CAN 总线之三 CAN 国际标准 ISO 11898 解读

冷不防 2022-01-26 15:53 1345阅读 0赞

从 1993 第一个版 CAN 国际标准（ISO 11898:1993 和 ISO 11519-2）发布至今，ISO 11898 逐渐被分割整合成了相互独立的 6 个部分。分别以 Part 1 ~ Part 6 来标识。在旧版本（2003年之前）中

*  ISO 11898 是通信速度为 5kbps - 1Mbps 的 CAN 高速通信标准。规范中同时定义了 数据链路层和高速物理层。
 *  ISO 11519 是通信速度为 125kbps 以下的 CAN 低速通信标准，也就是容错CAN（LSFT CAN）。提供从5 Kbit/s到125 Kbits/s的波特率。该标准允许在CAN总线连线失败时CAN总线通信得以继续进行。

从 2003 年开始，ISO 将原先的 ISO 11898 CAN标准的数据链路和高速物理层的标准分离为 ISO 11898-1 和 ISO 11898-2 两部分。后续又发布了其他几个部分！在 2016 年，又再一次进行了整合。下图是 2016 年之前各部分的官方命名（来自于 ISO 11898-1-2015 的 Foreword 章节）：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
在经过审核和重组的 ISO 11898 系列中，各部分的功能如下：

*  **Part 1：** defines the data link layer including the logical link control (LLC) sub-layer and the medium access control (MAC) sub-layer, as well as the physical signalling (PHS) sub-layer; 定义数据链路层，包括逻辑链路控制（LLC）子层和媒体访问控制（MAC）子层，以及物理信令（PHS）子层;
 *  **Part 2：** defines the high-speed physical medium attachment (PMA); 高速物理媒体附属层
 *  **Part 3：** defines the low-speed fault-tolerant physical medium attachment (PMA); 低速容错物理媒体附属层
 *  **Part 4：** defines the time-triggered communication; 时间触发通讯
 *  **Part 5：** defines the power modes of the high-speed physical medium attachment (PMA); 低功耗的物理媒体附属层
 *  **Part 6：** defines the selective wake-up functionality of the high-speed physical medium attachment (PMA). 选择性唤醒的物理媒体附属层

> 啥是 PMA ？？：将物理信号转换为逻辑信号或者将逻辑信号转换为物理信号的子层

***在 2016 年，其中的 Part 2、Part 5 和 Part 6 被合并成了一个新的 Part 2，即：ISO 11898-2-2016。*** 下图显示了 ISO 11898 标准，对比 OSI 模型的分布情况  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

> **AUI** attachment unit interface  
> **MDI** media dependant interface  
> **OSI** open system interconnection

***CAN 总线（ISO 11898-1）最初指定的链路层协议仅包括对物理层的抽象需求。 高速物理层关于电气方面的（电压，电流，数量导体）规定来自于 ISO 11898-2，该协议目前被广泛接受；低速则在 ISO 11898-3 中。但是，物理层关于机械方面的（接头种类和数量、颜色、标签、标准输出）并没有标准文档来正式指定。*** 因此，汽车的电子控制单元（ECU）通常会有定制的接口和各种线缆组成 CAN 总线。

各部分标准文档在不同年份下还有不同的版本。根据 ISO 的惯例，新版发布后，旧版就会被撤销。下面通过 ISO 官方网站对于各时期标准的发布情况详细说明一下：

*  **ISO 11898:1993 和 ISO 11898:1993/Amd 1:1995：** 从下图可以看到， ISO 11898:1993 是 CAN 标准的第一个版本，到 2003 年被分成了两部分。随着新版本的发布，这些都已经被 ISO 撤回了。![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]
 *  **ISO 11898-1-2003 和 ISO 11898-1-2015：** ISO 11898-1-2015 是 ISO 11898-1-2003 的最新修订版本， 全名为 ***ISO 11898-1:2015 Road vehicles – Controller area network (CAN) – Part 1: Data link layer and physical signalling*** 指定经典 CAN 帧格式和新引入的CAN FD 帧格式。 经典 CAN 帧格式允许比特率高达1 Mbit/s，有效载荷最高可达每帧 8 字节。 CAN FD 帧格式允许比特率高于 1 Mbit/s，有效载荷超过每帧 8 字节。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
      ISO 11898 的这一部分根据 ISO/EC 7498-1 的开放系统互连（OSI）的 ISO 参考模型，以分层的方式描述了CAN 的通用结构。CAN数据链路层根据 ISO/EC 8802-2 和 ISO/EC 8802-3 规定。包含以下详细规范：
    
     *  逻辑链路控制子层（LLC）
     *  媒体访问控制子层（MAC）
     *  物理编码子层（PCS）
    
    更详细的内容，后续再详细介绍，这里不再多说！
    
    > （1）**这部分综合了 Bosch CAN 2.0 规范 和 Bosch CAN FD**  
    > （2）ISO 11898-2 和 ISO 11898-3 共用 ISO 11898-1。也就是 ISO 11898-1 规定的数据链路层是共用的！  
    > （3）从 2003 开始，ISO 11898-1 不再包含 高速物理层的相关定义，这部分被独立到了ISO 11898-2 中
 *  **ISO 11898-2-2003 和 ISO 11898-2-2016：** ISO 11898-2-2016 是 ISO 11898-2-2003 的最新修订版本，全名为 ***ISO 11898-2:2016 Road vehicles – Controller area network (CAN) – Part 2: High-speed medium access unit***。 此外，11898-5:2007 和 11898-6:2013 被整合到 11898-2:2016 之中，原有的 11898-5:2007 和 11898-6:2013 被撤回。  
      Part 2 指定了controller area network (CAN) 的高速物理媒体附属层(HS-PMA)，包括没有和具有低功耗模式功能以及具有选择性唤醒功能的 HS-PMA（High-Speed Physical Media Attachment） 。依赖于物理媒体的子层不在本文档的范围内。![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70 4]  
    此外，具体内容如下：
    
     *  HS-PMA 测试电路  
        ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70 5]
     *  基于以上定义，定义了收发器的电器特性  
        ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70 6]  
        其他图见规范，这里不再贴了。
     *  定义CAN\_H / CAN\_L上的最大输出电流; ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70 7]
     *  定义可选的 TXD 超时  
        ![在这里插入图片描述][20190530200922452.png]
     *  接收器输入电阻范围已经改变
     *  已定义 CAN FD 的位时序参数，最高可达 2 Mbps;
     *  定义 CAN FD 的位时序参数，最高可达5 Mbps
     *  已经集成了ISO 11898-5和ISO 11898-6的内容，以确保所有HS-PMA实施都有一个ISO标准;
     *  选择性唤醒（以前的ISO 11898-6）已定义CAN FD 容差;
     *  唤醒滤波器时序（以前在ISO 11898-5中）已经改变
     *  有关 PMD 子层的要求和假设已转移到附件A，以明确关注 HS-PMA 的实施。
    
    > **这部分不是 Bosch CAN 2.0 规范的一部分**  
    > 从 2003 年开始，从 ISO 11898-1 中 独立出来的
 *  **ISO 11898-3-2006 和 ISO 11898-3:2006/Cor 1:2006：** 全名为 ***ISO 11898-3:2006 Road vehicles – Controller area network (CAN) – Part 3: Low-speed, fault-tolerant, medium-dependent interface*** 规定了在配备 CAN 的公路车辆的电子控制单元之间建立数字信息交换的特性，传输速率为 40 kBit/s 至 125 kBit/s。其取代了最早发布的 ISO 11519-2:1994。ISO 11898-3:2006/Cor 1:2006 为勘误和修改版本。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70 8]  
    ISO 11898的这一部分描述了低速CAN应用的容错行为，以及根据ISO / OSI层模型的物理层的部分。 ISO 11898 的这一部分涵盖了物理层的以下部分：
    
     *  medium dependent interface (MDI);
     *  physical medium attachment (PMA).
    
    此外，物理层信令（PLS）的部分和媒体访问控制（MAC）的部分也受到 ISO 11898 的这一部分提供的定义的影响。  
    OSI 模型的所有其他层在 CAN 协议中没有对应部分，并且是用户级别的一部分，不影响低速 CAN 物理层的容错行为，因此不属于 ISO 11898 的这一部分。
    
    > **这部分不是 Bosch CAN 2.0 规范的一部分**
 *  **ISO 11898-4-2004：** 全名为 ***ISO 11898-4:2004 Road vehicles – Controller area network (CAN) – Part 4: Time-triggered communication*** 指定CAN中的时间触发通信。该标准最后一次审查并于2019年确认。因此该版本仍然是最新版本。  
    ![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70 9]
    
    > **这部分不是 Bosch CAN 2.0 规范的一部分**

# 参考 #

1.  [History of CAN technology][]
2.  [CAN bus - Wikipedia][]
3.  [http://home.eeworld.com.cn/my/space-uid-469267-blogid-224148.html][http_home.eeworld.com.cn_my_space-uid-469267-blogid-224148.html]
4.  [https://www.edaboard.com/showthread.php?217912-Difference-between-CAN1-0-and-CAN-2-0][https_www.edaboard.com_showthread.php_217912-Difference-between-CAN1-0-and-CAN-2-0]
5.  [CAN FD协议介绍][CAN FD]

# 附件 #

1.  [Intel 82526 / Philips 82C200 / Intel 82527 数据手册][Intel 82526 _ Philips 82C200 _ Intel 82527]
2.  [Bosch CAN 2.0 和 CAN FD][Bosch CAN 2.0 _ CAN FD]
3.  [ISO 11898 集合][ISO 11898]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L1pDU2hvdUNTRE4_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220126/07dc1ec52b0f46f9b2f5797688cc55de.png
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[History of CAN technology]: https://www.can-cia.org/can-knowledge/can/can-history/
[CAN bus - Wikipedia]: https://en.wikipedia.org/wiki/CAN_bus#History
[http_home.eeworld.com.cn_my_space-uid-469267-blogid-224148.html]: http://home.eeworld.com.cn/my/space-uid-469267-blogid-224148.html
[https_www.edaboard.com_showthread.php_217912-Difference-between-CAN1-0-and-CAN-2-0]: https://www.edaboard.com/showthread.php?217912-Difference-between-CAN1-0-and-CAN-2-0
[CAN FD]: http://www.cechina.cn/company/50633_156096/messagedetail.aspx
[Intel 82526 _ Philips 82C200 _ Intel 82527]: https://download.csdn.net/download/zcshoucsdn/11205732
[Bosch CAN 2.0 _ CAN FD]: https://download.csdn.net/download/zcshoucsdn/11205729
[ISO 11898]: https://download.csdn.net/download/zcshoucsdn/11205724