GB/T 41588.1-2022 英文版 道路车辆 控制器局域网（CAN） 第1部分：数据链路层和物理
GB/T 41588.1-2022 英文版 Road vehicles - Controller area network(CAN) - Part 1: Data link layer and physical signalling
GB/T 41588.1-2022 英文版 道路车辆 控制器局域网（CAN） 第1部分：数据链路层和物理信令
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1 范围
本文件规定了一些用于建立CAN数据链路层模块间的数字信息交互的特性。控制器局域网是一
种串行通信协议,支持分布式实时控制和多路复用,用于道路车辆和其他控制应用。
本文件规定了传统CAN和可变数据速率CAN帧格式。传统CAN帧格式比特率可达1Mbit/s,
每帧有效负载可达8字节,可变数据速率帧格式比特率高于1Mbit/s,每帧有效负载超过8字节。
本文件根据ISO/IEC 7498-1开放系统互连(OSI)的ISO 参考模型,从分层的角度描述了CAN的
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文
件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于
本文件。
ISO/IEC 7498-1 信息处理系统 开放系统互连 第1部分:基本参考模式
注:GB/T 9387.1-1998 信息技术 开放系统互连 基本参考模型 第1部分:基本模型
ISO/IEC 8802-2 信息技术 系统间远程通信和信息交换 局域网和城域网 特定要求 第2部
分:逻辑链路控制
3 术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。
3.1
仲裁段
使用标称位时间的段。
3.2
位填充
当使用NRZ位表示时,为定期重新同步提供总线状态改变的一种帧编码方法。
注:每当发送逻辑在数据中发现一定数量(填充宽度)连续相同的位值,它会在输出位流中自动填充一个值相反的位,即填充位。接收方将数据帧和远程帧中的填充位去掉,即执行相反的进程。
3.3
总线
所有节点都是被动连接并允许双向传输的通信网络的拓扑。
3.4
总线比较器
将来自通信媒介的物理信号转换成逻辑信息或者数据信号的电路。
3.5
总线驱动
将信息或者数据信号转换成可以在通信媒介上传输的物理信号的电路。
3.6
总线状态
两种互补的逻辑状态中的一种:显性或隐性。
注:显性位相当于逻辑0,隐性位相当于逻辑1。如果同时传输显性和隐性位,最终总线状态为显性。当没有传输时,总线为空闲。处于空闲时间时,总线为隐性状态。
3.7
传统标准帧格式
使用11位ID,传输时只用1种位速率,一帧最多包含8个数据字节的数据帧或者远程帧格式。
4 符号和缩略语
下列符号和缩略语适用于本文件。
ACK:应答
AUI:连接单元接口
BCH:BCH码
BRS:位速率转换
CAN:控制器局域网络
CBFF:传统标准帧格式
CEFF:传统扩展帧格式
CRC:循环冗余校验
CSMA:载波侦听多路访问
DF:数据帧
5 CAN基本概念
5.1 CAN特性
CAN有如下特性:
---基于优先级的多主总线访问;
---基于内容的非破坏性仲裁;
---所有帧都是广播;
---帧多播传输,由接收方过滤;
---远程数据请求;
---配置灵活;
---网络范围的数据一致性;
---错误检测和错误标识;
---失去仲裁的、或者未被应答的、或传输过程中被错误干扰的帧自动重发;
---区分临时错误和永久故障节点,且自动关闭失效节点。
5.2 帧
发送到总线上的信息,有固定格式的帧,数据长度可能不同,但是最大长度有限制。当总线空闲时,
任何已连接的节点都允许启动DF或者RF的发送。当总线上没有帧发送时,总线为空闲。此外,任何
已连接的节点都可能通过特定帧指示错误或者过载情形(EF和OF)。
5.3 总线访问方法
如果两个或以上的节点同时开始发送DF或者RF,总线访问冲突通过对其ID标识符进行基于内
容的仲裁来解决。该仲裁机制保证了不会丢失信息或者造成时间的丢失。DF或者RF为高优先级的
发送方获得总线访问权。DF和RF拥有同样ID时,DF赢得总线仲裁。
6 CAN的层级架构
6.1 参考OSI模型
根据OSI参考模型(见ISO/IEC 7498-1),本文件的CAN架构分为两层(见图2):
6.2 协议定义
两个同级协议实体,通过交换帧或者PDU来相互通信。
7 LLC子层描述
7.1 概述
根据ISO/IEC 8802-2,LLC子层描述了DLL的上层部分,它与独立于媒介访问方法类型的协议事
件相关联。
7.2 LLC子层的服务
7.2.1 无连接模式传输服务的类型
7.2.2 服务原语定义
7.2.2.1 概述
此条描述了LLC服务的服务原语和其相关参数,LLC服务原语的完整列表见表3。
8 LLC和 MAC间的接口
8.1 服务
MAC子层为本地LLC子层提供以下服务:
---对LLC帧的 MAC应答;
---发送 MACOF。
发给LLC子层、或者来自LLC子层的接口服务数据应按7.3定义。
8.2 时间和时间触发
8.2.1 描述
CAN可以设计成支持网络范围的时钟同步,基于此,可以额外支持时间触发通信。时钟同步选项
描述了网络中节点时钟校准的前提条件。为了让网络中的节点时钟同步,需要一个共同的参考点。应
采用SOF位、或者任意报文的EOF最后一位的采样点作为参考点。节点时钟同步便于在更高层协议
建立网络范围内的时基。如果实现的话,时间触发通信选项可以使得帧在定义的时间间隙发送。
用于建立全网时基的硬件应包含在LLC和 MAC中。
8.2.2 时基
任何支持时间和时间触发选项的节点应提供时基。时基是一个至少长16位的循环计数器,通过内
部或外部产生的滴答计时发生器来产生时钟刻度。
8.2.3 时间参考点
任何接收或者发送的报文都应调用所捕获的时基,时基取自各自报文的SOF或者EOF最后一位
的采样点。在成功接收报文后,抓取值应被提供给CPU,至少保持一个报文,且在接收到下一个报文前
仍可读。
8.2.4 事件产生
从上述的时基中,应至少能产生一个可编程的事件触发。该触发应能被CPU在0至(216-1)个时
间刻度范围内自由编程。
8.3 禁止自动重发
可以禁止自动重发(见5.11)。
8.4 报文的时间戳
可选的,支持CANFD的实现或者不支持CANFD的实现,可以为接收和发送的数据帧提供报文
时间戳。
时间戳长度为8位、16位或者32位。时基的时钟源应由节点内部产生,或者应由LLC用户提供。
时基计数器应递增,且超限后归0。
时基计数器对LLC用户在任意时间可读。时基的值应在每一个数据帧的参考点获取。对于传统
帧,参考点是各自帧SOF的采样点,或者是帧被认为是有效时的时间点(根据9.7)。对于FD帧,当
FDF为隐性,且随后的res位为显性,则参考点是SOF的采样点,或者res位的采样点,或者是帧被认
为是有效时的时间点(根据9.7)。
在EOF后,获取的时间戳的值应对LLC用户可读。
9 MAC子层
9.1 概述
MAC子层描述了 OSIDLL的低层部分。它为LLC子层和PL层提供服务接口,有以下功能
组成:
---发送/接收数据的封装/解封;
---错误检测和标识;
---发送/接收媒介访问管理。
9.2 MAC子层服务
9.2.1 服务描述
MAC子层提供的服务应允许本地LLC子层实体和同级LLC子层实体间交换 MSDU,其服务
如下。
a) 带应答的数据传送
该服务可以让LLC实体间无需建立数据链路连接就能交换 MSDU。其数据传送可以是点对
点、多播或者广播式的。
b) 带应答的远程数据请求
该服务允许LLC实体向另一个远程节点请求发送LSDU,两者无需建立数据链路连接。远程
LLC实体应用其 MAC层“带应答的数据传送”服务发送被请求的数据。由远程节点的 MAC
子层产生服务的ACK。ACK不应包含远程节点用户的任何数据。
c) OF传送
该服务允许LLC实体请求发送OF。OF是特殊固定格式的LPDU,可用于延迟下一个DF或
者RF。
1 Scope
This document specifies the characteristics of setting up an interchange of digital information between modules implementing the CAN data link layer. Controller area network is a serial communication protocol, which supports distributed real-time control and multiplexing for use within road vehicles and other control applications.
This document specifies the Classical CAN frame format and the newly introduced CAN Flexible Data Rate Frame format. The Classical CAN frame format allows bit rates up to 1 Mbit/s and payloads up to 8 byte per frame. The Flexible Data Rate frame format allows bit rates higher than 1 Mbit/s and payloads longer than 8 byte per frame.
This document describes the general architecture of CAN in terms of hierarchical layers according to the ISO reference model for open systems interconnection (OSI) according to ISO/IEC 7498-1. The CAN data link layer is specified according to ISO/IEC 8802-2 and ISO/IEC 8802-3.
This document contains detailed specifications of the following (see Figure 2):
——logical link control sub-layer;
——medium access control sub-layer;
——physical coding sub-layer.
There are three implementation options. They are the following:
——support of the Classical CAN frame format only, not tolerating the Flexible Data Rate frame format;
——support of the Classical CAN frame format and tolerating the Flexible Data Rate frame format;
——support of the Classical CAN frame format and the Flexible Data Rate frame format.
The last option is recommended to be implemented for new designs.
Note: Implementations of the first option can communicate with implementations of the third option only as long as the Flexible Data Rate frame format is not used; otherwise, Error Frames are generated. There are opportunities to run implementations of the first option also in CAN networks using the Flexible Data Rate frame format, but these are not in the scope of this document.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced document (including any amendments) applies.
ISO/IEC 7498-1 Information technology - Open systems interconnection - Basic reference model: The basic model
GB/T 9387.1-1998 Information technology-Open Systems Interconnection-Basic Reference Mode l- Part 1: The Basic Model (ISO/IEC 7498-1: 1994, IDT)
ISO/IEC 8802-2 Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements - Part 2: Logical link control
Note: GB/T 15629.2-2008 Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements - Part 2: Logical link control (ISO/IEC 8802-2:1998, IDT)
ISO/IEC 8802-3 Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements - Part 3: Standard for Ethernet
Note: GB/T 15629.3-2014 Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements - Part 3: Carrier sense multiple access with collision detection(CSMA/CD)access method and physical layer specif (ISO/IEC 8802-3: 2000, MOD)
3 Terms and definitions
For the purpose of this document, the following terms and definitions apply.
3.1
arbitration phase
phase where the nominal bit time is used
3.2
bit stuffing
frame coding method providing bus state changes required for periodic resynchronization when using an NRZ bit representation
Note: Whenever the transmitting logic encounters a certain number (stuff width) of consecutive bits of equal value in the data, it automatically stuffs a bit of complementary value - a stuff bit - into the outgoing bit stream. Receivers de-stuff the Data Frames and the Remote Frames, ie. the inverse procedure is carried out.
3.3
bus
topology of a communication network, where all nodes are reached by passive links which allow transmission in both directions
3.4
bus comparator
electronic circuit converting physical signals used for transfer across the communication medium back into logical information or data signals
3.5
bus driver
electronic circuit converting information or data signals into physical signals so that these signals can be transferred across the communication medium
3.6
bus state
one of two complementary logical states: dominant or recessive
Note: The dominant state represents the logical 0, and the recessive state represents the logical 1. During simultaneous transmission of dominant and recessive bits, the resulting bus state is dominant. When no transmission is in progress, the bus is idle. During idle time, it is in recessive state
3.7
classical base frame format
format for Data Frames or Remote Frames using an 11-bit identifier, which are transmitted with one single bit rate and up to and including 8 data bytes
3.8
classical extended frame format
format for Data Frames or Remote Frames using a 29-bit identifier, which are transmitted with one single bit rate and up to and including 8 data bytes
3.9
classical frame
Data Frame or Remote Frame using the Classical Base Frame Format or the Classical Extended Frame Format
3.10
content-based arbitration
CSMA arbitration procedure resolving bus- contention when multiple nodes simultaneously access the bus
3.11
data bit rate
number of bits per time during data phase, independent of bit encoding/decoding
3.12
data bit time
duration of one bit in data phase
3.13
data frame
frame containing user data (e.g. one or more signals or one or more suspect parameters of one or more process data)
3.14
data phase
phase where the data bit time is used
3.15
edge
difference in bus-states between two consecutive time quanta
3.16
error frame
frame indicating the detection of an error condition
3.17
FD enabled
able to receive and to transmit FD Frames, as well as Classical Frames
3.18
FD base frame format
format for Data Frames using an 11-bit identifier, which are transmitted with a flexible bit rate and up to and including 64 data bytes
3.19
FD extended frame format
format for Data Frames using a 29-bit identifier, which are transmitted with a flexible bit rate and up to and including 64 data bytes
3.20
FD frame
data Frame using the FD Base Frame Format or FD Extended Frame Format
3.21
FD intolerant
only able to receive or to transmit Classical Frames, disturbing FD Frames
3.22
FD tolerant
not able to receive or to transmit FD Frames but not disturbing them
3.23
frame
protocol Data Unit of the data link layer specifying the arrangement and meaning of bits or bit fields in the sequence of transfer across the transmission medium
3.24
handle
hardware object label of one or multiple LLC frames (LPDU)
3.25
higher-layer protocol
protocol above the Data Link Layer protocol according to the Open System Interconnection model
[SOURCE: ISO/IEC 7498-1]
