (Transmission Error Counter).
REC – Contador de errores de recepción (Reception Error Counter).
CAN_H – Canal alto de CAN (CAN High).
CAN_L – Canal bajo de CAN (CAN Low).
SCI – Interface de comunicación serial (Serial Communications Interface).
UART – Receptor-transmisor asincrónico universal (Receptor-transmisor asincrónico
universal).
LSB – Bit menos significativo (Less Significative Bit).
MSB – Bit mas significativo (More Significative Bit).
PID – Identificador protegido (Protected Identifier).
Jlitter – Fluctuación (Variaciones en el tiempo de una señal con respecto a su posición
original).
ERS – Especificación de Requisitos Software (SRS, Software Requirement Specification).
CAPL – Lenguaje de programación nativa de CANoe (Communication Access
Programming Language).
CANoe - Herramienta de software para el desarrollo, prueba y análisis de redes
completas y ECU individuales.
VT System – Módulos de interfaz de entradas y salidas para pruebas de ECU.
CAN DW – CAN doble cable (CAN Double-Wire).
CAN SW – CAN un cable (CAN Single-Wire).
HMI – Interfaz Hombre-Máquina (Human Machine Interface).

XXV
NOMENCLATURA
Rb – Tasa de transferencia por usuario.
Rb
s – Tasa de transmisión de bits del sistema.
Tg – Tiempo libre de transmisión.
Tf – Duración de tiempo de transmisión (ventana).
K- Número de slots por cada ventana o número de canales.
B – Ancho de banda de cada canal.
Bg – Tiempo libre de transmisión entre los dos canales.
VBAT – Tensión de alimentación.
VSUP – Voltaje de suministro interno.
A – Ángulo (min).
H – Tamaño del carácter (cm).
D – Distancia entre el operador y el HMI (cm).

1
1. INTRODUCCIÓN
Este primer capítulo se encarga de presentar los elementos por los cuales se decidió
a llevar a cabo esta esta investigación. En primera instancia se presentarán los
antecedentes y definición del problema, con lo que justificamos y definiremos el
objetivo general y objetivos específicos de la investigación y finalmente generamos la
hipótesis dicha investigación.
1.1. ANTECEDENTES
Hoy en día la industria automotriz en es una de las industrias con mayor auge,
dinamismo y crecimiento en México y en el mundo (1). Hoy la industria automotriz
mexicana vuelve a ser centro de atención en la escena global, debido a que vive un
proceso de transición de un perfil orientado principalmente a la manufactura, a uno
en el que la innovación y el diseño juegan un papel preponderante (2).
La demanda automotriz así como el los avances tecnológicos obligan a los
fabricantes de vehículos a incorporar cada vez más mejoras dentro del confort,
seguridad y cuidado al medio ambiente. Los nuevos productos se basan en el
desarrollo de sistemas embebidos, los cuales deben de cumplir con estrictas
normativas que garanticen la seguridad de los usuarios.
Para asegurar la calidad del producto y con ello la satisfacción del cliente, las pruebas
juegan un papel importante al conseguir este objetivo Las pruebas de sistema dentro
de cualquier metodología de desarrollo de software son una etapa que debe
comenzar actividades tempranamente. Dentro del desarrollo de software la
ejecución de pruebas suele efectuarse como uno de los últimos pasos de este nivel
de pruebas. La liberación final del software al cliente depende de la terminación de
la ejecución de pruebas. Por ello es de vital importancia la detección de fallas en esta
etapa previa a la entrega al cliente de esta manera evitar cualquier descontento. Un
software libre de errores no es posible de garantizar, el seguimiento de metodologías
así como técnicas de prueba pueden incrementar la confianza del cliente. Uno de
los principales factores que afecta la profundidad de las pruebas es el tiempo y

2
presupuesto. La combinación de pruebas funcionales y no funcionales así como su
ejecución manual o automática.
1.2. DEFINICIÓN DEL PROBLEMA
En la actualidad la empresa Robert BOSCH México se encuentra dentro un proceso
de crecimiento inicial. Debido a que han pasado pocos años desde la estabilización
del centro de desarrollo tecnológico en la ciudad de Guadalajara. Para el comienzo
del centro de desarrollo se optó por seguir las metodologías, infraestructura y procesos
de otras localidades en diferentes partes del mundo. Esto trajo como consecuencia
diferentes efectos muchos a favor como la adquisición de conocimientos y lecciones
aprendidas a través de la experiencia de los demás centros de desarrollo pero no se
fue exento de algunas problemáticas.
La principal problemática que se pretende resolver a través de esta investigación fue
la generada a la adquisición de equipamiento que es utilizado por otras localidades
en diversos proyectos de desarrollo de sistemas embebidos para el ramo automotriz,
dicho equipamiento al ser un equipo especializado tiene un costo elevado pero
puede ser utilizado para tener beneficios tangibles; como confiabilidad, precisión,
reducción de tiempos y esfuerzos por mencionar algunos. Actualmente estos
beneficios no están siendo aprovechados y el equipamiento no está siendo utilizado.
Otra característica de la situación actual en la que se encuentra las operaciones es
la poca o casi nula automatización con la que se están ejecutando las pruebas en
desarrollos llevados a cabo dentro del centro de desarrollo de Guadalajara. La gran
mayoría de pruebas se ejecutan de manera manual lo cual requiere la operación
constante así como la presencia del personal de pruebas. La combinación de estas
dos problemáticas afecta al equipo de pruebas de sistemas de la localidad y a su vez
presenta una oportunidad para la implantación de mejora que pueda traer grandes
beneficios.

3
1.3. JUSTIFICACIÓN
Ya se ha hecho mención sobre la importancia de las pruebas dentro del desarrollo de
sistemas y el valor agregado a la calidad del producto y satisfacción del cliente. La
compañía cuenta con el equipo VT System el cual es una solución comercial para la
creación de ambientes de pruebas. Este equipo no está siendo utilizado por lo cual es
necesario la implementación y automatización de pruebas, así poder generar un
ahorro de tiempo y esfuerzos. Esta implementación pretende genere una reducción
de costos y recuperación del costo de inversión en equipo.
Para poder generar estos beneficios se plantea utilizar el equipo de pruebas VT
System. El personal de pruebas está realizando ejecuciones manuales donde la
interacción no es indispensable o puede ser reemplazada. De ello se deriva la idea
de realizar automatización de pruebas de pérdida de comunicación y reseteo en las
líneas de comunicación CAN y LIN. Dichas pruebas en la actualidad se están
realizando manualmente donde el personal de pruebas tiene que conectar y
desconectar los cables de transmisión de datos y la fuente de alimentación.
En otras palabras el proyecto plantea aportar una solución de ayuda en:
 Enfocar actividades humanas a tareas que agreguen valor.
 Minimizar el error humano durante la fase de pruebas.
 Aumentar ganancias al reducir tiempos.
 Estandarización.
 Seguimiento de Normativa.
 Mejorar la calidad del producto.
 Utilización de equipamiento no utilizado.
 Retorno de inversión en gastos del equipamiento.
1.4. OBJETIVOS
Automatizar pruebas de pérdida de comunicación y reseteo en sistema embebidos
automotrices mediante el equipo VT System.

4
1.4.1. Objetivo general
Automatizar pruebas de sistema mediante el equipo VT System.
1.4.2. Objetivos específicos
Los objetivos específicos definidos a partir del objetivo general son:
 Automatizar pruebas de pérdida de comunicación CAN (Controller Area
Network).
 Automatizar pruebas de pérdida de comunicación LIN (Local Interconnect
Network).
 Automatizar pruebas de Reseteo de Alimentación.
 Automatizar pruebas de modo dormir y despertar.
 Utilizar los módulos de VT System VT2820 VT2004A.
1.5. HIPÓTESIS
La presente investigación pretende demostrar:
 Si se logra una automatización de pruebas por consiguiente el tiempo de
ejecución manual se limitará al tiempo de ajuste del equipo recuperando el
costo de inversión de equipo.

5
2. MARCO TEÓRICO
2.1. SISTEMAS EMBEBIDOS EN EL AMBIENTE AUTOMOTRIZ
Se le conoce como un Sistema embebido a circuito electrónico computarizado el
cual es diseñado para cumplir con una tarea específica (3). Un sistema
computacional de uso general como una computadora personal puede cumplir con
diferentes tareas por ejemplo editar y crear documentos, navegar en internet,
visualizar imágenes y videos por mencionar algunas. Un sistema embebido de lo
contrario como se encarga de realizar una tarea específica o un conjunto de
funciones dedicadas.
Un sistema embebido está dedicado a realizar tareas específicas. Estos pueden ser
diseñados para optimizar dichas tareas. Reduciendo su tamaño y costo de
producción para incrementar la confianza y el desempeño del mismo (4).
Entre las diversas áreas de aplicación de un sistema embebido se encuentra:
1. Sistemas electrónicos automotrices.
2. Sistemas electrónicos aeronáuticos.
3. Telecomunicaciones.
4. Sistemas electrónicos médicos.
5. Aplicaciones militares.
6. Robots.
7. Electrodomésticos.
Algunos ejemplos enfocados al área automotriz son los sistemas de frenado anti
bloqueo o los sistemas de bolsas de aire. La complejidad de los sistemas embebidos
automotrices se está aumentando cada vez más. Por lo cual están sujetos a una gran
cantidad de normas que aseguren su funcionalidad y cuiden la integridad de los
usuarios. El estándar ISO 26262 (5) es uno de los estándares dedicados
específicamente a la seguridad de los sistemas automotrices.

6
Figura 1 - Clasificación de los sistemas embebidos
Los sistemas de software automotrices son clasificados como sistemas en tiempo real
(RTOS Real-time operative system). Estos sistemas operativos son destinados a ejecutar
aplicaciones en tiempo real. Esto implica que son sistemas se rigen bajo requisitos de
tiempo muy estrictos.
Un sistema operativo de tiempo real debe responder a eventos externos dentro de
lapsos de tiempo muy pequeños. Este tiempo de respuesta en el cual un sistema
responde a una interrupción generada por un evento es conocido como latencia de
interrupción. Al mismo tiempo un sistema operativo en tiempo real debe de ser capaz
de manejar todas estas interrupciones y priorizarlas para asegurar el correcto
procesamiento de eventos generados.
Las tareas procesadas por estos sistemas operativos deben ser tareas finitas con un
límite de tiempo llamado deadline. Para conseguir esto un sistema de programación
de tareas es llevado a cabo (6).
Si un sistema operativo en tiempo real debe de cumplir con requisitos de tiempo
continuamente es llamado Sistema duro en tiempo real, si el sistema no debe de
cumplir con estos requisitos de tiempo es considerado como sistemas ligeros o suaves

7
en tiempo real. Es por ello que los sistemas embebidos en tiempo real dentro de una
red automotriz son considerados como sistemas duros, como los ejemplos
mencionados un bolsa de aire instalada dentro de un vehículo debe responder y
activarse en un lapso determinado de tiempo después de que un impacto ha sido
detectado.
2.2. REDES DE COMUNICACIÓN
Se entiende por una red de comunicación a sistema en el cual un grupo de elementos
intercambian información a través de un medio de transporte (7). Un nodo puede ser
visualizado como un elemento dentro de la red de comunicación. El medio de
transporte es la vía por la cual la comunicación toma lugar, suele ser referido como
bus o bus de datos.
2.2.1. Topología de las redes de comunicación
Existe diversas tipos de redes de comunicación, estas se pueden clasificar debido a su
topología. La topología de una red de comunicación se entiende por la estructura
con la cual los nodos son contados. Por lo menos dos nodos deben de estar
conectados entre sí para que una red exista. La topología de una red determinara
algunas de las características de la comunicación (8).
La gran mayoría de redes de comunicación se basan en las siguientes topologías (9).
2.2.1.1. Bus
 Fiable en redes pequeñas.
 Bajo costo.
 Cualquier nodo puede transmitir en cualquier momento.
 Si un nodo falla afecta al resto de la red.

8
Figura 2 - Topología bus
2.2.1.2. Estrella
 Utiliza un nodo central donde el resto de nodos están conectados.
 Toda la comunicación se realiza a través del nodo central.
 El nodo central se encarga tomar todas las decisiones y prioridades.
 La red únicamente falla si el nodo central falla.
 Fácil detección de fallas en la red.
 Fácil mantenimiento.
 Buen rendimiento y confiable.

9
Figura 3 - Topología estrella
2.2.1.3. Anillo
 Lo nodos están unidos únicamente con los nodos vecinos.
 Comunicación unidireccional a través de los nodos vecinos.
 La red puede abarcar largas distancias.
 Fácilmente extendibles.
 Si un nodo falla toda la red falla.
 La transmisión suele ser más lenta que en otro tipo de topología.

10
Figura 4 - Topología anillo
2.2.1.4. Malla
 Todos los nodos tienen una conexión con cada otro nodo de la red.
 Conexiones redundantes entre los nodos de la red.
 En caso de alguna falla en un nodo la red sigue operando.
 Facilita el aislamiento de fallas.
 Privacidad entre información transmitida.
 En caso de alguna falla es más difícil de diagnosticar.
 Costoso debido a la cantidad de cableado.

11
Figura 5 - Topología malla
2.2.1.5. Hibrida
 Las topologías híbridas son la combinación de diferentes topologías.

12
Figura 6 - Topología híbrida
2.2.2. Organización de una red de comunicación
En una red de comunicación automotriz o de cualquier tipo debe de existir una
organización y protocolos para que esta logre funcionar correctamente. Se ha hecho
mención a los tres elementos básicos que la conforman:
1. Nodo
2. Medio de Transporte
3. Datos

13
2.2.2.1. Nodo (ECU)
En un lenguaje automotriz un nodo es referido como una unidad de control
electrónico (Electronic control unit, ECU) (10). Una unidad de control electrónico se
caracteriza por ser un sistema embebido el cual debe recibir toda la información
proveniente del medio ambiente a través señales eléctricas transmitidas por sensores.
La ECU procesa todos estos datos utilizando un programa de software y responde
mediante la generación de señales de control para diversos tipos de actuadores.
2.2.2.2. Medio de transporte
El medio de transporte en un vehículo automotriz no es más que el cableado y los
araneses con los que las ECUs se conectan entre sí además de los sensores,
actuadores.
2.2.2.3. Datos/Bus de Datos
Los datos, bus de datos es la información que será enviada entre las ECUs que
conforman la red dentro de un vehículo. Estos datos o paquetes de datos son
enviados a través de un mensaje. Se dice que un ECU es emisor o transmisor cuando
es el encargado de enviar información y receptor cuando éste lee la información
proveniente de otro. Dada esta característica un mensaje se considerará TX cuando
es transmitido y RX cuando es un mensaje recibido (11).

14
Figura 7 - Emisor, receptor y mensaje
2.2.3. Direccionamiento
Para hacer posible la transmisión de paquetes de información a través de mensajes
dentro un red de comunicación y evaluar el contenido de los datos útiles, el mensaje
transmitido debe ser acompañado de información de transferencia. La información
puede ser transmitida explícitamente dentro del contenido del mensaje o
implícitamente por valores predefinidos. Esta información es necesaria para garantizar
que el contenido del mensaje fue enviado y recibido correctamente (7).
Algunas maneras de realizar el direccionamiento son las siguientes:
 Orientado al Suscriptor.
 Orientado al Mensaje.
 Orientado a la Transmisión.

15
2.2.3.1. Direccionamiento orientado al suscriptor
Los paquetes de datos se intercambian en base a las direcciones de los nodos (ECU).
Los mensaje enviados por el nodo transmisor contiene los datos a transmitir y también
la dirección del nodo de destino. Todos los nodos receptores comparan la dirección
de recepción enviada por el transmisor con su propia dirección, y solo el receptor con
la dirección correcta evalúa el mensaje, el resto de nodos ignoran la información
enviada (7). Un ejemplo de red de comunicación automotriz el cual utiliza este tipo
de suscripción es la comunicación por medio de Ethernet, el cual mediante una
dirección IP (Protocolo de Internet) proporciona a los nodos un único número de
identificación jerárquico (12).
Figura 8 - Direccionamiento orientado al suscriptor
2.2.3.2. Direccionamiento orientado al mensaje
Este tipo de direccionamiento se basa en el contenido del mensaje, se identifica por
un identificador de mensaje (ID) que ha sido predefinido para este tipo de mensaje.
En este método, el transmisor no necesita saber nada sobre el destino del mensaje, ya

16
que cada receptor lee el mensaje y decide si este es procesado o no. El mensaje
puede ser recibido y evaluado por varios nodos (7). Los ejemplos más claros de este
tipo de direccionamiento son los mensajes de CAN (Controller Área Network) los
cuales son enviados a un bus y escuchados por múltiples nodos.
Figura 9 - Direccionamiento orientado al mensaje
2.2.3.3. Direccionamiento orientado a la transmisión
Las características de transmisión también se pueden usar para identificar un mensaje.
Si un mensaje siempre se transmite dentro de una ventana de tiempo definida, esta
se puede utilizar como base para definir el destino. Como medida de seguridad, este
direccionamiento a menudo se combina con un mensaje o un direccionamiento
orientado al suscriptor (7).

17
2.2.4. Acceso a bus de datos
Para poder hacer la transmisión de datos a través de un nodo transmisor es necesario
primero acceder a la red para ello existen diferentes métodos:
 Métodos predecibles en los que el acceso al bus está determinado por el
tiempo. En este método solo un nodo puede transmitir a la vez y el derecho de
acceso al bus se determina antes del acceso al bus. En este método se evitaran
las colisiones de acceso debido al uso simultáneo (7).
 Métodos aleatorios mediante los cuales cualquier nodo puede transmitir datos
si el bus parece estar libre. En el método, los nodos pueden intentar usar el bus
simultáneamente tan pronto como parezca estar libre. Existe el riesgo de
colisiones de transmisión utilizando este método. Esto se puede resolver
repitiendo transmisiones después de que se haya detectado una colisión (7).
Figura 10 - Clasificación de sistemas de múltiple acceso

18
2.2.4.1. Acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA)
En este sistema los canales de trasmisión son definidos de acuerdo con la asignación
de frecuencia. Esto quiere decir que todos los nodos se encuentran activo y cada uno
ocupa un segmento del espectro de radio frecuencia (RF). Todos los nodos reciben la
información pero filtran únicamente la frecuencia que les es asignada. En este sistema
el ancho de banda por nodo es simplemente relacionada con la velocidad de los
datos. Así el ancho de banda del sistema es calculado dela siguiente manera (13).
𝐵𝑠 = 𝐾 ∗ (𝐵 + 𝐵𝑔)
K, es el número de canales.
B, es el ancho de banda de cada canal.
Bg, es tiempo libre de transmisión entre los dos canales.
Figura 11 - Acceso múltiple por división de frecuencia

19
2.2.4.2. Acceso múltiple por división de código (CDMA)
El sistema de acceso múltiple por división de código, similar a la división por frecuencia
divide el espectro en canales ortogonales y así evitar la interferencia entre ellos aun
que los canales no son completamente ortogonales debido a imperfecciones en la
sincronización de tiempo y el filtrado, lo cual puede generar algunas interferencias.
Los sistemas CDMA a diferencia de los sistemas FDMA utilizan un código para definir
sus canales (13).
2.2.4.3. Maestro - Esclavo
Los protocolos maestro-esclavo se usan en situaciones donde un nodo principal
controla uno o más nodos (incluso una red completa). La comunicación entre el
maestro y sus esclavos se rige por una técnica llamada Sondeo (Polling). Este sondeo
es llevado de la siguiente manera: El maestro envía datos en forma de un mensaje a
cualquiera de los esclavos. El mensaje contiene una dirección que está destinado
únicamente para un esclavo, así el esclavo puede procesar la información. Para
recibir datos de los esclavos, el maestro 'sondea' a cada esclavo enviándoles un
mensaje y preguntándole si tiene algún dato para enviar, el esclavo responde
enviando datos o enviando un rechazo mensaje para indicar que no tiene nada que
enviar. Sin embargo, algunos protocolos de maestro-esclavo permiten que un esclavo
contacte a un maestro para transmitir (14).

20
Figura 12 - Comunicación maestro - esclavo
2.2.4.4. Multi-maestro
Si en una red todos los nodos pueden transmitir sin necesidad de ser controlado por
otro nodo siempre y en cuando el bus se encuentre libre se conoce como un sistema
multi-maestro, donde la priorización y la detección de colisiones juegan un papel
importante (7) en el caso que múltiples nodos intenten acceder bus simultáneamente.
Por otro lado este sistema asegura la comunicación directa entre todos los nodos del
sistema por lo tanto la máxima velocidad y confianza posible. En una red multi-
maestro todos los nodos tienen los mismos derechos de transmisión (15).
2.2.4.4.1. Acceso múltiple con escucha de señal portadora
(CSMA)
Una solución creada para evitar la colisión entre paquetes de información enviados
es permitir que el nodo detecte (escuche) el canal o bus en el cual se encuentra

21
transmitiendo. Cuando un nodo tiene un paquete para transmitir, primero escucha el
canal. Si el canal se detecta inactivo, el paquete se transmite. Si, por otro lado, el
canal está ocupado, la transmisión del paquete se retrasa por un momento. De esta
forma, la posibilidad de colisión de paquetes se reduce en gran medida. Este
esquema se llama Acceso Múltiple con Escucha de Señal Portadora (CSMA). En un
esquema de CSMA, las colisiones de paquetes aún pueden ocurrir (16).
2.2.4.4.2. Sistemas anticolisiones
Como se ha mencionado el acceso a un bus de datos puede llegar a generar
colisiones, es decir que más de un nodo intenten transmitir información
simultáneamente. Esta es una acción recurrente en sistemas de acceso aleatorio.
Para solucionar esta problemática, el acceso a un bus de datos está acompañado
de un sistema anticolisiones que ayude a evitar dichos conflictos.
Figura 13 - Colisión durante la transmisión de datos

22
2.2.4.4.3. Acceso múltiple con escucha de señal portadora
con detección de colisiones CSMA/CD
Debido a que los sistemas CSMA son propensos a accesos simultáneamente de los
nodos, si se produce una colisión de paquetes, la transmisión puede ser abortada
antes de que se complete. De esta forma, la duración del tiempo de colisión puede
acortarse y la utilización del canal puede mejorarse aún más (16). Así cuando una
red se encuentra en reposo y múltiples nodos tratan de acceder un mensaje de
contención es detectado. En ese momento la transmisión es pausada y los nodos se
retiran de la red, después de un determinado tiempo los nodos intentar acceder de
nuevo (17). Este esquema se llama CSMA con detección de colisión (CSMA-CD). A
pesar de que este sistema ayuda a mejorar el rendimiento del canal la cancelación
de envíos decremento la capacidad de la red, donde incluso cuando la transferencia
de datos se encuentra en su punto más alto la red puede quedar totalmente
bloqueada, por tanto este sistema no se vuelve conveniente de utilizar en sistemas de
tiempo real.

23
Figura 14 - Respuesta ante una colisión
2.2.4.4.4. Acceso múltiple con Escucha de Señal Portadora
con prevención de colisiones CSMA/CA
Para resolver la problemática mencionada en los sistemas CSMA/CD el principio de
“prevención de colisiones” es implementado. Este sistema de contención los
conflictos de acceso a la red son evitados asignando un nivel de prioridad a cada
mensaje enviado.
En este tipo de contención, el mensaje con la más alta prioridad ganaran el acceso
al bus. La latencia de un mensaje dependerá de la prioridad asignada a cada
mensaje (17).
Acceso Múltiple con Escucha de Señal Portadora con prevención de colisiones
(CSMA / CA) ha sido adoptado por los estándares IEEE 802.11 (18). Para mitigar los

24
problemas de equidad que surgen con CSMA / CA, se ha desarrollado una versión
modificada del CSMA con copia de prevención de colisiones (CSMA / CCA) (19).
Figura 15 - Prevención de colisiones
2.2.4.1. Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA)
Este sistema es del tipo predecible donde a un nodo se le asigna un tiempo fijo en
donde se le es permitido transmitir. Este sistema define series de repeticiones en
intervalos fijos llamados ventanas, esta ventana de tiempo es dividida en espacios
(Slots) donde a cada nodo se le es permitido transmitir únicamente durante su espacio
de tiempo, así hasta que una nueva repetición llega. Por lo tanto debe existir una
programación de las trasmisiones y los derechos de transmisión. Normalmente no hay
un suscriptor de comunicación principal que controle el procedimiento de
comunicación por tanto es la comunicación es llevada síncronamente entre todos los
nodos de la red (20).
𝑅 𝑏 = [
1
𝐾
−
𝑇𝑔
𝑇𝑓
] 𝑅 𝑆
𝑏

25
Rb, es la tasa de transferencia por usuario.
Rb
s, es la tasa de transmisión de bits del sistema.
Tg, es tiempo libre de transmisión.
Tf, es la duración de tiempo de transmisión (ventana).
K, es el número de slots por cada ventana.
Figura 16 - Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA)
2.2.4.1.1. Latencia
Como se ha hecho mención de la latencia de un mensaje cuando se tiene un sistema
de contención de colisiones. Latencia es definida como la diferencian de tiempo en
el que se hace una requisición de transmisión y el tiempo real de transmisión (17). En
un sistema de tiempo real solo los mensajes de alta importancia deben de garantizar
su latencia debido a la prioridad de estos para preservar la funcionalidad del sistema.

26
2.2.5. Modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI)
El modelo OSI se encuentra definido en el estándar ISO/IEC 7498-1 (21), este adopta
un enfoque de capas para el diseño de sistemas de información distribuidos. Cada
capa proporciona un conjunto de servicios. Estos servicios están definidos por
capacidad de hacer alguna forma de comunicación sobre el sistema. Cada servicio
se implementa mediante uno o más procesos, cada uno de los cuales se denomina
una entidad. Las entidades pueden comunicarse con entidades pares en la misma
capa mediante el intercambio de mensajes llamados unidades de protocolo de
datos (PDU) (22).
2.2.5.1. Capas del modelo OSI
Modelo de interconexión de sistemas abiertos (OSI) consiste de siete capas. Estas siete
capas pueden se agrupadas de acuerdo con su principal funcionalidad, donde se
encuentra la capa física, capas de comunicación y finalmente la capa de
aplicación.

27
Figura 17 - Modelo OSI
2.2.5.1.1. Capa física
La capa física maneja los datos como bits sin formato. Esto significa que la PDU para
la capa física es un bit. El objetivo de la capa física es proporcionar una transmisión
transparente de bits desde la capa de enlace de datos del emisor a la capa de
enlace de datos del receptor (23).
Los estados binarios en el PDU se pueden representar de maneras diferentes. La
interfaz de serial de una PC utiliza + 12 V y -12 V, los protocolos automotrices como
CAN (Controller Área Network) o LIN (Local Interconnect Network) utilizan voltajes de
0 V y 5 V y medios como la fibra óptica utilizan representaciones visuales como claro
u obscuro. Los voltajes como los de la PC no son adecuados para un bus, ya que
pueden ocurrir cortocircuitos si varios suscriptores desean transmitir estados binarios
simultáneamente (7).
Por lo tanto las principales funciones de la capa física son:
 Conexión física.

28
 Transmisión de PDUs.
 Secuenciación entre la información física y la información enviada a la capa
de enlace.
2.2.5.1.2. Capas de comunicación
Las capas de comunicación se encargan de preparar la información a transmitir por
la capa de aplicación a ser enviada a través de la capa física y viceversa, prepara
la información entregada por la capa física para que pueda ser utilizada en la capa
de aplicación (7). Las capas que se encargan de la comunicación son:
1. Capa de enlace.
2. Capa de red.
3. Capa de transporte.
4. Capa de sesión.
5. Capa de presentación.
Juntas estas capas cumplen en con las siguientes Funciones:
 Controlar el acceso al bus
 Direccionamiento de mensajes
 Detección y manejo de colisiones
 Sincronización del nodo y red
 Detección de errores
2.2.5.1.3. Capa de aplicación
La capa de aplicación es responsable de definir los servicios presentados en el usuario
final (24) .

29
2.3. REDES DE COMUNICACIÓN AUTOMOTRICES
La industria automotriz ha aumentado su complejidad debido al incremento del uso
de la tecnología y de sistemas electrónicos. Un sistema general que controle todas las
funcionalidades de un vehículo es básicamente imposible. Uno de los grandes
avances se ha logrado principalmente por medio de la interacción entre varios
sistemas individuales.
Figura 18 - Red automotriz
Así mismo la demanda de seguridad, comodidad, economía y requisitos legales más
estrictos sobre la compatibilidad ambiental de los vehículos solo se puede lograr con
la ayuda de componentes electrónicos adicionales. Por ello el número de sistemas
electrónicos en los vehículos está aumentando continuamente.

30
Figura 19 - Número de ECU en un vehículo (7)
2.3.1. Composición de las redes automotrices
En muchas disciplinas de ingeniería, los sistemas grandes se construyen integrando un
conjunto de subsistemas bien especificados y probados. Es importante que las
propiedades que se han establecido a nivel de subsistema se mantengan durante la
integración del sistema. Tal enfoque constructivo para el diseño del sistema solo es
posible si la arquitectura es modular.
Se dice que una arquitectura es modular con respecto a una propiedad específica si
la integración del sistema no invalidará esta propiedad (25).
Si se analiza la composición de las redes automotrices el principio de modularidad
debe preservarse. Es posible darse cuenta de que cierta información debe de viajar
a través de distintas unidades de control (ECU). Por ejemplo la velocidad del vehículo
es información proveniente de sensores y evaluada por el programa de estabilidad
electrónica (ESP), pero a su vez necesita ser conocida por el sistema de control de
velocidad automático (Control de Crucero), por el tablero de control que muestra la
velocidad o por los sistemas de cálculo del rango de gasolina, etc.

31
Así en una red automotriz no solo las unidades de control electrónico (ECUs) deben
intercambiar información entre ellas que les permita realizar ajustes, de la misma
manera los sensores inteligentes también se consideran sistemas de control
electrónicos ya que preparan la información recolectada del exterior en un circuito
de evaluación y colocan la información en el bus de datos a través de una interfaz
de bus. Por ejemplo los sensores pre-choque.
La coordinación entre los diversos sistemas de control en un vehículo es necesaria
para poder realizar las funciones cruzadas, así mismo se debe de garantizar la
transferencia de una gran cantidad información a un bajo costo. Se han desarrollado
diversos sistemas seriales de bus de datos para este propósito. Donde una unidad de
control puede formar parte de más de un bus de comunicación y utilizar más de un
protocolo de comunicación (26).
El uso de sistemas de bus tiene las siguientes ventajas en comparación con una
solución que utiliza un cableado convencional (7):
 Reducción de costos con menos peso y espacio de instalación debido a la
menor cantidad de cables en el mazo de cables
 Mayor confiabilidad debido a un menor número de conexiones.
 Simplificación del ensamblaje del vehículo durante la producción.
 Uso múltiple de señales.
2.3.2. Sistemas de buses en automóviles
Los sistemas de bus en automóviles permiten la comunicación, lo que significa el
intercambio de datos entre las unidades de control electrónico (ECU), sensores
inteligentes y actuadores. Dependiendo de los requisitos respectivos, se utilizan
diferentes sistemas de bus. Los requisitos típicos consisten en la velocidad de datos
requerida, la longitud permitida del mensaje, el número de nodos conectables (ECU),
topologías requeridas, requisitos sobre la capacidad de transmisión determinista y en

32
mayor fiabilidad, disponibilidad o requisitos orientados a la seguridad. Otros requisitos
abordan aspectos de características físicas, como tolerancia a desviaciones de
voltaje, estabilidad de temperatura, impactos en el mazo de cables (compatibilidad
electromagnética (EMC), cable de cobre, plástico o fibra de vidrio, cableado de par
trenzado sin blindaje (UTP) o par trenzado blindado (STP)) y por último, pero no menos
importante, aspectos de costo (27).
2.3.2.1. Requisitos para los sistemas de bus
Como se ha mencionado una unidad de control electrónica (ECU) podrá pertenecer
a una o más de una red dentro del vehículo. Las principales características y requisitos
técnicos para ser tomados en cuenta al momento de seleccionar el bus de datos
donde una unidad de control será conectada deberán ser los siguientes.
2.3.2.1.1. Velocidad de transferencia de datos
Esta variable especifica el volumen de datos que se transmiten durante una unidad
de tiempo. La unidad de datos más pequeña es el bit, y la velocidad de transferencia
de datos generalmente se especifica en bits / segundos (7).
La velocidad de datos requerida depende de la aplicación. Por ejemplo se requiere
una velocidad de transferencia más lenta para sistemas de baja prioridad como la
calefacción que para transferir señales de video en la radio que requieren de una
alta velocidad para poder mostrar el contenido correctamente.
2.3.2.1.2. Inmunidad a interferencias
La interferencia electromagnética y la compatibilidad electromagnética (EMI / EMC)
se convirtieron por primera vez en una preocupación durante las décadas de 1940 y
1950, principalmente como ruido de motor que se llevaba a cabo sobre líneas

33
eléctricas y en equipos sensibles (28). La interferencia no está limitada a escenarios de
comunicación alámbrica. También se observa en redes inalámbricas (29).
Figura 20 - La interferencia electromagnética
En una red automotriz los datos deberían transferirse sin interferencia. Sin embargo,
esto no se puede garantizar en un vehículo de motor debido a los efectos
electromagnéticos. Los requisitos de inmunidad a la interferencia que se establecen
dependen de la relevancia para la seguridad de los sistemas electrónicos en cuestión.
Se necesitan menos requisitos de sistemas de comodidad y conveniencia que el
sistema de frenos antibloqueo (ABS), por ejemplo (7).
Para cumplir con estos requisitos, los mecanismos que detectan errores de transmisión
se incorporan en los protocolos de red. Se puede llevar a cabo una verificación simple
utilizando el bit de paridad, que se calcula en el transmisor y se transmite junto con los
datos útiles. Esto especifica si el primer byte transferido es par o no (7).

34
Otro método es la verificación de suma de verificación (checksum). Si se están
transmitiendo varios bytes de datos, el transmisor calcula un checksum a partir de los
bytes de datos individuales usando una fórmula predefinida y transmite este valor. El
receptor también calcula la suma de verificación de los bytes de datos que se han
recibido y los compara con el checksum. Si se detecta un error de transmisión de
datos, los datos recibidos no se utilizan y se solicita una repetir la transmisión (7).
2.3.2.1.3. Capacidad en tiempo real
Un sistema en tiempo real es un sistema en el que la corrección del comportamiento
del sistema depende no solo de los resultados lógicos de los cálculos, sino también del
instante físico en el que se producen estos resultados. Un sistema en tiempo real
cambia su estado en función del tiempo (25). La duración del intervalo de tiempo
depende de la aplicación. Por ejemplo el sistema de frenos antibloqueo (ABS) debe
reaccionar al bloqueo en unos pocos milisegundos, mientras el motor de la ventanilla
eléctrica debe reaccionar antes de 100 ms (7).
Los requisitos funcionales de los sistemas en tiempo real se refieren a las funciones que
debe realizar. Se agrupan en requisitos de (25):
 Recopilación de datos – registro de sus variables de estado.
 Requisitos de control digital directo – Cálculo de puntos de ajuste para
actuadores.
 Requisitos de interacción hombre-máquina – Informar al usuario el estado del
objeto controlado.
Los requisitos de los sistemas en tiempo real también pueden ser agrupados
dependiendo de su clasificación (7):
 Requisito sistemas en tiempo real suaves: el sistema generalmente se ajusta al
tiempo de respuesta especificado, y si estos tiempos se exceden
ocasionalmente, no produce ningún efecto grave.

35
 Requisito sistemas en tiempo real duros: la especificación de tiempo debe
cumplirse estrictamente. Si se excedió podría ocasionar problemas en sistemas
críticos para la seguridad. Por ejemplo, si se excedieran los límites de tiempo en
el sistema ABS, las ruedas se bloquearían.
Tabla 1 - Requisitos de los sistemas en tiempo real
En una red automotriz las tolerancias de tiempo se deben cumplir estrictamente para
muchas funciones del sistema de gestión del motor. Los retrasos en la transmisión de
las señales de encendido y encendido pueden provocar vibraciones en el motor e
incluso fallas en el encendido. Estas reacciones deben evitarse, ya que representan
un peligro potencial. Por lo tanto, se deben cumplir estrictos requisitos en tiempo real
de estos sistemas (7).
Sin embargo, esto no necesariamente significa que la transmisión de datos a través
de un sistema de bus también debe estar sujeta a estos requisitos en tiempo real. La
adherencia a los requisitos suaves en tiempo real suele ser suficiente. Si se necesitan
señales de otras unidades de control para funciones, el sistema de bus debe transmitir
los datos a una velocidad de transferencia de datos más rápida y con un retardo de
tiempo menor para que el sistema general cumpla con lo especificado en los
requisitos en tiempo real (7).
Característica Requisitos Duros Requisitos Suaves
Respuesta de tiempo Altamente requerido Deseable
Rendimiento de carga
máxima
Predecible Degradable
Seguridad Crítica No crítica
Tamaño de los datos Pequeños/Mediano Largo
Redundancia Activa Recuperación
Integridad de los datos Termino corto Término largo
Detección de errores Autónomo Asignado

36
2.3.2.1.4. Número de nodos de red
La cantidad máxima de nodos que se integra varía según las diferentes áreas de
operación del vehículo. Varios buses idénticos se pueden usar si es necesario. En 2008
hubo una producción mundial anual de vehículos de aproximadamente de 65-67
millones de vehículos con 10-15 nodos en promedio por vehículo. Este número ha ido
en incremento, en un futuro se estima que en promedio un vehículo contendrá 30-45
nodos (17). La cantidad de nodos conectados a una red dependerá del
equipamiento y la gama del vehículo. Vehículos como el Mercedes clase S ha
incrementado su número de nodos de 5 hasta 55 en un lapso de 14 años.
2.3.3. Mecanismos de control
En la actualidad dos tipos de redes de comunicación son distinguidas. Las actividades
de comunicación en redes activadas por eventos son activadas por la ocurrencia de
algún evento en el ambiente o el sistema. Un nodo solicita la transmisión de un
mensaje si un una interrupción llegado desde un sensor, por ejemplo. Por otro lado si
las actividades son controladas por la progresión global del tiempo se habla de una
red de comunicación activada por el tiempo. Cada nodo envía mensajes en periodos
de tiempo predefinidos. Los dos enfoques de comunicación resultan en significantes
diferencias en sus propiedades no funcionales (30).
2.3.3.1. Comunicación activada por eventos
Los buses activados por eventos se han establecido como un estándar para los
sistemas de control de chasis actuales y la comunicación del tren de potencia en un
vehículo.
La principal ventaja de los sistemas activados por eventos (ET) es su capacidad para
reaccionar rápidamente ante eventos externos asíncronos que no se conocen de
antemano (31). Por lo tanto, muestran un mejor rendimiento en tiempo real en
comparación con los sistemas activados por tiempo. Además, los sistemas activados

37
por eventos poseen una mayor flexibilidad y permiten en muchos casos la adaptación
a la demanda real sin un rediseño del sistema completo (32).
Figura 21 - Control ET
En el muestreo activado por eventos, los eventos de control solo se pueden generar
cuando la red está inactiva (33).
Figura 22 - Eventos de control

38
2.3.3.2. Comunicación activada por tiempo
Las redes de comunicación activadas por el tiempo permiten desenredar la alta
complejidad de los sistemas de gran escala actuales, haciendo que el sistema sea
más controlable debido a un mayor determinismo (32).
En un sistema de comunicación activado por tiempo (TT), el control temporal reside
dentro del sistema de comunicación y no depende del software de aplicación en los
nodos. Los mensajes de estado se transportan desde el nodo emisor al nodo receptor
en puntos de tiempo predeterminados que se almacenan en tablas de planificación
de mensajes dentro de los controladores de comunicación (25).
Por lo tanto las actividades de verificación se vuelven prioridad para garantizar la
seguridad. Diversos trabajos muestran la necesidad de creación de escenarios en
etapas tempranas.
Figura 23 - Control TT

39
2.3.4. Clasificación de los sistemas de bus
Como se ha hecho mención a los diferentes requisitos que debe de cumplir un sistema
de bus la Sociedad de Ingenieros Automotrices (SAE) los ha clasificado en cuatro
clases dependiendo sus requisitos y características. A diferencia de la Organización
Internacional de Normalización (ISO) diferencia los sistemas de bus solo en dos tipos:
 Comunicación a baja velocidad (velocidades de bits <125 kbit/s)
 Comunicación de alta velocidad (velocidades de bits> 125 kbit/s)
2.3.4.1. Clase A
Sistemas de bus para aplicaciones simples con velocidades de datos bajas de hasta
10 kbit/s. Los mensajes transmitidos son principalmente cortos y se activan con una
baja velocidad de datos. El área de aplicación es relativamente sensible a los costos
y exige, por lo tanto, una tecnología de interconexión bastante barata.
2.3.4.2. Clase B
Sistemas de bus para aplicaciones con velocidades de datos de 10 kbit/s hasta 125
kbit/s.
2.3.4.3. Clase C
Sistemas de bus para aplicaciones, que requieren un comportamiento en tiempo real
con velocidades de datos de 125 kbit/s hasta 1 Mbit/s. En estas aplicaciones, se
requieren dominios a altas velocidades de datos con bajas latencias definidas de
transmisión de datos.

40
2.3.4.4. Clase D
Sistemas de bus para la transmisión de datos de flujos de datos largos con gran ancho
de banda. Estos requisitos prevalecen principalmente en el área de información y
entretenimiento, por ejemplo, para la transmisión de transmisiones de audio / video.
Clase Velocidad de
transferencia
Aplicaciones Protocolo
A 10 Kbits/s Actuadores y sensores. LIN
B 125 Kbits/s Mecanismos de manejo de error ECUs de
manejo de funciones de confort.
CAN baja
velocidad /
FlexRay
C 10 Mbit/s Aplicaciones de tiempo real ECU para el
manejo de funciones de manejo y motor.
CAN alta
velocidad
D >10 Mbit/s ECU para el manejo de funciones
multimedia.
MOST
Tabla 2 - Clasificación del bus de CAN

41
Figura 24 - Buses automotrices
2.3.5. Compuerta de enlace (Gateway)
Debido a que dentro de las redes de comunicación automotrices pueden tener
diferentes protocolos de comunicación los cuales necesitan transmitir información a
través de ellos es uso de Gateways o compuertas de enlace son necesarias para
garantizar que diferentes redes compartan la misma información.
Las compuertas de enlace son combinaciones de hardware y software de red que
conectan dos tipos distintos de redes. Específicamente, pueden conectar dos
sistemas que usan diferentes formatos, protocolos de comunicación o arquitectura. A
diferencia del hardware de conectividad analizado anteriormente en este capítulo,
las compuertas de enlace en realidad re empaquetan información para que otro
sistema pueda leerla. Para lograr esta tarea, las compuertas de enlace deben operar

42
en múltiples capas del modelo de OSI. Se comunican con una aplicación, establecen
y administran sesiones, traducen datos codificados e interpretan datos de
direccionamiento lógico y físico (34).
Una puerta de enlace se puede comparar con un intérprete que recibe información
de una red, los traduce y los pasa a otra. Una puerta de enlace es un nodo que lee
los datos que transmiten las redes y los convierte a otro formato. El uso de compuertas
de enlace permite, por lo tanto, intercambiar información entre diferentes redes (7).
Figura 25 - Puerta de enlace

43
2.4. APLICACIONES EN VEHÍCULOS
Los sistemas presentes en un vehículo se pueden dividir en cuatro grandes
agrupaciones visas desde un punto electrónico.
 Transmisión
 Chasis
 Interior
 Telemática
Los sistemas de transmisión y chasis, recaen principalmente en las aplicaciones en
tiempo real. En los sistemas de interior se encuentran los sistemas múltiplex y de
creación de redes. Las aplicaciones multimedia, de información y entretenimiento
corresponden a los sistemas telemáticos.
2.4.1. Sistemas de transmisión y chasis
Los sistemas de Transmisión y Chasis están asignados a buses clase C, con velocidad
de transferencia de datos de 500 kBaud (high-speed CAN). Estas redes son activadas
por eventos.
Algunos ejemplos son:
 Sistema de control electrónico de diésel (EDC)
 Sistemas de frenos antibloqueo (ABS)
 Programa de estabilidad electrónica (ESP)
 Sistemas de control activo del chasis (ABC)
 Sistemas de control de crucero adaptativo (ACC)
2.4.2. Sistemas de confort y comodidad
Los sistemas de interior son sistemas para el confort y comodidad, generalmente clase
B con una velocidad de transferencia de datos de 125Kbits/s (CAN Baja velocidad) o
CAN single-wire a 33 Kbits/s.
 Aire Acondicionado (AC)

44
 Módulos de memoria para asientos (MSM)
 Módulos de las puertas
 Módulos climatización de asientos (CSM)
 Módulos de Iluminación
Si la velocidad de transferencia caen a menos de 20 kBit / s, el LIN de bajo costo se
usa con mayor frecuencia. Las principales aplicaciones son la transferencia de
información del interruptor o la activación de actuadores.
2.4.3. Sistemas multimedia
Los sistemas telemáticos enfocan sus funciones en sistemas multimedia. Debe hacerse
una distinción entre los datos de control y los datos de audio / video en las redes
multimedia. Las tasas de transferencia de hasta 125 Kbit/s son suficientes para las
tareas de control, lo que significa que se puede usar el bus CAN de baja velocidad.
La transmisión directa de datos de audio o video requiere tasas de transferencia
extremadamente altas de más de 10 Mbit/s. El bus MOST o Ethernet se usan para este
propósito.
 Radio (CSM)
 Panel de instrumentos (IPC)
 Pantalla frontal (HUD)
2.4.4. Ejemplo de redes vehiculares
Las topologías de las redes de comunicación pueden diferir considerablemente según
el equipo del vehículo. En algunos casos, diferentes fabricantes de automóviles utilizan
diferentes sistemas de bus para la comunicación.

45
Tabla 3 - Descripción general de buses
2.5. SISTEMAS DE BUSES
2.5.1. CAN
2.5.1.1. Introducción
En 1983 Robert Bosch GmbH comenzó a desarrollar un proyecto interno en Alemania
para conectar todos los componentes electrónicos en un vehículo automotriz. En
1986, introdujeron por primera vez en el Congreso de la Sociedad de Ingenieros
Automotrices (SAE) el concepto de Red de Área de Controlador (CAN) basada en
un sistema de bus (35). El protocolo CAN se basa en el principio de la técnica de
transmisión de difusión en la donde los datos a transmitir en una red se envían a todos
los nodos. Los nodos miran dentro del paquete de datos para ver si el mensaje fue
CAN Alta
Velocidad
CAN Baja Velocidad LIN TTP MOST Bus Flexray
Definición
Red de Área
Controlada
Red de Área Controlada
Red de interconexión
local
Protocolo de
activación por
tiempo
Sistemas de
Transporte
Orientados a los
Medios
Nombre Propio
Tipo de BUS Convencional Convencional Convencional
Convencional y
Óptico
Óptico Convencional y Óptico
Domino Transmisión Confort Confort Redes de Seguridad
Multimedia y
Infotainment
Todos los Dominios
Aplicaciones
Control del
motor,
transmisión y
redes ABS / ESP
Confort y Comodidad
Aplicaciones sencillas
de bajo costo
Redes en entornos
relacionados con la
seguridad como
frenos
Transmisión de audio
y video
Aplicaciones simples
relacionadas con
seguridad
Topología Bus Bus Bus Estrella Anillo Estrella
Número
Máximo de
Nodos
10 24 16 - 64
22 (Teóricamente
hasta 2,048)
Mecanismo
de Control
Activada por
Eventos
Activada por Eventos Activada por Tiempo
Activada por
Tiempo
Activada por
Tiempo/Eventos
Activada por
Tiempo/Eventos
Número de
Líneas
Par Cruzado Par Cruzado Cable Simple Par Cruzado Fibra óptica Par Cruzado
Estándar ISO 1198 ISO 11 519-2
Paquete de
especificaciones LIN
Protocolo de
activación por
tiempo TTP / C
Especificación MOST
Especificación del
protocolo del sistema
de comunicaciones
FlexRay
Clasificación
SAE
Clase C Clase B Clase A - - -
10 Mbit/s Max. 22.5 Mbit/s 10 - 20 Mbit/s
Velocidad de
Transferencia
10 kbit/s - 1Mbit/s Max. 125 kbit/s Max. 20 kbit/s

46
creado para ellos. Si no, simplemente se descarta el paquete. El nodo destinatario de
los datos los descarga y los procesa (36).
Algunas de estas características hacen la velocidad CAN hasta 1 Mb/s. Esto es muy
útil en sistemas de control mecatrónicos en tiempo real que pueden permitir una
latencia muy baja. Debido a la alta velocidad ofrecida por CAN, se puede lograr una
baja latencia y, por lo tanto, un control eficiente en el tiempo. Los mensajes CAN
tienen una longitud corta por lo tanto hay una demora mínima en la recepción de
mensajes. La combinación de alta velocidad y longitud de mensaje corto da como
resultado un retardo bajo, debido a lo cual CAN se implementa en sistemas de control
mecatrónicos que tienen una tolerancia muy baja para retrasos (37). CAN es
básicamente un mecanismo de protocolo desencadenado por evento (ETP). Esto
significa que la transmisión de datos se inicia sólo cuando se produce un evento
específico. Debido a esta propiedad, el ancho de banda disponible se aprovecha al
máximo debido a la carga mínima en el sistema de bus
El sistema de direccionamiento se basa en identificadores de mensajes en lugar de
en direcciones físicas para nodos. Cada mensaje CAN tiene un identificador único
que asigna una prioridad al mensaje respectivo basado en el valor binario del
identificador. A un valor binario inferior se le asigna una prioridad más alta y viceversa.
Cualquier nodo puede transmitir un mensaje. Todos los demás nodos se preparan para
recibir, los nodos que no tienen uso para el mensaje lo descartan (35).
2.5.1.2. Historia de CAN
A comienzos de 1980’s muchos sistemas electrónicos comenzaron a aparecer en la
industria automotriz. Las compañías manufactureras de vehículos se vieron
interesados en comunicar estos sistemas electrónicos entre sí, para resolver esta
problemática protocolos como I2C (Circuito Inter-integrado) fueron implementados,
pero este tipo de comunicación no proporcionaba soporte para comunicaciones
multi-maestro, así como la velocidad de transferencia y la seguridad de la información
transmitida eran inadecuadas utilizando este tipo de protocolos. Consecuentemente
debido la ausencia de un bus que fuera capaz de proveer una comunicación veloz
multi-maestro que pudiera operar correctamente en distancias y con un bajo costo,

47
en 1983 Robert Bosch GmbH tomo la decisión de desarrollar un protocolo de
comunicación orientado a sistemas distribuidos que operará en tiempo real, el
desarrollo de CAN había comenzado (17).
El enfoque principal de ese desarrollo fue un sistema de comunicación entre un
número de ECUs dentro de un vehículo Mercedes-Benz. El involucramiento de esta
manufacturera automotriz así como la manufacturera de semiconductores Inter y
algunas universidades ayudaría al desarrollo exitoso de CAN.
El estándar de CAN fue introducido en 1986 durante el congreso de la SAE en Detroit,
Michigan. Los primeros chips controladores de CAN fue el Intel 82526 y el Phillips
82C200, introducidos en 1987 (15).
1983 Comienza el desarrollo de CAN en Robert Bosch GmbH.
1985 Especificación de CAN V1.0.
1986 Comienza la estandarización ISO.
1987 Introducción del primer prototipo del circuito integrado de CAN.
1989 Comienzo de la primera aplicación industrial.
1991
Especificación de CAN extendido 2.0.
Lanzamiento del primer vehículo - Mercedes class S, 5 unidades comunicadas
1992 Creación de CiA (Can en Automatización).
1993
Creación de grupo OSEK (Sistemas abiertos y sus interfaces para electrónicos en
vehículos de motor).
1994 Primera estandarización ISO.
1995 Grupo de trabajo en los Estados Unidos con la SAE.
1996 CAN es aplicado en la mayoría de sistemas de control del motor.
1997 Todos los mayores productores de chips venden componentes de CAN.
1998 Nuevos set de estándares (Diagnósticos, conformidad, etc.).
1999 Fase de desarrollo de CAN activado por tiempo (TTCAN).
2000 Explosión de CAN en todos los equipamientos vehiculares.
2001 Introducción de CAN activado por tiempo en tiempo real (TTCAN).

48
2003 CAN es utilizado por todas las compañías automotrices.
2008
La producción anual de vehículos es de 65-67 millones con 10-15 nodos de CAN en
promedio.
Tabla 4 - Principales acontecimientos en los primeros 20 años de CAN
2.5.1.3. Aplicaciones
CAN es el estándar de facto en una gran variedad de sistemas embebidos de red. El
desarrollo temprano de CAN fue respaldado principalmente por la industria del
vehículo: CAN se encuentra en una variedad de automóviles, camiones, barcos,
naves espaciales y otros tipos de vehículos (38). Así el protocolo de CAN es
mayormente utilizado en el sector automotriz, alrededor de 80% de las aplicaciones
desarrolladas basadas en CAN pertenecen a este dominio (17). Las aplicaciones
emergentes de CAN las cuales están ganando terreno van desde la industria la
automatización y las industrias de manufactura. Para mencionar algunos, se puede
citar por ejemplo autos de pasajeros, camiones y autobuses, productos electrónicos
marinos, automatización de fábricas, control de maquinaria industrial y control no
industrial (39).
Alguno de los ejemplos de las aplicaciones dentro de un vehículo, son:
 Sistema de gestión del motor.
 Control de transmisión electrónica.
 Sistemas de estabilización de vehículos.
 Tablero de instrumentos.
 Control del sistema de aire acondicionado.
 Ajuste del asiento.
 Unidad de ventana de poder.
 Control del techo corredizo.
 Ajustador de espejo.
 Sistema de iluminación.
 Control del sistema de navegación.

49
Debido a los procesos rápidos involucrados en el área de gestión del motor, la
información se requiere mucho más rápido comparada con el área de comodidad /
conveniencia donde los sistemas. Como resultado de estos requisitos diferentes, se
utilizan buses con diferentes velocidades de datos que ofrecen una relación costo-
beneficio óptima para el campo de aplicación en cuestión. Se hace una distinción
entre los buses CAN de alta velocidad y baja velocidad (7).
2.5.1.4. Principios operacionales de CAN
2.5.1.4.1. Propiedades de CAN
Las principales propiedades de la estructura del protocolo de CAN son (40):
 Priorización de mensajes.
 Garantiza los tiempos de latencia.
 Configuración flexible.
 Multi-distribución de recepción con tiempos de sincronización.
 Consistencia de datos.
 Comunicación multi-maestro.
 Detección de errores.
 Auto-retransmisión de mensajes corruptos.
 Distinción entre errores temporales y fallas permanentes.
2.5.1.4.2. Estructura de un nodo de CAN
En el modelo de referencia ISO / OSI, la especificación CAN original, desarrollada por
Robert Bosch GmbH, cubre solo las capas de enlace Físico, de Transferencia y de
Datos. Más tarde, ISO proporcionó su propia especificación del protocolo CAN, con
detalles adicionales para la implementación de la capa física (41).
En términos generales, el objetivo de la capa física es definir la codificación de bits en
señales con características físicas definidas. La especificación del medio físico de
transmisión únicamente incluye los niveles de señal requerida (corriente / voltaje) (41).

50
La capa de enlace de datos consiste en las subcapas de Control de Enlace Lógico
LLC y de Control de Acceso al Medio. La subcapa LLC proporciona todos los servicios
para la transmisión de una secuencia de bits desde una fuente a un destino. En
particular, define (41):
 Servicios para transferencia de datos y solicitud remota de datos.
 Condiciones en las que se deben aceptar los mensajes recibidos, incluido el
filtrado de mensajes.
 Mecanismos para la gestión de la recuperación y el flujo (notificación de
sobrecarga).
La subcapa MAC (Control de Acceso al medio) se considera como el núcleo del
protocolo CAN. La subcapa MAC es responsable del encuadre del mensaje, el
arbitraje del medio de comunicación, la gestión del acuse de recibo y la detección y
señalización de errores (41).
La capa de objetos está relacionada con el filtrado de mensajes, así como con el
estado y el manejo de mensajes (40).

51
Figura 26 - Estructura del nodo de CAN
2.5.1.4.3. Mensajes
La información del bus se envía en forma de mensajes de longitud diferente pero
limitada. Cuando el bus está libre, cualquier nodo conectado puede comenzar a
transmitir un nuevo mensaje (40).

52
2.5.1.4.4. Enrutamiento de información
En los sistemas CAN, un nodo no utiliza ninguna información sobre la configuración del
sistema (40).
2.5.1.4.5. Flexibilidad del sistema
Los nodos se pueden agregar a la red CAN sin requerir ningún cambio en el software
o hardware de ningún nodo o capa de aplicación (40).
2.5.1.4.6. Enrutamiento de mensajes
El contenido de un mensaje se describe mediante un Identificador. El Identificador no
indica el destino del mensaje, sino que describe el significado de los datos, de modo
que todos los nodos en la red puedan decidir mediante el filtrado de mensajes si los
datos serán o no accionados por ellos (40).
2.5.1.4.7. Multidifusión
Como consecuencia del concepto de filtrado de mensajes, cualquier número de
nodos puede recibi
2.5.1.4.8. Consistencia de los datos
Dentro de una red CAN se garantiza que un mensaje sea aceptado simultáneamente
por todos los nodos o por ningún nodo. Por lo tanto, la coherencia de los datos es una
propiedad del sistema lograda mediante los conceptos de multidifusión y mediante
el manejo de errores (40).
2.5.1.4.9. Velocidad de bits
La velocidad de CAN puede ser diferente en diferentes sistemas. Sin embargo, en un
sistema dado, la tasa de bits es uniforme y fija (40).

53
2.5.1.4.10. Prioridades
El identificador define una prioridad de mensaje estático durante el acceso al bus
(40).
2.5.1.4.11. Solicitud remota de datos
Al enviar un mensaje remoto, un nodo que requiera datos puede solicitar otro nodo
para enviar el marco de datos correspondiente. El mensaje de datos y el mensaje
remoto correspondiente tienen el mismo identificador (40).
2.5.1.4.12. Multi-maestro
Cuando el bus está libre, cualquier nodo puede comenzar a transmitir un mensaje. El
nodo con el mensaje de mayor prioridad que se transmitirá gana acceso al bus (40).
2.5.1.4.13. Direccionamiento basado en contenido
A diferencia de otras redes, CAN no direcciona los nodos de red individualmente, sino
a los mensajes que se han enviado. Cada mensaje tiene un identificador único. El
identificador clasifica el contenido del mensaje (por ejemplo, la velocidad del motor
o la posición de la ventana de encendido). Por lo tanto, una estación puede transmitir
un mensaje a todas las demás estaciones (método de multidifusión o de difusión).
Estas estaciones leen solo aquellos mensajes cuyos identificadores están
almacenados en su lista de aceptación (filtrado de mensajes). De esta manera, cada
estación decide por sí misma si necesita o no un mensaje enviado en el bus. Con 11
bits en el formato estándar, es posible distinguir entre 2,048 mensajes CAN diferentes;
en el formato extendido, este número asciende a más de 536 millones (7).
La ventaja de este método de direccionamiento es que los nodos de red no requieren
ninguna información sobre la configuración del sistema y, por lo tanto, son libres de
operar de forma totalmente independiente entre sí. Esto da como resultado un
sistema completo altamente flexible, que facilita la administración de las variantes de
los equipos. Si un nodo requiere nueva información que ya está en el bus, todo lo que

54
necesita hacer es llamarla desde el bus. Es posible integrar estaciones adicionales en
el sistema (siempre que sean receptores) sin tener que modificar las estaciones
existentes (7).
Figura 27 - Direccionamiento y filtrado de mensajes
2.5.1.4.14. Arbitraje
Cada nodo de una red CAN puede iniciar la transmisión de un mensaje tan pronto
como el bus esté libre (42). Si dos o más nodos comienzan a transmitir mensajes al
mismo tiempo, el conflicto de acceso al bus se resuelve mediante un arbitraje bit a bit
utilizando el identificador (40). Para evitar que los nodos destruyan los datos
transmitidos entre sí, el mensaje con la más alta prioridad de todos los mensajes que
se arbitran simultáneamente se determina en una fase de arbitraje. Al mensaje con el
valor más bajo de identificador de mensaje se le asigna la más alta prioridad (43).
Cada nodo monitorea el nivel de señal en el bus durante la fase de arbitraje. La fase
de arbitraje consiste en la transmisión del identificador de mensaje y del bit de
retransmisión remota (RTR). Si un nodo detecta un nivel de bus dominante, aborta el
proceso de transmisión de inmediato, un mensaje con mayor prioridad se transmite al
mismo tiempo y entra en el estado de recepción (43).

55
Figura 28 - Arbitrariedad de CAN
2.5.1.4.15. Secuencia de transmisión y recepción de datos
Secuencia de transmisión de datos en el bus CAN (44).
1) Inicialmente el bus está inactivo.
2) Todos los nodos transmitirán datos.
3) El nodo de prioridad más alta tendrá acceso al bus y transmitirá los
datos, otros nodos entrarán en el modo de recepción.
4) El nodo de transmisión esperará el acuse de recibo.
5) Si se recibe acuse de recibo, se envía el siguiente mensaje, de lo
contrario se espera y vuelve a enviar el mismo mensaje.
6) Se envía bit EOF (Fin del mensaje) y se ingresar al modo de recepción.
Secuencia de recepción de datos en el bus CAN (44).
1) Si el mensaje se recibe sin errores (por cálculos CRC) se envía el acuse
de recibo.
2) Si el mensaje está dañado, se espera al mensaje corregido.
3) Se inicia el proceso del controlador de CAN.

56
4) Se enviar el mensaje recibido al mecanismo de filtro de Aceptación
5) Si se acepta el mensaje, envíelo a la memoria FIFO del controlador de
lo contrario descarta el mensaje.
6) Alerte el procesador sobre el mensaje válido.
2.5.1.4.16. Integridad de los datos
Para lograr una integridad muy alta de la transferencia de datos, se implementan
potentes medidas de detección de errores, señalización y auto-verificación en cada
nodo CAN (40).
2.5.1.4.17. Detección de errores
Para detectar errores, se han tomado las siguientes medidas (40):
 Monitoreo (cada transmisor compara los niveles de bit detectados en el bus
con los niveles de bit que se transmiten)
 Comprobación de redundancia cíclica (CRC)
 Verificación del mensaje
 Rendimiento de detección de errores
2.5.1.4.18. Error de señalización y tiempo de recuperación
Los mensajes dañados son marcados por cualquier nodo que detecta un error. Tales
mensajes se cancelan y se retransmiten automáticamente. El tiempo de recuperación
desde la detección de un error hasta el inicio del siguiente mensaje es como máximo
de 29 bits, siempre que no haya más errores (40).
2.5.1.4.19. Confinamiento de fallas
Los nodos CAN son capaces de distinguir entre perturbaciones cortas y fallas
permanentes. Los nodos defectuosos son apagados (40).

57
2.5.1.4.20. Conexiones
El enlace de comunicación en serie CAN es un bus al que se pueden conectar varios
nodos. Este número no tiene límite teórico. Prácticamente, la cantidad total de nodos
estará limitada por los tiempos de demora y / o cargas eléctricas en la línea del bus
(40).
2.5.1.4.21. Canal único
El bus consiste en un único canal bidireccional que transporta bits. A partir de estos
datos, la información de re-sincronización se puede derivar (40).
2.5.1.4.22. Valores de bus
El bus puede tener uno de dos valores complementarios: dominante o recesivo.
Durante la transmisión simultánea de bits dominantes y recesivos, el valor de bus
resultante será dominante. El nivel dominante estaría representado por un "0" lógico y
el nivel recesivo por un "1" lógico (40).
2.5.1.4.23. Reconocimiento
Todos los receptores verifican la consistencia del mensaje que se recibe y confirmará
un mensaje consistente (40).
2.5.1.5. Mensajes de CAN
Existen cuatro tipos mensajes de CAN: Mensajes de datos, Mensajes remotos,
Mensajes de error y Mensaje de sobrecarga (45).
Los mensajes de datos son transmitidos cuando un nodo desea transmitir datos
normales dentro de la red (45).
Los mensajes remotos se pueden describir como una petición de información, un nodo
que transmite este mensaje se encuentra preguntando algún tipo de información
descrita en el identificador. El nodo con la información disponible deberá responder
enviando esta información dentro de la red (45).

58
Cualquier unidad que detecte un error en el bus transmitirá un mensaje de error (45).
Un mensaje de sobrecarga es utilizado para proveer un retardo extra entre los datos
o mensajes remotos enviados (45).
2.5.1.6. Mensaje de datos
Los mensajes de datos se utilizan para transmitir información entre un nodo fuente y
uno o más nodos receptores. Los mensajes de datos no usan direccionamiento
explícito para identificar los receptores de mensajes. En cambio, cada nodo receptor
indica los mensajes que se recibirán en función de su contenido de información, el
cual está codificado en el campo Identificador (41).
Hay dos versiones del protocolo de CAN: CAN 2.0A (CAN estándar) con
identificadores de 11 bits y CAN 2.0B (CAN extendido) con identificadores de 29 bits.
Para las comunicaciones en el vehículo, solo se utiliza CAN 2.0A ya que proporciona
un número suficiente de identificadores (46). El protocolo CAN utiliza el identificador
de mensaje como una prioridad para determinar qué mensaje, entre los
contendientes para el bus, se transmitirá a continuación (47).
Los mensajes estándar y extendidos se pueden transmitir en el mismo bus por
diferentes nodos o por el mismo nodo. La parte de arbitraje del protocolo funciona
independientemente de la versión de identificador, permitiendo que los mensajes de
identificador de 29 bits se transmiten en la misma red junto con otros con un
identificador de 11 bits (41).
2.5.1.6.1. Formato 2.0A
El estándar de CAN 2.0 A consiste de siete campos:

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