ISO 11898-3:2006
(Main)Road vehicles — Controller area network (CAN) — Part 3: Low-speed, fault-tolerant, medium-dependent interface
Road vehicles — Controller area network (CAN) — Part 3: Low-speed, fault-tolerant, medium-dependent interface
ISO 11898-3:2006 specifies characteristics of setting up an interchange of digital information between electronic control units of road vehicles equipped with the controller area network (CAN) at transmission rates above 40 kBit/s up to 125 kBit/s. The CAN is a serial communication protocol which supports distributed control and multiplexing.
Véhicules routiers — Gestionnaire de réseau de communication (CAN) — Partie 3: Interface à basse vitesse, tolérant les pannes, dépendante du support
L'ISO 11898-3 spécifie les caractéristiques d'établissement d'un échange d'informations numériques entre des unités de contrôle électroniques de véhicules routiers équipés du gestionnaire de réseau de communication (CAN, de l'anglais «Controller Area Network») à des débits de transmission supérieurs à 40 kbit/s et pouvant atteindre 125 kbit/s. Le gestionnaire de réseau de communication est un protocole de communication en série qui prend en charge le contrôle réparti et le multiplexage. La présente spécification décrit le comportement de tolérance aux pannes d'applications CAN à bas débit, et les parties de la couche physique conformes au modèle de couches ISO/OSI. Les parties suivantes de la couche physique sont couvertes par l'ISO 11898-3: interface dépendante du support (MDI, de l'anglais «Medium Dependent Interface»); raccordement au support physique (PMA, de l'anglais «Physical Medium Attachment»). En outre, des parties de la signalisation de la couche physique (PLS, de l'anglais «Physical Layer Signalling») et des parties du contrôle d'accès au support (MAC, de l'anglais «medium access control») sont également concernées par les définitions données dans l'ISO 11898-3. Toutes les autres couches du modèle OSI, soit ne présentent aucune contrepartie au sein du protocole CAN et font partie du niveau de l'utilisateur, soit n'influencent pas le comportement de tolérance aux pannes de la couche physique CAN à bas débit et donc ne sont pas concernées par l'ISO 11898-3.
General Information
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 11898-3
First edition
2006-06-01
Road vehicles — Controller area
network (CAN) —
Part 3:
Low-speed, fault-tolerant,
medium-dependent interface
Véhicules routiers — Gestionnaire de réseau
de communication (CAN) —
Partie 3: Interface à basse vitesse, tolérant les pannes, dépendante
du support
Reference number
ISO 11898-3:2006(E)
©
ISO 2006
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ISO 11898-3:2006(E)
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Published in Switzerland
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ISO 11898-3:2006(E)
Contents Page
Foreword. iv
Introduction . v
1 Scope . 1
2 Terms and definitions. 1
3 Abbreviated terms . 3
4 OSI reference model. 4
5 MDI specification . 4
5.1 Physical medium. 4
5.2 Physical signalling. 8
5.3 Electrical specification. 10
5.4 Network specification. 12
6 Physical medium failure definition . 14
6.1 Physical failures. 14
6.2 Failure events. 15
7 PMA specification. 16
7.1 General. 16
7.2 Timing requirements . 16
7.3 Failure management. 20
7.4 Operating modes . 23
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ISO 11898-3:2006(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies
(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO
technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been
established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and
non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the
International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards
adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an
International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent
rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 11898-3 was prepared by Technical Committee ISO/TC 22, Road vehicles, Subcommittee SC 3,
Electrical and electronic equipment.
This first edition of ISO 11898-3 cancels and replaces ISO 11519-2:1994, which has been technically revised.
ISO 11898 consists of the following parts, under the general title Road vehicles — Controller area
network (CAN):
⎯ Part 1: Data link layer and physical signalling
⎯ Part 2: High-speed medium access unit
⎯ Part 3: Low-speed, fault-tolerant, medium-dependent interface
⎯ Part 4: Time triggered communication
⎯ Part 5: High-speed medium access unit with low-power mode
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ISO 11898-3:2006(E)
Introduction
ISO 11898, first published in November 1993, covered the controller area network (CAN) data link layer as
well as the high-speed physical layer.
In the reviewed and restructured ISO 11898:
⎯ ISO 11898-1 describes the data link layer protocol as well as the medium access control;
⎯ ISO 11898-2 specifies the high-speed medium access unit (MAU) as well as the medium dependent
interface (MDI).
ISO 11898-1:2003 and ISO 11898-2:2003 cancel and replace ISO 11898:1993.
In addition to the high-speed CAN, the development of the low-speed CAN, which was originally covered by
ISO 11519-2, gained new means such as fault tolerant behaviour. The subject of this part of ISO 11898 is the
definition and description of requirements necessary to obtain a fault tolerant behaviour as well as the
specification of fault tolerance itself. In particular, it describes the medium dependent interface and parts of the
medium access control.
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 11898-3:2006(E)
Road vehicles — Controller area network (CAN) —
Part 3:
Low-speed, fault-tolerant, medium-dependent interface
1 Scope
This part of ISO 11898 specifies characteristics of setting up an interchange of digital information between
electronic control units of road vehicles equipped with the controller area network (CAN) at transmission rates
above 40 kBit/s up to 125 kBit/s. The CAN is a serial communication protocol which supports distributed
control and multiplexing.
This part of ISO 11898 describes the fault tolerant behaviour of low-speed CAN applications, and parts of the
physical layer according to the ISO/OSI layer model. The following parts of the physical layer are covered by
this part of ISO 11898:
⎯ medium dependent interface (MDI);
⎯ physical medium attachment (PMA).
In addition, parts of the physical layer signalling (PLS) and parts of the medium access control (MAC) are also
affected by the definitions provided by this part of ISO 11898.
All other layers of the OSI model either do not have counterparts within the CAN protocol and are part of the
user’s level or do not affect the fault tolerant behaviour of the low speed CAN physical layer and therefore are
not part of this part of ISO 11898.
2 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
2.1
bus
topology of a communication network where all nodes are reached by passive links which allow transmission
in both directions
2.2
bus failure
failures caused by a malfunction of the physical bus such as interruption, short circuits
2.3
bus value
one of two complementary logical values: dominant or recessive
NOTE The dominant value represents a logical “0” the recessive represents a logical “1”. During simultaneous
transmission of dominant and recessive bits, the resulting bus value will be dominant.
2.4
bus voltage
voltage of the bus line wires CAN_L and CAN_H relative to ground of each individual CAN node
NOTE V and V denote the bus voltage.
CAN_L CAN_H
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ISO 11898-3:2006(E)
2.5
differential voltage
V
diff
voltage seen between the CAN_H and CAN_L lines
NOTE V = V − V
diff CAN_H CAN_L
2.6
fault free communication
mode of operation without loss of information
2.7
fault tolerance
ability to operate under specified bus failure conditions at least with a reduced performance
EXAMPLE Reduced signal to noise ratio.
2.8
transceiver loop time delay
delay time from applying a logical signal to the input on the logical side of the transceiver until it is detected on
the output on the logical side of the transceiver
2.9
low power mode
operating mode with reduced power consumption
NOTE A node in low power mode does not disturb communication between other nodes.
2.10
node
assembly, connected to the communication line, capable of communicating across the network according to
the given communication protocol specification
2.11
normal mode
operating mode of a transceiver which is actively participating (transmitting and/or receiving) in network
communication
2.12
operating capacitance
C
OP
overall capacitance of bus wires and connectors seen by one or more nodes, depending on the topology and
properties of the physical media
2.13
physical layer
electrical circuit realization that connects an ECU to the bus
2.14
physical medium (of the bus)
pair of wires, parallel or twisted, shielded or unshielded
NOTE The individual wires are denoted as CAN_H and CAN_L.
2.15
receiver
device that transforms physical signals used for the transmission back into logical information or data signals
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ISO 11898-3:2006(E)
2.16
transmitter
device that transforms logical information or data signals to electrical signals so that these signals can be
transmitted via the physical medium
2.17
transceiver
device that adapts logical signals to the physical layer and vice versa
3 Abbreviated terms
ACK Acknowledge
CAN Controller Area Network
CRC Cyclic Redundancy Check
CSMA Carrier Sense Multiple Access
DLC Data Length Code
ECU Electronic Control Unit
EOF End of Frame
FCE Fault Confinement Entity
IC Integrated Circuit
LAN Local Area Network
LLC Logical Link Control
LME Layer Management Entity
LPDU LLC Protocol Data Unit
LSB Least Significant Bit
LSDU LLC Service Data Unit
LS-MAU Low-Speed Medium Access Unit
MAC Medium Access Control
MAU Medium Access Unit
MDI Medium Dependent Interface
MPDU MAC Protocol Data Unit
MSB Most Significant Bit
MSDU MAC Service Data Unit
NRZ Non-Return-to-Zero
OSI Open System Interconnection
PL Physical Layer
PLS Physical Layer Signalling
PMA Physical Medium Attachment
RTR Remote Transmission Request
SOF Start of Frame
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ISO 11898-3:2006(E)
4 OSI reference model
According to the OSI reference model shown in Figure 1, the CAN architecture represents two layers:
⎯ data link layer;
⎯ physical layer.
This part of ISO 11898 describes the physical layer of a fault tolerant low-speed CAN transceiver. Only a few
influences to the data link layer are given.
Figure 1 — OSI reference model/CAN layered architecture
5 MDI specification
5.1 Physical media
5.1.1 General
The physical media used for the transmission of CAN broadcasts shall be a pair of parallel (or twisted) wires,
shielded or unshielded, dependent on EMC requirements. The individual wires are denoted as CAN_H and
CAN_L. In dominant state, CAN_L has a lower voltage level than in recessive state, and CAN_H has a higher
voltage level than in recessive state.
5.1.2 Node bus connection
The two wires CAN_H and CAN_L are terminated by a termination network, which shall be realized by the
individual nodes themselves. The overall termination resistance of each line should be greater than or equal to
100 Ω. However, the termination resistor’s value of a designated node should not be below 500 Ω, due to the
semiconductor manufacturers’ constraints. To represent the recessive state CAN_L is terminated to V and
CC
CAN_H is terminated to GND. Figure 2 illustrates the normal termination of a designated bus node.
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ISO 11898-3:2006(E)
Key
a
Optional.
Figure 2 — Termination of a single bus node
In Figure 2, the termination resistors are denoted as optional. That means that under certain conditions not all
nodes need an individual termination, if the requirements of proper overall termination are fulfilled.
5.1.3 Operating capacitance
The following specifications are valid for a simple wiring model which in general is used in automotive
applications. It consists of a pair of twisted copper cables which are connected in a topology described in
5.1.4. The following basic model shown in Figure 3 and 4 is used for the calculations.
Key
a
Driver.
b
Wire.
Figure 3 — Substitute circuit for bus line
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ISO 11898-3:2006(E)
Key
a
Symmetric axis.
b
Ground.
Figure 4 — Operating capacitance referring to network length l
The operating capacitance is calculated using Equation 1.
C = l (C′ + 2C′ ) + n C + k C (1)
OP 12 node plug
where
C is the operating capacitance;
OP
C′ is the capacitance between the lines and ground referring to the wire length in metres (m);
C′ is the capacitance between the two wires (which is assumed to be symmetrical) referring to the
12
wire length in metres (m);
C is the capacitance of an attached bus node seen from the bus side;
node
C is the capacitance of one connecting plug;
plug
l is the overall network cable length;
n is the number of nodes;
k is the number of plugs.
EXAMPLE A typical value for the operating capacitance referring to the overall network cable length in respect to the
exemplary network described below is given by:
′′
()CC+=2 120[pF/m]
12
5.1.4 Medium timing
The maximum allowed operating capacitance is limited by network inherent parameters such as:
⎯ overall termination resistance R ;
term
⎯ wiring model and topology;
⎯ communication speed;
⎯ sample point and voltage thresholds;
⎯ ground shift, etc.
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ISO 11898-3:2006(E)
The following equation provides a method to estimate the maximum allowed operating capacitance.
s
p
−−2tt
lsync
f
bit
RC ==τ (2)
term OP C
In(VV+−) lnV
0GND th
where
R is the overall network termination resistor (approx. 120 Ω);
term
C is the operating capacitance, specified in Equation (1);
OP
τ is the time constant of bus wire;
C
s is the sampling point within a bit, in percent (%);
p
ƒ is the bit frequency or physical communication speed in bits per second (bit/s);
bit
t is the overall loop delay time of a transceiver device;
l
t is the maximum possible synchronization delay between two nodes;
sync
V is the maximum voltage level of a bus line (approx. 5 V);
0
V is the sampling voltage threshold (approx. < 0,5 V);
th
V denotes the maximum allowed effective groundshift (max. 3 V).
GND
The calculation of τ leads to the graph in Figure 5.
C
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ISO 11898-3:2006(E)
Key
X τ (µs)
C
Y sample point (%)
Z communication speed (kBit/s)
Conditions:
V is assumed to 5 V.
0
V is assumed to 0,2 V.
th
No groundshift is assumed.
The total internal loop delay is assumed to 1,5 µs.
Figure 5 — Maximum communication speed versus τ and the sample point
C
As a rule of thumb, the possible maximum time constant τ can be calculated using Equation (3).
C
1
τ u (3)
C
6f
bit
where f denotes the bit frequency or physical communication speed in bit/s.
bit
5.2 Physical signalling
The bus line can have one of the two logical states recessive and dominant (see Figure 6). To distinguish
between both states a differential voltage V is used.
V = V − V (4)
diff CAN_H CAN_L
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ISO 11898-3:2006(E)
where
V is the voltage level of the CAN_H wire;
CAN_H
V is the voltage level of the CAN_L wire.
CAN_L
In recessive state the CAN_L line is fixed to a higher voltage level than the CAN_H line. In general, this leads
to a negative differential voltage V. The recessive state is transmitted during bus idle or during recessive
diff
bits.
The dominant state is represented by a positive differential voltage V , which means that the CAN_H line is
diff
actively fixed to a higher voltage level and the CAN_L line is actively fixed to a lower voltage level. The
dominant state overrides a recessive state and is transmitted during dominant bits.
Key
a
Recessive.
b
Dominant.
Figure 6 — Physical bit representation
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ISO 11898-3:2006(E)
5.3 Electrical specification
5.3.1 Electrical boundary voltages for ECU
The parameters given in Table 1 should be valid for maximum node connecting voltages.
Table 1 — Ratings of V and V of an ECU in 12 V and 42 V systems
CAN_L CAN_H
Voltage
Notation
a
min. max.
V V
V −27,0 40,0
CAN_L
12 V system
V −27,0 40,0
CAN_H
V −58,0 58,0
CAN_L
42 V system
V −58,0 58,0
CAN_H
No destruction of transceiver occurs.
The transceiver should not affect communication on the net.
The voltage levels may be applied without time restrictions.
a
Possible if V is disconnected or during jump start conditions.
GND
The common mode bus voltage, V , is:
COM
VV+
CAN_L CAN_H
V =
COM
2
(5)
where
is the CAN_L wire voltage level;
V
CAN_L
V is the CAN_H wire voltage level.
CAN_H
The common mode voltage, V , for an undisturbed system in normal mode must be ensured within the
COM
ratings specified in Table 2.
Table 2 — Common mode voltage, for undisturbed system in normal mode
Value
Parameter Notation Unit
min. nominal max.
Common mode voltage V V −1 2,5 6
COM
5.3.2 DC parameters for physical signalling
See Tables 3 to 5.
10 © ISO 2006 – All rights reserved
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ISO 11898-3:2006(E)
Table 3 — DC parameters for the recessive state of an ECU connected
to the termination network via bus line
Value
Parameter Notation Unit
min. nominal max.
a
V V V − 0,3 — —
CAN_L CC
Bus voltage
V V — — 0,3
CAN_H
b
Differential bus voltage V V −V — −V + 0,6
diff CC CC
a
VCC is nominal 5 V.
b
The differential voltage is determined by the input load of all ECUs during the recessive state. Therefore, V decreases slightly as
diff
the number of ECUs connected to the bus increases.
Table 4 — DC parameters for the dominant state of an ECU connected
to the termination network via bus line
Value
Parameter Notation Unit
min. nominal max.
V
V — — 1,4
CAN_L
Bus voltage
a
V V − 1,4
V — —
CAN_H
CC
Differential bus voltage V V V − 2,8 — V
diff CC CC
a
V is nominal 5 V.
CC
Table 5 — DC parameters for the low power mode of an ECU connected
to the termination network via bus line
Value
Parameter Notation Unit
min. nominal max.
V V 5 — —
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 11898-3
Première édition
2006-06-01
Véhicules routiers — Gestionnaire de
réseau de communication (CAN) —
Partie 3:
Interface à basse vitesse, tolérant
les pannes, dépendante du support
Road vehicles — Controller area network (CAN) —
Part 3: Low-speed, fault-tolerant, medium-dependent interface
Numéro de référence
ISO 11898-3:2006(F)
©
ISO 2006
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ISO 11898-3:2006(F)
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Publié en Suisse
ii © ISO 2006 – Tous droits réservés
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ISO 11898-3:2006(F)
Sommaire Page
Avant-propos. iv
Introduction . v
1 Domaine d'application. 1
2 Termes et définitions. 1
3 Abréviations . 4
4 Modèle de référence OSI. 4
5 Spécification MDI. 5
5.1 Supports physiques . 5
5.2 Signalisation physique. 9
5.3 Spécification électrique . 11
5.4 Spécification pour le réseau. 13
6 Définition des pannes du support physique. 15
6.1 Pannes physiques . 15
6.2 Événements de panne. 15
7 Spécification pour le PMA . 17
7.1 Généralités . 17
7.2 Exigences temporelles. 17
7.3 Gestion des pannes. 21
7.4 Modes de fonctionnement . 24
© ISO 2006 – Tous droits réservés iii
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ISO 11898-3:2006(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée
aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du
comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non
gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec
la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,
Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur
publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres
votants.
L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne
pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L'ISO 11898-3 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 22, Véhicules routiers, sous-comité SC 3,
Équipement électrique et électronique.
Cette première édition de l'ISO 11898-3 annule et remplace l'ISO 11519-2:1994, qui a fait l'objet d'une
révision technique.
L'ISO 11898 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Véhicules routiers —
Gestionnaire de réseau de communication (CAN):
⎯ Partie 1: Couche liaison de données et signalisation physique
⎯ Partie 2: Unité d'accès au support à haute vitesse
⎯ Partie 3: Interface à basse vitesse, tolérant les pannes, dépendante du support
⎯ Partie 4: Déclenchement temporel des communications
⎯ Partie 5: Unité d'accès au médium haute vitesse avec mode de puissance réduite
iv © ISO 2006 – Tous droits réservés
---------------------- Page: 4 ----------------------
ISO 11898-3:2006(F)
Introduction
L'ISO 11898, publiée pour la première fois en novembre 1993, portait sur la couche de liaison de données
d'un gestionnaire de réseau de communication (CAN, de l'anglais «controller area network») et sur la couche
physique à haut débit.
Dans l'SO 11898 revue et restructurée,
⎯ l'ISO 11898-1 décrit le protocole de la couche de liaison de données ainsi que le contrôle d'accès au
support, et
⎯ l'ISO 11898-2 spécifie l'unité d'accès du support (MAU, de l'anglais «Medium Access Unit») à haut débit
ainsi que l'interface dépendante du support (MDI, de l'anglais «Medium Dependent Interface»).
L'ISO 11898-1:2003 et l'ISO 11898-2:2003 annulent et remplacent l'ISO 11898:1993.
En plus du CAN à haut débit, le développement d'un CAN à bas débit, couvert à l'origine par l'ISO 11519-2, a
acquis de nouveaux moyens tels que le comportement tolérant les pannes. L'objet de l'ISO 11898-3 est la
définition et la description des exigences nécessaires à l'obtention d'un comportement tolérant les pannes,
ainsi que la spécification de la tolérance aux pannes elle-même. En particulier, l'ISO 11898-3 décrit l'interface
dépendante du support et les parties du contrôle d'accès au support.
© ISO 2006 – Tous droits réservés v
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NORME INTERNATIONALE ISO 11898-3:2006(F)
Véhicules routiers — Gestionnaire de réseau
de communication (CAN) —
Partie 3:
Interface à basse vitesse, tolérant les pannes, dépendante
du support
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 11898 spécifie les caractéristiques d'établissement d'un échange d'informations
numériques entre des unités de contrôle électroniques de véhicules routiers équipés du gestionnaire de
réseau de communication (CAN, de l'anglais «Controller Area Network») à des débits de transmission
supérieurs à 40 kbit/s et pouvant atteindre 125 kbit/s.
Le gestionnaire de réseau de communication est un protocole de communication en série qui prend en charge
le contrôle réparti et le multiplexage.
La présente spécification décrit le comportement de tolérance aux pannes d'applications CAN à bas débit, et
les parties de la couche physique conformes au modèle de couches ISO/OSI. Les parties suivantes de la
couche physique sont couvertes par l'ISO 11898-3:
⎯ interface dépendante du support (MDI, de l'anglais «Medium Dependent Interface»);
⎯ raccordement au support physique (PMA, de l'anglais «Physical Medium Attachment»).
En outre, des parties de la signalisation de la couche physique (PLS, de l'anglais «Physical Layer Signalling»)
et des parties du contrôle d'accès au support (MAC, de l'anglais «medium access control») sont également
concernées par les définitions données dans l'ISO 11898-3.
Toutes les autres couches du modèle OSI, soit ne présentent aucune contrepartie au sein du protocole CAN
et font partie du niveau de l'utilisateur, soit n'influencent pas le comportement de tolérance aux pannes de la
couche physique CAN à bas débit et donc ne sont pas concernées par l'ISO 11898-3.
2 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s'appliquent.
2.1
bus
topologie d'un réseau de communications où tous les nœuds sont atteints par des liaisons passives qui
permettent une transmission dans les deux sens
2.2
panne du bus
défaillances provoquées par un dysfonctionnement du bus physique, telles qu'une interruption ou des
courts-circuits
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ISO 11898-3:2006(F)
2.3
valeur de bus
une des deux valeurs logiques complémentaires: dominante ou récessive
NOTE La valeur dominante représente une variable logique «0», la valeur récessive représente une variable
logique «1». Au cours de la transmission simultanée de bits dominant et récessif, la valeur de bus résultante est
dominante.
2.4
tension de bus
tension des câbles de ligne de bus CAN_L et CAN_H relative à la masse de chacun des différents nœuds
CAN
NOTE V et V désignent la tension de bus.
CAN_L CAN_H
2.5
tension différentielle
V
diff
tension constatée entre les lignes CAN_H et CAN_L
NOTE V = V − V
diff CAN_H CAN_L
2.6
communication zéro défaut
mode de fonctionnement sans perte d'informations
2.7
tolérance aux pannes
aptitude à fonctionner dans des conditions de panne de bus spécifiques au moins avec une performance
réduite
EXEMPLE Un rapport signal/bruit réduit.
2.8
délai de boucle de transmetteur-récepteur
délai d'attente entre l'application d'un signal logique à l'entrée située du côté logique du
transmetteur-récepteur jusqu'à la détection de ce signal au niveau de la sortie située du côté logique du
transmetteur-récepteur
2.9
mode basse consommation
mode de fonctionnement avec une consommation électrique réduite
NOTE Un nœud en mode basse consommation ne doit pas perturber la communication entre les autres nœuds.
2.10
nœud
ensemble connecté à la ligne de communication et à même de communiquer à travers le réseau en fonction
de la spécification du protocole de communication donnée
2.11
mode normal
mode de fonctionnement d'un transmetteur-récepteur qui participe activement (en matière de transmission
et/ou de réception) à la communication sur le réseau
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2.12
capacité de fonctionnement
C
OP
capacité totale des câbles de bus et des connecteurs vue par un ou plusieurs nœuds, selon la topologie et les
caractéristiques du support physique
2.13
couche physique
réalisation de circuit électrique qui connecte un nœud au bus
2.14
support physique (du bus)
paire de câbles, parallèles ou torsadés, blindés ou non
NOTE Les deux câbles sont désignés par CAN_H et CAN_L.
2.15
récepteur
dispositif qui transforme des signaux physiques, utilisés pour la transmission, en informations logiques ou en
signaux de données
2.16
transmetteur
dispositif qui transforme des informations logiques ou des signaux de données en signaux électriques, de
sorte que ces signaux puissent être transmis par le support physique
2.17
transmetteur-récepteur
dispositif qui adapte les signaux logiques à la couche physique et vice versa
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3 Abréviations
ACK Acknowledge (accusé de réception)
CAN Controller Area Network (gestionnaire de réseau de communication)
CRC Cyclic Redundancy Check (contrôle de redondance cyclique)
CSMA Carrier Sence Multiple Access (accès multiple avec écoute de porteuse)
DLC Data Length Code (code de longueur de données)
ECU Electronic Control Unit (unité de controle électronique)
EOF End of Frame (fin de trame)
FCE Fault Confinement Entity (entité de limitation des pannes)
IC Integrated Circuit (circuit intégré)
LAN Local Area Network (réseau local)
LLC Logical Link Control (contrôle de liaison logique)
LME Layer Management Entity (entité de gestion de couches)
LPDU LLC Protocol Data Unit (unité de données du protocole LLC)
LSB Least Significant Bit (bit le moins significatif)
LSDU LLC Service Data Unit (unité de données de service LLC)
LS-MAU Low-speed Medium Access Unit (unité d'accès à bas débit)
MAC Medium Acces Control (contrôle d'accès au support)
MAU Medium Acces Unit (unité d'accès au support)
MDI Medium Dependent Interface (interface dépendante du support)
MPDU MAC Protocol Data Unit (unité de données du protocole MAC)
MSB Most Significant Bit (bit le plus significatif)
MSDU MAC Service Data Unit (unité de données de service MAC)
NRZ Non-Return-to-Zero (sans retour à zéro)
OSI Open System Interconnection (interconnexion de systèmes ouverts)
PL Physical Layer (couche physique)
PLS Physical Layer Signalling (signalisation de la couche physique)
PMA Physical Medium Attachment (raccordement au support physique)
RTR Remote Transmission Request (demande de transmission déportée)
SOF Start of Frame (début de trame)
4 Modèle de référence OSI
Conformément au modèle de référence OSI donné à la Figure 1, l'architecture CAN représente deux couches:
⎯ la couche de liaison de données;
⎯ la couche physique.
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ISO 11898-3:2006(F)
La présente partie de l'ISO 11898 décrit la couche physique d'un transmetteur-récepteur CAN à bas débit et
tolérant aux pannes. Seules quelques influences de la couche liaison de données sont indiquées.
Figure 1 — Modèle de référence OSI/architecture en couches CAN
5 Spécification MDI
5.1 Supports physiques
5.1.1 Généralités
Les supports physiques utilisés pour la transmission de diffusions CAN doivent être une paire de câbles
parallèles (ou torsadés), blindés ou non, conformes aux exigences de compatibilité électromagnétique (CEM).
Les deux câbles sont désignés par CAN_H et CAN_L. Dans un état dominant, CAN_L présente un niveau de
tension inférieur à celui en état récessif, et CAN_H possède un niveau de tension supérieur à celui en état
récessif.
5.1.2 Connexion de bus de nœud
Les deux câbles CAN_H et CAN_L sont adaptés par un réseau d'adaptation, qui doit être réalisé par les
différents nœuds eux-mêmes. Il convient que la résistance d'adaptation totale de chaque ligne soit supérieure
ou égale à 100 Ω. Cependant, il est recommandé que la valeur de la résistance d'adaptation d'un nœud
donné ne soit pas être inférieure à 500 Ω, en raison des contraintes des fabricants de semi-conducteurs. Afin
de représenter l'état récessif, CAN_L est raccordé à V et CAN_H est raccordé à la masse. La Figure 2
CC
illustre le raccordement normal d'un nœud de bus précis.
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ISO 11898-3:2006(F)
Légende
a
Optionnel.
Figure 2 — Raccordement d'un nœud de bus unique
Dans la Figure 2, les résistances d'adaptation sont désignées comme optionnelles. Cela signifie que, dans
certaines conditions, tous les nœuds ne nécessitent pas une adaptation individuelle, si les exigences de
l'adaptation totale correctement sont remplies.
5.1.3 Capacité de fonctionnement
Les spécifications suivantes sont valables pour un simple modèle de câblage qui est utilisé en général dans
des applications automobiles. Ce modèle consiste en une paire de câbles en cuivre torsadés qui sont
connectés dans une topologie décrite en 5.1.4. Le modèle de base suivant représenté aux Figures 3 et 4 est
utilisé pour les calculs.
Légende
a
Pilote.
b
Câble.
Figure 3 — Circuit de substitution pour la ligne de bus
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ISO 11898-3:2006(F)
Légende
a
Axe symétrique.
b
Masse.
Figure 4 — Capacité de fonctionnement faisant référence à la longueur du réseau, l
La capacité de fonctionnement est calculée à l'aide de l'Équation (1).
C = l (C′ + 2C′ ) + n C + k C (1)
OP 12 nœud connecteur
où
C est la capacité de fonctionnement;
OP
C′ est la capacité existant entre les lignes et la masse, par rapport à la longueur de câble,
exprimée en mètres;
C′ est la capacité existant entre les deux câbles (supposée symétrique), par rapport à la
12
longueur de câble, exprimée en mètres;
C est la capacité d'un nœud de bus raccordé vue depuis le côté bus;
nœud
C est la capacité d'un connecteur;
connecteur
l est la longueur totale de câble de réseau;
n est le nombre de nœuds;
k est le nombre de connecteurs.
EXEMPLE Une valeur habituelle pour la capacité de fonctionnement relative à la longueur totale de câble de réseau,
par rapport au réseau cité en exemple et décrit ci-après, est donnée par
()CC′′+=2 120[pF/m]
12
5.1.4 Temps du support
La capacité maximale de fonctionnement attribuée est limitée par des paramètres inhérents au réseau tels que
⎯ résistance totale de raccordement, R ,
term
⎯ modèle de câblage et topologie,
⎯ débit de communication,
⎯ point d'échantillonnage et seuils de tension, et
⎯ décalage de masse.
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ISO 11898-3:2006(F)
L'équation suivante fournit une méthode pour estimer la capacité maximale de fonctionnement autorisée.
s
p
−−2tt
lsync
f
bit
RC ==τ (2)
term OP C
In(VV+−) lnV
0GND th
où
R est la résistance totale de raccordement de réseau (environ 120 Ω);
term
C est la capacité de fonctionnement, spécifiée dans l'Équation (1);
OP
τ est la constante de temps d'un câble de bus;
C
s est le point d'échantillonnage au sein d'un bit, en pourcentage;
p
ƒ est la fréquence des bits ou le débit de communication physique, en bits par seconde;
bit
t est le délai d'attente en boucle total d'un dispositif transmetteur-récepteur;
l
t est le temps de synchronisation maximal autorisé entre deux nœuds;
sync
V est le niveau de tension maximal d'une ligne de bus (environ 5 V);
0
V est le seuil de tension d'échantillonnage (environ < 0,5 V);
th
V désigne le décalage de masse réel maximal autorisé (au maximum 3 V).
GND
Le calcul de τ conduit à la réalisation de la Figure 5.
C
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ISO 11898-3:2006(F)
Légende
X τ (µs)
C
Y point d'échantillon (%)
Z débit de communication (kbit/s)
Conditions:
V est supposée s'élever à 5 V.
0
V est supposée s'élever à 0,2 V.
th
Aucun décalage de masse n'est supposé.
Le délai total de boucle interne est supposé durer 1,5 µs.
Figure 5 — Débit de communication maximal par rapport à τ et au point d'échantillonnage
C
Empiriquement, la constante de temps maximale autorisée, τ , peut être calculée à l'aide de l'Équation (3).
C
1
τ u (3)
C
6 f
bit
où ƒ désigne la fréquence des bits ou le débit de communication physique, en bit/s.
bit
5.2 Signalisation physique
La ligne de bus peut présenter un des deux états logiques récessif et dominant (voir Figure 6). Afin de
distinguer l'un des deux états, une tension différentielle, V, est utilisée.
diff
V = V − V (4)
diff CAN_H CAN_L
où
V est le niveau de tension du câble CAN_H;
CAN_H
V est le niveau de tension du câble CAN_L.
CAN_L
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ISO 11898-3:2006(F)
Dans un état récessif, la ligne CAN_L est fixée à un niveau de tension supérieur à la ligne CAN_H. En général,
cela conduit à une tension différentielle V négative. L'état récessif est transmis lors du repos du bus ou lors
diff
de bits récessifs.
L'état dominant est représenté par une tension différentielle V positive, ce qui signifie que la ligne CAN_H
diff
est fixée activement à un niveau de tension supérieur et que la ligne CAN_L est fixée activement à un niveau
de tension inférieur. L'état dominant annule un état récessif et est transmis lors de bits dominants.
Légende
a
Récessif.
b
Dominant.
Figure 6 — Représentation de bit physique
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ISO 11898-3:2006(F)
5.3 Spécification électrique
5.3.1 Tensions limites électriques pour une ECU
Il convient que les paramètres indiqués dans le Tableau 1 soient valables pour des tensions de connexion de
nœud maximales.
Tableau 1 — Conditions nominales de V et de V d'une ECU
CAN_L CAN_H
dans des systèmes à 12 V et à 42 V
Tension
Notation V
a
min. max.
V −27,0 40,0
CAN_L
Système à 12 V
V −27,0 40,0
CAN_H
V −58,0 58,0
CAN_L
Système à 42 V
V −58,0 58,0
CAN_H
Aucune destruction du transmetteur-récepteur n'a lieu.
Il convient que le transmetteur-récepteur n'affecte pas la communication sur le réseau.
Les niveaux de tension peuvent être appliqués sans restrictions de temps.
a
Possible si V est déconnectée ou pendant des conditions de saut de tension au démarrage.
GND
La tension de mode commun du bus, V , est
COM
VV+
CAN_L CAN_H
V =
COM
2
(5)
où
V est le niveau de tension du câble CAN_L;
CAN_L
V est le niveau de tension du câble CAN_H.
CAN_H
La tension du mode commun, V , pour un système non perturbé en mode normal doit être garantie aux
COM
conditions nominales spécifiées dans le Tableau 2
Tableau 2 — Tension de mode commun, pour un système non perturbé en mode normal
Valeur
Paramètre Notation Unité
min. nominale max.
Tension de mode commun V V −1 2,5 6
COM
5.3.2 Paramètres c.c. pour la signalisation physique
Voir Tableaux 3 à 5.
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Tableau 3 — Paramètres c.c. pour l'état récessif d'une ECU
connectée au réseau adapté par une ligne de bus
Valeur
Paramètre Notation Unité
min. nominale max.
a
V V V − 0,3 — —
CAN_L CC
Tension du bus
V V — — 0,3
CAN_H
b
Tension du bus différentielle V V − V — − V + 0,6
diff CC CC
a
V est de 5 V nominal.
CC
b
La tension différentielle est déterminée par la charge d'entrée de toutes les ECU au cours de l'état récessif. Ainsi, V diminue
diff
légèrement lorsque le nombre d'ECU connectées au bus augmente.
Tableau 4 — Paramètres c.c. pour l'état dominant d'une ECU
connectée au réseau adapté par une ligne de bus
Valeur
Paramètre Notation Unité
min. nominale max.
V V — — 1,4
CAN_L
Tension du bus
a
V V V − 1,4 — —
CAN_H CC
Tension du bus différentielle V V V − 2,8 — V
diff CC CC
a
V est de 5 V nominal.
CC
Tableau 5 — Paramètres c.c. pour le mode à faible puissance d'une ECU
connectée au réseau adapté par une ligne de bus
Valeur
Paramètre Notation Unité
min. nominale max.
V V 5 — —
CAN_L
Tension du bus
V V — — 1
CAN_H
5.3.3 Paramètres c.c. pour les comparateurs
Voir Tableaux 6 et 7.
Tableau 6 — Seuil c.c. de la détection d'état dominant ou récessif
et de panne en mode normal et réciproquement
Valeur
Paramètre Notation Unité
min. nominale max.
V V 2,5 — 3,9
thCAN_L_N
Récepteur de bus à extrémité unique
V V 1,5 — 2,3
thCAN_H_N
Récepteur de bus différentiel V V −3,9 — −2,5
thDiff_N
CAN_L au détecteur BAT V V 6,5 — 8,0
thLxBAT_N
CAN_H au détecteur BAT V V 6,5 — 8,0
thHxBAT_N
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Tableau 7 — Seuil c.c. pour la détection de l'éveil et de panne à partir du mode à basse consommation
Valeur
Paramètres Notation Unité
min. nominale max.
V V 2,5 3,2 3,9
th(wake)L
Seuil d'éveil
V V 1,1 1,8 2,5
th(wake)H
Différence de seuil d'éveil ∆V V 0,8 1,4 —
th(wake)
5.4 Spécification pour le réseau
5.4.1 Topologie du réseau
Des nœuds CAN individuels peuvent être connectés à un réseau de communication soit par une topologie de
bus, soit par une topologie en étoile (voir Figures 7 et 8).
Cependant, tout dispositif de raccordement doit satisfaire aux exigences suivantes afin d'obtenir un système
tolérant les pannes.
⎯ La résistance totale d'adaptation du réseau doit être d'environ 100 Ω (mais pas inférieure à 100 Ω). Pour
une description détaillée sur le concept d'adaptation, se reporter à 5.4.2.
⎯ Il convient que le nombre maximal autorisé de nœuds participants ne soit pas être inférieur à 20 (à un
débit de 125 kbit/s et une longueur totale de réseau de 40 m). Le nombre réel de nœuds varie en fonction
du débit de communication, de la charge capacitive du réseau, de la longueur totale de ligne, du type
d'adaptation de réseau, etc.
⎯ Afin de disposer d'un débit de communication maximal de 125 kbit/s, il convient que la longueur totale de
réseau n'excède pas 40 m. Toutefois, il est possible d'augmenter la longueur totale du réseau en
réduisant le débit de communication effectif.
Pour une configuration en étoile, il existe les contraintes supplémentaires suivantes.
⎯ Les différents nœuds sont raccordés à un ou plusieurs points centraux «passifs» qui sont connectés
entre eux par une structure de bus normale.
⎯ Même si certaines lignes de connexion (connecteur en étoile vers le nœud) peuvent être étendues de
plusieurs mètres, des tronçons de ligne ne sont pas recommandées.
⎯ La longueur totale du réseau (toutes les longueurs de ligne de connexion en étoile ajoutées) et la
distance maximale de nœud à nœud affectent la communication du réseau.
EXEMPLE Pour la plupart des valeurs données en exemple dans la présente partie de l'ISO 11898, la topologie de
réseau suivante est utilisée.
⎯ Méthode de raccordement en étoile avec deux points en étoile.
⎯ Le réseau est adapté avec une résistance totale de 100 Ω.
⎯ Le nombre de nœuds est d'environ 20.
⎯ La longueur totale de réseau est d'environ 40 m.
⎯ La distance maximale de nœud à nœud est de 20 m.
⎯ La capacité linéique du câble est d'environ 120 pF/m.
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Légende
1 nœud 1
2 nœud 2
Figure 7 — Modèle de connexion, structure de bus avec des branches
Légende
1 nœud 1
2 nœud 2
3 nœud 3
4 nœud 4
5 nœud 5
6 nœud 6
7 nœud n
Figure 8 — Modèle de connexion, structure en étoile
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5.4.2 Adaptation du réseau
5.4.2.1 Généralités
Le niveau de bus récessif décrit en 5.2 est maintenu par l'adaptation du bus. Le niveau de bus dominant
annule activement cet état récessif de bus. La transition entre le niveau dominant et le niveau récessif est
également effectuée par l'adaptation. Cependant, il n'existe pas de réseau ou de circuit d'adaptation désigné.
De plus, l'adaptation est fixée à la plupart des nœuds participants.
5.4.2.2 Modes d'adaptation
En principe, il existe deux modes d'adaptation principaux.
⎯ Adaptation en mode normal.
⎯ Adaptation en mode basse consommation.
En raison de la gestion de panne décrite en 7.2, l'adaptation du bus réelle dépend du mode de panne dans
lequel un transmetteur-récepteur fonctionne.
Afin de représenter l'état récessif, la ligne CAN_H est raccordée à la masse (à l'aide d'une résistance de
rappel de niveau bas) dans un des deux modes (normal ou de faible puissance).
Dans le mode normal, la ligne CAN_L est raccordée à V à l'aide d'une résistance de rappel de niveau haut,
CC
alors que dans un mode basse consommation, la ligne CAN_L est raccordée à V par commutation interne
Bat
du transmetteur-récepteur d
...
Questions, Comments and Discussion
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