GB/T 41588.4-2022 英文版Road vehicles - Controller area network(CAN) - Part 4: Time-triggered communication

GB/T 41588.4-2022 英文版 道路車輛 控制器局域網(wǎng)（CAN） 第4部分：時(shí)間觸發(fā)通信

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1 范圍

本文件規(guī)定了控制器局域網(wǎng)(CAN)中的時(shí)間觸發(fā)通信協(xié)議,一種支持分布式實(shí)時(shí)控制和多路復(fù)用

的串行通信協(xié)議。

本文件適用于道路車輛中搭載CAN總線的電子控制單元(ECU)之間建立時(shí)間觸發(fā)的數(shù)字信息交

互,并且規(guī)定了參照ISO 11898-1中邏輯鏈路及媒介訪問控制實(shí)現(xiàn)的幀同步實(shí)體,用于提供時(shí)間觸發(fā)通

信調(diào)度表。

注:時(shí)間觸發(fā)CAN相對(duì)于CAN總線協(xié)議來說,附加了一個(gè)上層協(xié)議層,在時(shí)間觸發(fā)CAN中,CAN協(xié)議保持不變。

時(shí)間觸發(fā)通信使所有報(bào)文的延遲時(shí)間保持于特定的值,與CAN總線的負(fù)載率無關(guān)。時(shí)間觸發(fā)通信包含以下兩種級(jí)別:級(jí)別1僅限于周期性報(bào)文傳輸,而級(jí)別2則支持全局系統(tǒng)時(shí)間。時(shí)間觸發(fā)CAN的周期性通信是基于時(shí)間主節(jié)點(diǎn)發(fā)送的參照?qǐng)?bào)文。每一個(gè)開始于參照?qǐng)?bào)文的周期稱作基本周期,并且這個(gè)周期的時(shí)間段被細(xì)分為幾個(gè)時(shí)間窗口。參照?qǐng)?bào)文用于同步和校正所有節(jié)點(diǎn)的時(shí)間基礎(chǔ),保證所有節(jié)點(diǎn)與主節(jié)點(diǎn)保持一致的時(shí)間基礎(chǔ),給整個(gè)網(wǎng)絡(luò)提供一個(gè)全局時(shí)間。時(shí)間觸發(fā)CAN提供了一個(gè)備用時(shí)間主節(jié)點(diǎn)去代替故障的間主節(jié)點(diǎn)的機(jī)制。

2 規(guī)范性引用文件

下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中,注日期的引用文

件,僅該日期對(duì)應(yīng)的版本適用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改單)適用于

本文件。

ISO 11898-1 道路車輛 控制器局域網(wǎng)(CAN) 第1部分:數(shù)據(jù)鏈路層和物理信令

注:GB/T 41588.1-2022 道路車輛 控制器局域網(wǎng)(CAN) 第1部分:數(shù)據(jù)鏈路層和物理信令

ISO 11898-2 道路車輛 控制器局域網(wǎng)(CAN) 第2部分:高速媒介訪問單元

注:GB/T 41588.2-2022 道路車輛 控制器局域網(wǎng)(CAN) 第2部分:高速媒介訪問單元

ISO 11898-3 道路車輛 控制器局域網(wǎng)(CAN) 第3部分:低速容錯(cuò)、媒介相關(guān)接口

3 術(shù)語和定義

ISO 11898-1、ISO 11898-2和ISO 11898-3界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

3.1

應(yīng)用看門狗

用于檢測(cè)應(yīng)用層正常運(yùn)行的實(shí)體。

3.2

仲裁時(shí)間窗口

同一個(gè)時(shí)間內(nèi)可以定義多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送報(bào)文的時(shí)間窗口。

3.3

基本周期

多個(gè)連續(xù)的時(shí)間窗口組成的系統(tǒng)矩陣的行。

4 縮略語

CAN:控制器局域網(wǎng)

FSE:幀同步實(shí)體

LLC:邏輯鏈路控制

LSB:最低有效位

MAC:媒介訪問控制

MSB:最高有效位

SOF:幀起始

5 時(shí)間觸發(fā)總線的基本概念

5.1 一般規(guī)定

以下約定適用于本文件。

應(yīng)用看門狗:通常由主節(jié)點(diǎn)激活信號(hào)參數(shù)定義。

仲裁時(shí)間窗口的沖突由CAN標(biāo)識(shí)符的仲裁解決。如果總線沒有空閑,那么CAN節(jié)點(diǎn)無法開始傳

輸。在事件觸發(fā)CAN中,幾個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)可以在仲裁時(shí)間窗口的發(fā)送使能窗口內(nèi)開始一個(gè)發(fā)送行為,

但是沒有自動(dòng)重發(fā)功能。特例:時(shí)間窗口的合并。

基本周期的元素是幾個(gè)連續(xù)的時(shí)間窗口。不同時(shí)間窗口的數(shù)量和長度被線下指定,且對(duì)于整個(gè)網(wǎng)

絡(luò)而言是相同的。系統(tǒng)矩陣的每個(gè)基本周期包含相同序列的時(shí)間窗口,并且時(shí)間窗口開始于參照?qǐng)?bào)文。

周期時(shí)間是截取一個(gè)幀同步實(shí)體的本地時(shí)間與其參照標(biāo)志之間差異的16個(gè)最高有效位。

周期偏移是一個(gè)發(fā)送觸發(fā)器或接收觸發(fā)器參數(shù)的一部分。

錯(cuò)誤嚴(yán)重程度:沒有錯(cuò)誤(S0)、警告(S1)、錯(cuò)誤(S2)、嚴(yán)重的錯(cuò)誤(S3)

預(yù)期發(fā)送觸發(fā)器:當(dāng)發(fā)送計(jì)數(shù)達(dá)到預(yù)期發(fā)送觸發(fā)器,此幀同步實(shí)體的所有發(fā)送觸發(fā)器在當(dāng)前矩陣周

期中被禁用。

5.2 協(xié)議的一般原理

5.2.1 系統(tǒng)矩陣的矩陣周期

在一個(gè)時(shí)間觸發(fā)系統(tǒng)中,網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點(diǎn)的所有報(bào)文組成系統(tǒng)矩陣的一部分。系統(tǒng)矩陣規(guī)定了報(bào)

文和其發(fā)送所屬的時(shí)間窗口之間的相互關(guān)系。在時(shí)間觸發(fā)CAN中,系統(tǒng)矩陣由基本周期(矩陣的行)

和發(fā)送列(矩陣的列)組成。在系統(tǒng)矩陣中基礎(chǔ)周期的數(shù)目是2的整數(shù)冪,最小值是1。每個(gè)基本周期

由一個(gè)規(guī)定的特征報(bào)文開始:參照?qǐng)?bào)文(見圖2)。

圖2 時(shí)間觸發(fā)CAN的基本周期

在一個(gè)基本周期中,一個(gè)報(bào)文可能被分配到不止一個(gè)時(shí)間窗口,即一個(gè)特定的報(bào)文可能屬于多個(gè)發(fā)

送列。在系統(tǒng)矩陣中,所有基本周期的循環(huán)就構(gòu)成了矩陣周期。在一個(gè)矩陣周期中,周期計(jì)數(shù)將計(jì)算基

本周期的數(shù)量。計(jì)數(shù)將從零開始,達(dá)到周期計(jì)數(shù)最大值時(shí)結(jié)束。周期計(jì)數(shù)的當(dāng)前值將作為參照?qǐng)?bào)文的

一部分被時(shí)間主節(jié)點(diǎn)發(fā)送。尤其,周期計(jì)數(shù)值將因時(shí)間主節(jié)點(diǎn)的每個(gè)基本周期的發(fā)送而遞增。任何幀

同步實(shí)體接收一個(gè)有效的參照?qǐng)?bào)文后將使用此參照?qǐng)?bào)文中的周期計(jì)數(shù)。在一個(gè)矩陣周期中基本周期的

數(shù)目(周期計(jì)數(shù)最大值+1)是2的整數(shù)冪。

一個(gè)矩陣周期的列被稱為發(fā)送列。在一個(gè)發(fā)送列中,周期性的傳遞一個(gè)特定的報(bào)文,周期是2的整

數(shù)冪,它不大于系統(tǒng)矩陣的行數(shù)。這一周期的單位是“系統(tǒng)矩陣的行”。第一個(gè)發(fā)送特定報(bào)文的基本周

期的數(shù)量(作為周期計(jì)數(shù)的值)稱作周期偏移。這個(gè)周期被稱作重復(fù)系數(shù)。一個(gè)特定的報(bào)文可能不止屬

于一個(gè)發(fā)送列,也可能用同一發(fā)送列中不止一個(gè)時(shí)間窗口來傳遞。

5.2.2 時(shí)間窗口

每個(gè)報(bào)文都將由一個(gè)指定的時(shí)間窗口來傳遞。在時(shí)間窗口里,報(bào)文的發(fā)送只開始于發(fā)送使能窗口

(見7.2.2),比如:報(bào)文的幀起始位將在發(fā)送使能窗口中發(fā)送。

5.2.3 基本周期的事件同步開始

在一個(gè)非事件同步的時(shí)間觸發(fā)系統(tǒng)中,參照?qǐng)?bào)文應(yīng)在等距的時(shí)間槽中被周期性的傳輸。在主節(jié)點(diǎn)

中,時(shí)間觸發(fā)總線可以選擇性地將基本周期與一個(gè)特定的事件進(jìn)行同步。當(dāng)通信同步時(shí),周期報(bào)文的發(fā)

送將在一個(gè)基本周期結(jié)束之后被終止,同時(shí)會(huì)在上一個(gè)基本周期結(jié)束和下一個(gè)基本周期開始之間出現(xiàn)

一個(gè)時(shí)間間隔。此時(shí)間間隔在上一個(gè)基本周期參照?qǐng)?bào)文中被時(shí)間主節(jié)點(diǎn)廣播。當(dāng)前時(shí)間主節(jié)點(diǎn)或者備

用的時(shí)間主節(jié)點(diǎn)發(fā)送一個(gè)用于開始矩陣周期的基本周期的參照?qǐng)?bào)文時(shí),時(shí)間間隔終止。這部分如圖4

所示。

5.3 參照?qǐng)?bào)文

5.3.1 描述說明

所有時(shí)間觸發(fā),在CAN總線上的周期通信以參照?qǐng)?bào)文為基礎(chǔ)。一個(gè)參照?qǐng)?bào)文通過特定的CAN標(biāo)

識(shí)符表示成數(shù)據(jù)幀,應(yīng)被除了主節(jié)點(diǎn)(參照?qǐng)?bào)文的發(fā)送方)之外的所有的幀同步實(shí)體接收并認(rèn)可。對(duì)于

等級(jí)1,數(shù)據(jù)長度代碼至少是1;對(duì)于等級(jí)2,數(shù)據(jù)長度代碼至少是4;否則報(bào)文將不作為參照?qǐng)?bào)文被接

收。標(biāo)示符中除了最低3個(gè)有效位之外的所有位描述報(bào)文是參照?qǐng)?bào)文。最后的3個(gè)位指定至多8個(gè)備

用時(shí)間主節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先級(jí)。

在等級(jí)1和等級(jí)2中,參照?qǐng)?bào)文將包含當(dāng)前基本周期的數(shù)量(周期計(jì)數(shù))和狀態(tài)位(下個(gè)間隔),該狀

態(tài)位宣布了下一個(gè)周期是否以參考報(bào)文的事件同步傳輸開始。等級(jí)2中,參照?qǐng)?bào)文還應(yīng)包含主節(jié)點(diǎn)參

照標(biāo)志(在全局時(shí)間中測(cè)量)和狀態(tài)位、中斷位,該中斷位描述全局時(shí)間中是否出現(xiàn)中斷。時(shí)間主節(jié)點(diǎn)應(yīng)

發(fā)送參照?qǐng)?bào)文,通常在等距時(shí)隙中或可選擇性的同步到一個(gè)特定事件。如果參照?qǐng)?bào)文被一個(gè)錯(cuò)誤干擾,

應(yīng)能立即重發(fā)。如果重發(fā)功能禁用,總線上將不會(huì)有任何通信。參照?qǐng)?bào)文一旦重發(fā),應(yīng)更新發(fā)送的主節(jié)

點(diǎn)參照標(biāo)志。參照?qǐng)?bào)文應(yīng)周期性發(fā)送,但允許其停止周期性發(fā)送(下個(gè)間隔位),并在下一個(gè)基本周期開

始時(shí)被當(dāng)前時(shí)間主節(jié)點(diǎn)或者其他的備用時(shí)間主節(jié)點(diǎn)初始化同步事件。

時(shí)間主節(jié)點(diǎn)是發(fā)送參照?qǐng)?bào)文的幀同步實(shí)體。時(shí)間主節(jié)點(diǎn)被允許傳輸其他的報(bào)文。如果當(dāng)前時(shí)間主

節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障,它的功能應(yīng)由另外的幀同步實(shí)體即備用時(shí)間主節(jié)點(diǎn)來重復(fù)實(shí)現(xiàn)。每個(gè)備用的時(shí)間主節(jié)

點(diǎn)在傳輸參照?qǐng)?bào)文時(shí)根據(jù)優(yōu)先權(quán)使用不同的特定CAN 標(biāo)識(shí)符。每個(gè)作為參照?qǐng)?bào)文標(biāo)識(shí)符的特定

CAN標(biāo)識(shí)符應(yīng)被網(wǎng)絡(luò)中的所有幀同步實(shí)體識(shí)別。這里的幀同步實(shí)體既不是時(shí)間主節(jié)點(diǎn)也不是備用時(shí)

間主節(jié)點(diǎn)而是用于定時(shí)接收的幀同步實(shí)體。

對(duì)于等級(jí)1和等級(jí)2,參照?qǐng)?bào)文有不同的格式(見圖5和圖6)。在這兩種情況中,參照?qǐng)?bào)文可能被

其他數(shù)據(jù)延長,直到8個(gè)CAN數(shù)據(jù)字節(jié)總數(shù)。預(yù)留位將以邏輯0發(fā)送并且將會(huì)被其他接收方忽略。

5.3.2 等級(jí)1

等級(jí)1的參照?qǐng)?bào)文至少由一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)構(gòu)成。首字節(jié)包含下個(gè)間隔位和周期計(jì)數(shù),最高有效位(位

號(hào)7)首先被發(fā)送。一個(gè)時(shí)間觸發(fā)CAN的幀同步實(shí)體可以把周期計(jì)數(shù)的值分配至63(6個(gè)位),但在實(shí)

際的時(shí)間觸發(fā)CAN中不必要使用。

注:支持不同的周期計(jì)數(shù)最大值的幀同步實(shí)體在事件觸發(fā)CAN網(wǎng)絡(luò)中被連續(xù)使用。然而網(wǎng)絡(luò)中所有的備用時(shí)間主節(jié)點(diǎn)都應(yīng)保證支持使用網(wǎng)絡(luò)中的任何幀同步實(shí)體的周期計(jì)數(shù)最大值。