ГОСТ Р ИСО 11898-2-2015 Транспорт дорожный. Местная контроллерная сеть (CAN). Часть 2. Устройство доступа к высокоскоростной среде

ГОСТ Р ИСО 11898-2-2015

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Транспорт дорожный

МЕСТНАЯ КОНТРОЛЛЕРНАЯ СЕТЬ (CAN)

Часть 2

Устройство доступа к высокоскоростной среде

Road vehicles. Controller area network (CAN). Part 2. High-speed medium access unit

ОКС 43.040.15

Дата введения 2016-08-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Федеральным государственным бюджетным образовательным учреждением высшего профессионального образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет" (МАДИ) на основе собственного аутентичного перевода на русский язык стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 57 "Интеллектуальные транспортные системы"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 6 ноября 2015 г. N 1712-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 11898-2* "Транспорт дорожный. Локальная сеть контроллеров (CAN). Часть 2. Устройство доступа к высокоскоростной среде" ("Road vehicles - Controller area network (CAN) - Part 2: High-speed medium access unit", IDT).

________________
* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - .

Международный стандарт ИСО 11898-2 разработан техническим комитетом ИСО/ТК 22, Дорожный транспорт, подкомитет ПК3, электрическое и электронное оборудование (ISO/TC 22, Road vehicles, Subcommittee SC 3, Electrical and electronic equipment).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочного международного стандарта соответствующий ему национальный стандарт, сведение о котором приведено в дополнительном приложении ДА

5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

ИСО (International Organization for Standardization - международная организация по стандартизации) - это всемирная федерация национальных органов по стандартизации (членов ИСО). Работа по подготовке международных стандартов обычно выполняется техническими комитетами ИСО. Каждая организация - член ИСО, заинтересованная в предмете, для которого создается технический комитет, имеет право на представительство в этом комитете. В сотрудничестве с ИСО в этой работе также принимают участие международные организации, правительственные и неправительственные. ИСО тесно сотрудничает с Международной электротехнической комиссией (International Electrotechnical Commission - IEC - МЭК) по всем вопросам стандартизации электротехнического оборудования.

Международные стандарты составляются в соответствии с правилами, предписанными частью 2 директив ИСО/МЭК.

Главная задача технических комитетов - подготовка международных стандартов. Проекты международных стандартов, принятых техническими комитетами, рассылаются членам ИСО для голосования. Для публикации в качестве международного стандарта необходимо одобрение не менее чем 75% участников голосования.

Особое внимание уделяется возможности того, что какие-либо составные части данного документа могут оказаться предметом патентного законодательства. ИСО не может нести ответственности за идентификацию всех или каких-либо патентных прав.

Первая редакция ИСО 11898-2 совместно с ИСО 11898-3 заменяет ИСО 11898:1993, который был технически пересмотрен. Поскольку замененный международный стандарт покрывал как уровень передачи данных CAN (DLL - Data Link Layer - канальный уровень), так и высокоскоростной физический уровень (PL - Physical Layer - физический уровень), ИСО 11898-2 определяет уровень высокоскоростного доступа к среде передачи данных MAU (Medium Access Unit - устройство доступа к каналу связи), тогда как стандарт ИСО 11898-1 определяет уровень передачи данных, включая нижние уровни LLC (Logical Link Control - управление логической связью) и MAC (Medium Access Control - управление доступом к каналу связи).

ИСО 11898 под общим названием "Транспорт дорожный. Местная контроллерная сеть (CAN)" состоит из следующих частей:

- часть 1. Канальный уровень и передача сигналов;

- часть 2. Устройство высокоскоростного доступа к каналу связи;

- часть 3. Низкоскоростной устойчивый к ошибкам интерфейс, зависящий от канала;

- часть 4. Взаимодействие с разделением доступа по времени.

1 Обзор

Настоящий стандарт определяет устройство высокоскоростного (скорости передачи до 1 Мбит/с) доступа к каналу связи (MAU) и некоторые особенности интерфейса канала связи (MDI) в соответствии с ИСО 8802-3, включающие физический уровень сети контроллеров CAN. Это протокол последовательной передачи данных, который поддерживает распределенное управление в реальном времени и мультиплексирование данных для использования в дорожных транспортных средствах.

2 Нормативные ссылки

Для применения настоящего стандарта необходимы следующие ссылочные документы. Для недатированных ссылок применяют последнее издание ссылочного документа (включая все его изменения).

ИСО/МЭК 7498-1, Информационные технологии. Взаимосвязь открытых систем. Базовая эталонная модель: Базовая модель

ИСО/МЭК 7637-3:2007, Транспорт дорожный. Электрические помехи, вызываемые проводимостью и взаимодействием. Часть 3. Передача электроэнергии в переходном режиме путем емкостной и индуктивной связи по линиям, не обеспечивающим электропитание

ИСО/МЭК 8802-3, Информационные технологии.

Телекоммуникации и информационный обмен между системами. Локальные и общегородские сети. Специальные требования. Часть 3. Метод доступа (CSMA/CD) с обнаружением столкновений и спецификации физического уровня

ИСО 16845, Транспорт дорожный. Сеть области контроллера. План проверки соответствия

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями.

3.1 напряжение на шине: и означают напряжение на линейных проводах шины CAN_L и CAN_H относительно заземления каждого отдельного узла CAN.

3.2 диапазон синфазного напряжения на шине: Предельные уровни напряжений и , при которых гарантируется правильная работа в случае подключения к шине максимального количества узлов CAN.

3.3 дифференциальная внутренняя емкость (узла CAN) : Емкость между проводами CAN_L и CAN_H.

3.4 дифференциальное внутреннее сопротивление (узла CAN) : Сопротивление между проводами CAN_L и CAN_H при рецессивном состоянии, когда узел CAN отключен от шины.

3.5 дифференциальное напряжение (шины CAN) : Разность напряжений на двухпроводной шине CAN:

.

3.6 внутренняя емкость (узла CAN) : Емкость между проводами CAN_L (или CAN_Н) и заземления при рецессивном состоянии, когда узел CAN отключен от шины.

3.7 время внутренней задержки (узла CAN) : Сумма всех времен асинхронных задержек, возникающих на приемной и передающей линиях относительно распределения по времени битов логическим устройством IС протокола каждого отдельного узла CAN, отключенного от шины.

3.8 внутреннее сопротивление (узла CAN) : Сопротивление между проводами CAN_L (или CAN_H) и проводом заземления при рецессивном состоянии, когда узел CAN отключен от шины.

3.9 физический уровень: Электронная схемотехническая реализация (компаратор шины и драйвер шины), которая подключает узел CAN к шине. Она состоит из аналоговой и цифровой частей, которые обеспечивают взаимосвязь между аналоговыми сигналами на шине CAN и цифровыми сигналами внутри узла CAN.

Примечание - Общее количество узлов CAN, подключенных к шине, ограничивается электрической нагрузкой шины.

3.10 канал связи (шины): Пара параллельных проводов, экранированных или неэкранированных, в зависимости от требований к электромагнитной совместимости (ЭМС).

Примечание - Отдельные провода обозначаются как CAN_L и CAN_Н. Соответствующие контакты разъемов узлов CAN также обозначаются как CAN_L и CAN_Н. В доминантном состоянии на проводе CAN_L присутствует менее высокий уровень напряжения, чем в рецессивном, а на проводе CAN_H - более высокий уровень напряжения, чем в рецессивном состоянии.

4 Сокращения

В настоящем стандарте применены следующие сокращения:

CAN - сеть контроллеров;

ECU - электронный блок управления;

HS-MAU - устройство высокоскоростного доступа к каналу связи;

IC - интегральная схема;

MAU - устройство доступа к каналу связи;

MDI - интерфейс канала связи;

NBT - номинальный битовый интервал;

SOF - начало кадра.

5 Функциональное описание MAU

5.1 Общие сведения

Приведенное ниже описание действительно для двухпроводной дифференциальной шины. Значения уровней напряжений, сопротивлений и емкостей, а также оконечных нагрузок, приведены в разделах 6 и 7.

5.2 Параметры нижнего уровня подсоединения к каналу связи

5.2.1 Общие сведения

Как показано на рисунке 1, линия шины подключается к схемам оконечных нагрузок А и В. Эти нагрузки подавляют переотражения. Следует избегать расположения оконечной нагрузки в пределах узла CAN, поскольку линии шины окажутся без оконечной нагрузки при отключении от линии шины узла CAN.

Шина находится в рецессивном состоянии, если драйверы шины всех узлов CAN отключены. В этом случае оконечной нагрузкой и высоким внутренним сопротивлением приемного каскада каждого из узлов формируется среднее значение напряжения на шине.

Доминантный бит пересылается на шину, если подключен драйвер шины хотя бы одного устройства. При этом индуцируется ток, протекающий через резисторы оконечной нагрузки, и, как следствие, возникает дифференциальное напряжение между двумя проводами шины.

Рисунок 1 - Рекомендуемое электрическое подключение

Доминантное и рецессивное состояние шины определяется путем преобразования дифференциальных напряжений шины в соответствующие доминантный и рецессивный уровни напряжения на входе компаратора приемного каскада.

5.2.2 Уровни на шине

5.2.2.1 Шина может находиться в одном из двух логических состояний: рецессивном или доминантном (см. рисунок 2).

В рецессивном состоянии напряжения и имеют фиксированное значение, равное среднему уровню напряжения, который определяется оконечной нагрузкой шины. Напряжение ниже максимального порога. Рецессивное состояние передается при свободной шине или при пересылке рецессивного бита.

Доминантное состояние представляется дифференциальным напряжением, превышающим минимальный порог. Доминантное состояние заменяет рецессивное и передается при пересылке доминантного бита.

5.2.2.2 Во время арбитража различные узлы CAN могут одновременно передавать доминантный бит. В данном случае напряжение превышает напряжение при работе в одиночном режиме. Одиночный режим означает, что шина работает только с одним узлом CAN.

U - уровень напряжения; t - время

Рисунок 2 - Физическое представление битов

5.3 Технические характеристики MDI

Разъем, применяемый для подсоединения узлов CAN к шине, должен соответствовать требованиям, заданным в электрических характеристиках. Цель характеристик - стандартизация наиболее важных электрических параметров без определения механических параметров и параметров материалов.

5.4 Технические характеристики канала связи

Топология проводки сети CAN должна быть как можно ближе к однопроводной структуре во избежание образования отраженных кабелем волн. На практике для успешного подключения узлов CAN к шине необходимы короткие отрезки, как это показано на рисунке 3.

L - длина шины; - длина отрезка кабеля; d - дистанция до узла

Рисунок 3 - Топология проводки сети

6 Испытания на соответствие требованиям

6.1 Общие сведения

Соответствие MAU требованиям должно проверяться в соответствии с ИСО 16845. На рисунках 4-12 и в формулах показаны принципы проверки электрических параметров, заданных в разделе 7.

6.2 Рецессивный выход улов CAN

Рецессивные выходные напряжения VCAN_H и VCAN_L* должны контролироваться в соответствии с рисунком 4. Они измеряются при свободной шине без нагрузки.

Соответствующее значение определяется как:

_______________

* Текст документа соответствует оригиналу. - .

1 - узел C

AN со схемой оконечной нагрузки; 2 - заземление

Рисунок 4 - Измерение и при свободном состоянии шины

6.3 Доминантный выход узла CAN

6.3.1 Общие сведения

Доминантные выходные напряжения и должны контролироваться в соответствии с рисунком 5. Они измеряются при передаче узлом CAN доминантного бита.

1 - узел C

AN со схемой оконечной нагрузки; 2 - заземление

Рисунок 5 - Измерение напряжений и при передаче узлом CAN доминантного бита

Соответствующее значение вычисляется по формуле

.

6.3.2 Порог рецессивного входного сигнала узла CAN

Пороговый уровень обнаружения рецессивного сигнала узлом CAN должен контролироваться в соответствии с рисунком 6 (при установке IC протокола узла CAN в режим свободной шины).

Уровень тока настраивается на значение, которое соответствует верхнему порогу дифференциального входного напряжения, необходимого для обнаружения рецессивного бита в рецессивном состоянии. Иначе говоря, U (уровень напряжения) устанавливается в два значения при свободной шине:

- V - минимальное синфазное напряжение в рецессивном состоянии и

- V - максимальное синфазное напряжение (максимальное значение в рецессивном состоянии).

При этих условиях узел CAN должен оставить шину в свободном состоянии. Это означает, что каждый переданный рецессивный бит по-прежнему определяется IC протокола тестируемого узла CAN как рецессивный. Уровень практически не зависит от U.

1 - узел CAN со схемой оконечной нагрузки; 2 - заземление

Рисунок 6 - Проверка порога обнаружения рецессивного бита входного сигнала

6.4 Порог доминантного входного сигнала узла CAN

Пороговый уровень обнаружения доминантного сигнала узлом CAN должен контролироваться в соответствии с рисунком 7 (при установке узла в режим циклической передачи кадров).

1 - узел CAN со схемой оконечной нагрузки; 2 - заземление

Рисунок 7 - Проверка порога обнаружения доминантного бита входного сигнала

Уровень тока настраивается на значение, которое соответствует нижнему порогу дифференциального входного напряжения, необходимого для обнаружения доминантного бита в рецессивном состоянии. Иначе говоря, U (уровень напряжения) устанавливается в два значения, которые дают при свободной шине:

- V - минимальное синфазное напряжение в доминантном состоянии и

- V - максимальное синфазное напряжение (максимальное значение в доминантном состоянии).

При этих условиях узел CAN должен прекратить передачу кадров. Это означает, что каждый переданный рецессивный бит определяется IC протокола тестируемого узла CAN как доминантный. Уровень практически не зависит от U.

6.5 Внутреннее сопротивление CAN_L и CAN_H

6.5.1 Общие сведения

Связанное с заземлением внутреннее сопротивление линий CAN_L и CAN_H ( и ) контролируется в соответствии с рисунком 8, при установке IC протокола узла CAN в режим свободной шины.

и зависят от значения и вычисляются по формуле

,

где и - это напряжения холостого хода в соответствии с рисунком 4.

1 - узел CAN со схемой оконечной нагрузки; 2 - заземление

Рисунок 8 - Измерение при установке IC протокола узла CAN в состояние свободной шины

6.5.2 Внутреннее дифференциальное сопротивление

Измерения при установке IC протокола узла CAN в состояние свободной шины должны выполняться в соответствии с рисунком 9.

при заданном и свободной шине:

,

где - это дифференциальное напряжение холостого хода, рассчитанное в соответствии с 6.3.1.

1 - узел CAN со схемой оконечной нагрузки; 2 - заземление

Рисунок 9 - Измерение при установке IC протокола узла CAN в состояние свободной шины

6.6 Входные емкости

Для определения входных емкостей и необходимо выполнить два измерения:

- (см. рисунок 10);

- (см. рисунок 11).

Рисунок 10 - Измерение входной емкости, , узла CAN в рецессивном состоянии

Рисунок 11 - Измерение входной емкости, , узла CAN в рецессивном состоянии

Во время измерений не должен передаваться доминантный бит. Значение входной емкости узла CAN находится в диапазоне нескольких пФ. Таким образом, само по себе измерительное оборудование должно иметь очень малую емкость либо его емкость должна компенсироваться для точности измерения.

;

,

где - время, за которое дифференциальное напряжение достигает 63% своего итогового значения.

Затем можно определить :

,

6.7 Измерение времени внутренней задержки

Измерение времени внутренней задержки должно выполняться путем подачи на входы шины CAN доминантных битов от активного к ошибкам узла CAN в свободном состоянии. Узел CAN должен рассматривать доминантный бит как начало кадра (SOF) и выполнять жесткую повторную синхронизацию. Контроллер CAN должен обнаружить ошибку заполнения на шестом рецессивном бите после доминантного бита и ответить активным флагом ошибки. Время, измеренное от начала поданного извне доминантного бита до начала флага ошибки, - это время.

Интервал синхронизации sync можно устранить путем регулировки фазы для получения максимального значения (максимизация ошибки квантования CAN : 1 ).

Измерение времени внутренней задержки ECU иллюстрируется рисунком 12.

Значения в вольтах.

Рисунок 12 - Измерение времени внутренней задержки ECU

С помощью испытательной методики определения , описанной выше, испытуемое устройство синхронизирует себя по сигналу SOF, пересылаемому углом CAN. После обнаружения первого рецессивного бита испытуемое устройство должно частично заменить продолжительность рецессивного бита доминантным уровнем - в обратном направлении, начиная от ожидаемого конца бита (см. заштрихованный участок).

Замена начинается все раньше и раньше, пока узел не проигрывает в конечном счете арбитраж и передача не прекращается.

Замена показана на рисунке 13.

.

Этим уравнением можно воспользоваться для определения величин и с целью синхронизации сети.

Рисунок 13 - Синхронизация по замене рецессивных битов доминантным битом испытуемого устройства

7 Электрические характеристики HS-MAU

7.1 Общие сведения

Приведенные ниже электрические характеристики действительны для двухпроводной дифференциальной шины со скоростью передачи данных до 1 Мбит/с. Оконечные нагрузки, показанные на рисунке 1 и рисунке 14, описаны в таблице 10. Не рекомендуется встраивать оконечную нагрузку в узел CAN.

Рисунок 14 - Оконечная нагрузка для высокоскоростной реализации шины

7.2 Параметры нижнего уровня подсоединения к каналу связи

7.2.1 Общие сведения

Параметры, приведенные в таблицах 1-5, должны соблюдаться во всем рабочем диапазоне любого узла CAN. Параметры подобраны таким образом, чтобы к общей шине можно было подключить максимальное количество узлов CAN.

Таблица 1 - Параметры напряжения на шине для рецессивного состояния

Таблица 2 - Параметры напряжения на шине для доминантного состояния

Таблица 3 - Максимальный диапазон значений и узла CAN

Таблица 4 - Параметры постоянного тока рецессивного выхода узла CAN

Таблица 5 - Параметры постоянного тока доминантного выхода узла CAN

7.2.2 Уровни шины

7.2.2.1 Синфазные напряжения

Параметры, заданные в таблице 1, применимы, если узлы CAN подключены к правильно нагруженной шине.

7.2.2.2 Помехи по электрическим цепям

Допустимые уровни помех для CAN_H и CAN_L по электрическим цепям определяются в соответствии с ИСО 7637-3:1995, тестовые импульсы 3а и 3b.

7.3 Узел CAN

7.3.1 Общие сведения

Проверку приведенных в таблице 3 параметров следует проводить на контактах CAN_L и CAN_H каждого из узлов CAN при отсоединении узла CAN от шины (см. 6.2 и 6.3).

Проверку приведенных в таблицах 4 и 5 параметров следует проводить на контактах CAN_L и CAN_H каждого из узлов CAN в соответствии с тестами на соответствие с 6.2 по 6.7 ИСО 16845.

7.3.2 График диапазона напряжений

Условия нагрузки заданы в таблицах 1-5. Рисунки 15-18 иллюстрируют соответствующие диапазоны напряжений и .

- случайное время; a - номинальное значение; b - диапазон

Рисунок 15 - Допустимые диапазоны напряжения при рецессивном состоянии узла CAN, отключенного от шины, при изменении от минимального до максимального уровня напряжения

- случайное время; a - реальный диапазон значений на линии шины; b - диапазон для приема

Рисунок 16 - Допустимые диапазоны напряжения для мониторинга рецессивного состояния шины при отключении узла CAN и изменении от минимального до максимального уровня синфазного напряжения на шине

- случайное время; a - диапазон значений

Рисунок 17 - Допустимые диапазоны напряжения при доминантном состоянии узла CAN, отключенного от шины, и при изменении от минимального до максимального уровня напряжения

- случайное время; a - реальный диапазон значений на линии шины; b - диапазон для приема

Рисунок 18 - Допустимые диапазоны напряжения для мониторинга доминантного состояния шины, для отключенного узла CAN и при изменении от минимального до максимального уровня синфазного напряжения на шине

Приведенные в таблице 6 параметры должны проверяться на контактах CAN_L и CAN_H каждого из узлов CAN в соответствии с тестами, приведенными в разделе 6 ИСО 16845.

Таблица 6 - Параметры переменного тока узла CAN, отключенного от шины

Испытательные напряжения приведены в таблице 7.

Таблица 7 - Испытательные напряжения

7.4 Технические характеристики MDI, параметры соединителей

Соединитель, предназначенный для подсоединения узлов CAN к шине, должен соответствовать таблице 8.

Таблица 8 - Параметры соединителя

7.5 Технические характеристики физического канала

7.5.1 Общие сведения

Приведенные ниже технические характеристики должны выполняться для кабелей, выбираемых для построения шины CAN. Цель технических характеристик - тандартизация электрических параметров, но не определение механических параметров или параметров материалов кабелей.

Кабели для построения шины должны соответствовать требованиям, приведенным в таблице 9.

Таблица 9 - Параметры физического канала связи пары проводов (экранированных или неэкранированных)

7.5.2 Резистор оконечной нагрузки

Резистор оконечной нагрузки , который используется в схемах оконечной нагрузки A и B, должен соответствовать требованиям, приведенным в таблице 10.

Таблица 10 - Резистор оконечной нагрузки

7.5.3 Топология

Топология проводки сети CAN должна быть как можно ближе к структуре одиночной линии во избежание образования в кабеле отраженных волн. Параметры топологии сети должны соответствовать значениям, приведенным в таблице 11.

Таблица 11 - Параметры топологии сети

7.6 Управление ошибками на шине

При обычной работе возможно возникновение каких-либо сбоев на шине, способных повлиять на ее работу. Результаты работы шины должны соответствовать таблице 12. Возможные сбои типа холостого хода и короткого замыкания показаны на рисунке 19.

Таблица 12 - Обнаружение ошибок на шине

Рисунок 19 - Возможные отказы линий шины

Приложение ДА
(справочное)

Сведение о соответствии ссылочного международного стандарта ссылочному национальному стандарту Российской Федерации

Таблица ДА.1

Электронный текст документа
и сверен по:

, 2016