ChinaAutoRegs｜GB/T 41588.1-2022英文版翻译 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
Road Vehicles—Controller Area Network (CAN)—Part 1: Data Link Layer and Physical Signaling

CONTENTS

Foreword IV
Introduction V
1 Scope 1
2 Normative References 1
3 Terms and Definitions 1
4 Symbols and Abbreviated Terms 5
5 Basic Concepts of CAN 6
6 Layered Architecture of CAN 8
7 Description of LLC Sub-layer 10
8 Interface between LLC and MAC 16
9 MAC Sub-Layer 17
10 PL Specification 34
11 Description of supervisor FCE 44
12 Conformance 48
Annex A (Informative) Additional Information 49
Bibliography 52

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 1 Mbit/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1 Mbit/s,每帧有效负载超过8字节。 本文件根据ISO/IEC7498-1开放系统互连(OSI)的ISO 参考模型,从 分层的角度描述了 CAN 的一般架构,CAN 数据链路层根据ISO/IEC8802-2和ISO/IEC8802-3规定。 本文件包含以下方面的详细规范(见图2):
———逻辑链路控制子层;
———媒体访问控制子层;
———物理编码子层。
有三种实现选项,如下:
———仅支持传统 CAN 帧格式,不兼容可变数据速率帧格式;
———支持传统 CAN 帧格式,且兼容可变数据速率帧格式;
———支持传统 CAN 帧格式,且支持可变数据速率帧格式。 在新的设计中,宜实现最后一种方案。
注:只有在不使用可变数据速率帧格式的情况下 ,第 一个选项的实现才能与第三个选项的实现通信。 否则 ,将 产生错误帧。在使用第一个选项的 CAN 网络中 使 用 可 变 数 据 速 率 帧 格 式 也 是 有 可 能 的 ,但 不 属 于 本 文 件 规 定 的 范围。

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/IEC7498-1 信息处理系统 开放系统互连 第1部分:基本参考模式(Informationtechnol- ogy—Opensystemsinterconnection—Basicreferencemodel:Thebasicmodel)
注 :GB/T9387.1—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/IEC7498-1:1994, IDT)
ISO/IEC8802-2 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 (Informationtechnology—Telecommunicationsandinformationexchangebetween systems—Localandmetropolitanareanetworks—Specificrequirements—Part2:Logicallinkcontrol)
注 :GB/T15629.2—2008 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 (ISO/IEC8802-2:1998,IDT)
ISO/IEC8802-3 信息技术 系统间远程通信和信息交换 局域网和城域网 特定需求 第3部 分:以太网标准(Informationtechnology—Telecommunicationsandinformationexchangebetweensys-
tems—Localandmetropolitanareanetworks—Specificrequirements—Part3:StandardforEthernet)
注 :GB/T15629.3—2014 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 3 部 分 :带 碰撞检测的载波侦听多址访问(CSMA/CD)的 访问方法和物理层规范(ISO/IEC8802-3:2000,MOD)

3 术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。
3.1
仲裁段 arbitrationphase
使用标称位时间的段。
3.2
位填充 bitstuffing
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 bus
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 buscomparator
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 busdriver
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 busstate
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 classicalbaseframeformat
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。
3.8
传统扩展帧格式 classicalextendedframeformat
使用29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。
3.9
传统帧 classicalframe
指使用传统标准帧格式、或者传统扩展帧格式的数据帧或者远程帧。
3.10
基于内容的仲裁 content-basedarbitration
当多个节点同时访问总线时,解决总线冲突的 CSMA 仲裁进程。
3.11
数据位速率 databitrate
数据段单位时间内的位数量,与位编码/解码无关。

数据位时间 databittime
数据段的一个位占用的时间长度。
3.13
数据帧 dataframe
包含用户数据的帧。
3.14
数据段 dataphase
使用数据位时间的阶段。
3.15
边沿 edge
两个连续时间份额间的总线状态的差异。
3.16
错误帧 errorframe
指示检测到错误情形的帧。
3.17
支持 FD FDenabled
可以发送和接收 FD 帧和传统帧。
3.18
FD 标准帧格式 FDbaseframeformat
使用11位ID,传输时使用可变的位速率,一帧最多包含64个数据字节的数据帧格式。
3.19
FD 扩展帧格式 FDextendedframeformat
使用29位ID,传输时使用可变的位速率,一帧最多包含64个数据字节的数据帧格式。
3.20
FD 帧 FDframe
使用 FD 标准帧格式或 FD 扩展帧格式的数据帧。
3.21
不兼容 FD FDintolerant
只能发送和接收传统帧,干扰 FD 帧。
3.22
兼容 FD FDtolerant
不能发送或接收 FD 帧,但不干扰 FD 帧。
3.23
帧 frame
定义了在媒介中依次传送的位或者位场的范围和含义的数据链路层协议数据单元。
3.24
句柄 handle
一个或多个 LLC 帧(LPDU)的硬件对象标签。
3.25
更高层协议 higher-layerprotocol
按照 OSI模型定义的数据链路层的上层协议。
[来源:ISO/IEC7498-1]
3.26
标识符 identifier
不指明帧的目的地,而是反映特定帧的优先级,并表明所传输数据的含义。
3.27
空闲 idle
当一个帧完成后处于隐性状态的一种网络状态。
3.28
空闲情形 idlecondition
检测到连续11个隐性位的情形。
3.29
整合 integrating
当节点在总线关闭恢复中启动协议操作后,或者遇到协议外事件之后,等待空闲情形的节点状态。
3.30
最小时间份额 minimumtimequantum
在特定实现里可以配置的最小时间量。
3.31
多播 multicast
帧可以同时被多个节点接收的寻址方式。
注:广播是一种特殊的多播 ,广 播的帧可以同时传送给所有节点。
3.32
多主 multimaster
网络中有多个节点,每个节点都可能暂时控制其他节点的行为。
3.33
节点 node
连接到通信网络,根据通信协议定义能够通过网络进行通信的装置。
注 :CAN 节点是指在 CAN 网络中进行通信的节点。
3.34
节点时钟 nodeclock
CAN 实现中,协调位时间相关状态机的时基。
3.35
标称位速率 nominalbitrate
仲裁段单位时间内的位数量,与位编码/解码无关。
3.36
标称位时间 nominalbittime
仲裁段的一个位占用的时间长度。
3.37
不归零编码 Non-Return-to-Zero;NRZ
表示二进制信号的一种方法,即在同一个位时间 内,信 号电平未发生改变,其 中具有相同逻辑值的
位流不提供边沿。
3.38
过载帧 overloadframe
指示有过载情形的帧。
3.39
优先级 priority
帧的属性,决定了它在仲裁过程中的排名。
注:高优先级增加了帧赢得仲裁的可能性。
3.40
协议 protocol
包括帧管理的定义、帧传送和 PL,用于在节点间交换信息的正式约定或者规则的集合。
3.41
协议外事件 protocolexceptionevent
正式约定或者规则集合的例外情况,可以用来兼容未来新的帧格式。
3.42
接收方 receiver
当总线空闲时,不是发送方或者整合状态的任意节点。
3.43
远程帧 remoteframe
请求发送指定数据帧的帧。
3.44
填充位计数 stuffbitcount
帧中 CRC 场之前的填充位的数量,其数量不包含固定填充位。
3.45
时间触发通信 time-triggeredcommunication
可以在定义的时间间隙发送帧的选项,也可以提 供网络范围的时钟同步,并 禁止帧的自动重发,从
而可以避免专用数据帧和远程帧与其他节点发送的数据帧和远程帧冲突。
3.46
收发器 transceiver
由总线比较器和总线驱动组成,将 CAN 节点连接到 CAN 网络的电路。
3.47
发送方 transmitter
数据帧或者远程帧的源节点,直到总线再次空闲或者该节点失去仲裁,否则一直保持发送。

4 符号和缩略语

下列符号和缩略语适用于本文件。
ACK:应答(acknowledgement)
AUI:连接单元接口(attachmentunitinterface)
BCH:BCH 码(bose-chaudhuri-hocquenghem)
BRS:位速率转换(bitrateswitch)
CAN:控制器局域网络(controllerareanetwork)
CBFF:传统标准帧格式(classicalbaseframeformat)
CEFF:传统扩展帧格式(classicalextendedframeformat)
CRC:循环冗余校验(cyclicredundancycheck)
CSMA:载波侦听多路访问(carriersensemultipleaccess)
DF:数据帧(dataframe)
DLC:数据长度编码(datalengthcode)
EF:错误帧(errorframe)
EOF:帧结束(endofframe)
ESI:错误状态指示(errorstateindicator)
FBFF:可变数据速率标准帧格式(FDbaseframeformat)
FCE:故障界定实体(faultconfinemententity)
FD:可变数据速率(flexibledatarate)
FDF:FD 格式指示(FDformatindicator)
FEFF:FD 扩展帧格式(FDextendedframeformat)
HLP:更高层协议(higher-layerprotocols)
IDE:标识符扩展(identifierextension)
IPT:信息处理时间(informationprocessingtime)
LAN:局域网络(localareanetwork)
LLC:逻辑链路控制(logicallinkcontrol)
LME:层管理实体(layermanagemententity)
LPDU:LLC 协议数据单元(LLCprotocoldataunit)
LSDU:LLC 服务数据单元(LLCservicedataunit)
MAC:媒介访问控制(mediumaccesscontrol)
MAU:媒介连接单元(mediumattachmentunit)
MDI:媒介专用接口(mediumdependentinterface)
MPDU:MAC 协议数据单元(MACprotocoldataunit)
NRZ:不归零编码(non-return-to-zero)
OF:过载帧(overloadframe)
OSI:开放系统互连(opensystemsinterconnection)
OVLD:过载(overload)
PCI:协议控制信息(protocolcontrolinformation)
PCS:物理编码子层(physicalcodingsub-layer)
PDU:协议数据单元(protocaldataunit)
PL:物理层(physicallayer)
PMA:物理媒介连接(physicalmediumattachment)
r0:CEFF 中的保留位(reservedbitinCEFF)
res:FD 帧中的保留位(reservedbitinFDframe)
RF:远程帧(remoteframe)
RRS:远程请求替代(remoterequestsubstitution)
RTR:远程传输请求(remotetransmissionrequest)
SAP:服务访问点(serviceaccesspoint)
SDU:服务数据单元(servicedataunit)
SJW:同步跳转宽度(synchronizationjumpwidth)
SOF:帧起始(startofframe)
SP:采样点(samplepoint)
SRR:替代远程请求(substituteremoterequest)
SSP:第二采样点(secondarysamplepoint)
TDC:发送延迟补偿(transmitterdelaycompensation)

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。
5.4 信息路由
节点不使用任何网络配置信息(如节点地址),接收方接收信息与否,取决于其内部的帧接收过滤进 程。该进程决定了接收到的信息相关与否。对于接收方而言,不需要知道发送方的信息,反之亦然。
5.5 网络灵活性
如果新加入的节点不是任何 DF 的发送方,且新加入的节点不需要当前网 络任何另外的数据,则 该 节点可以加入 CAN 网络,而无需其他节点进行任何软件或者硬件的更改。
5.6 数据一致性
在 CAN 网络中,一个帧要 么 被 所 有 节 点 作 为 有 效 帧 接 收,要 么 没 有 一 个 节 点 将 其 作 为 有 效 帧 接 收。这种数据一致性是通过广播和错误处理实现的 CAN 网络特性。
5.7 远程数据请求
通过发 送 RF,节 点 请 求 数 据 可 以 请 求 另 一 个 节 点 发 送 相 应 的 DF。RF 和 相 应 DF 有 相 同 的 标 识符。
注 1:拥 有被请求ID 报文的节点 ,决 定发送新的数据 ,还 是发送缓存中的数据。
注 2:拥 有被请求ID 报文的节点 ,决 定如何回应 DLC 不匹配的 RF。
5.8 错误检测
对于错误检测,有以下方法:
———监测(发送方比较发送出去的位电平和总线上实际检测到的位电平);
——— 传统帧的15位 CRC、数据场最大为16字节的 FD 帧的17位 CRC、数据场范围为20~64字节 的 FD 帧的21位 CRC;
———FD 帧的填充位数量检查;
———填充宽度为5的可变位填充(FD 帧的 CRC 场除外);
———帧格式检查;
———ACK 检查。
5.9 错误标识和恢复时间
被干扰的帧可以被任意发送节点和任意正常操作的接收节点(主 动错误)标 记。 这些帧会被丢弃, 并根据已实现的恢复进程进行重发(见7.3.4)。 如果没有其他错误出现的话,从 检测到错误开始,到 可 以开始发送下一帧的恢复时间,一般是17~23个标 称位时间(对 于被动错误的节点,最 高 31 个标称位时间)。
5.10 应答
所有的接收方都会检查接收到的 DF 和 RF 的一致性,对于一致的帧进行应答,对不一致的帧用 EF 进行标识。发送方节点将未被应答的 DF 或者 RF 视为已损坏的帧。
5.11 自动重发
失去仲裁、或者未被应答、或者发送过程中被错误干扰的帧会自动重发,直到其发送成功完成,或者 其发送不再被请求(见7.3.4和9.9.6)。 可选的,可 以禁止自动重发,或 者将自动重发限制在一定次数 (见9.9.6)。
5.12 故障界定
CAN 节点可以区分为短时干扰或者永久故障。 失效发送节点被关闭。 这意味着节点在逻辑上从 总线上断开,因此它既不能发送也不能接收任何帧(见11.1.4.4)。
5.13 主动错误
主动错误节点参与总线通信,且当检测到错误时 发送主动错误标志。 主动错误标志由 6 个连续的 显性位组成,不遵循 DF 和 RF 的位填充规则和固定格式(见11.1.4.2)。
5.14 被动错误
被动错误节点不发送主动错误标志。它参与总线通信,当检测到错误时,发送被动错误标志。被动 错误标志由6个连续的隐性位组成。 发送后,到 下一次发送前,被 动错误节点要等待一段额外的时间 (见9.4.6.4和11.1.4.2的抑制发送)。
5.15 总线关闭
当节点被 FCE 请求从总线中断开,则节点处于总线关闭状态。该状态下,节点不能发送 和接收帧, 也不能发送任何显性位。

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