解讀ISO11898-1數據鏈路層和物理層信號

ISO 11898-1定義了哪些內容，相關項目如何測試?本文將為你一一解讀。

1、關于ISO 11898

ISO是世界性的標準化組織，主要任務是制定國際標準，協調世界范圍內的標準化工作，與其他國際性組織合作研究有關標準化問題。IS0 11898由以下部分組成：

— ISO11898-1：數據鏈路層和物理層信號

— ISO11898-2：高速接入單元

— ISO11898-3：低速容錯接入單元

— 11898-4：時間觸發通訊

— ISO11898-5：低功耗的高速接入單元

— ISO11898-6：選擇性喚醒的高速接入單元

最新的ISO 11898-2、ISO 11898-5和ISO 11898-6已經取代ISO 11898-2:2003、ISO 11898-5:2007和ISO 11898-6:2013。

2、ISO11898-1的定位

對比標準的OSI通訊協議模型，ISO 11898-1定義了CAN的數據鏈路層和部分物理層，如圖1。數據鏈路層和物理層具體可分為邏輯鏈路控制、媒介訪問控制、物理層編碼、物理層介質、物理層媒介依賴。

圖1 ISO 11898的定位

3、適用范圍

ISO11898-1旨在實現CAN模塊之間數據鏈路層上的信息規范。控制器區域的網絡是一種串行通信協議，用于道路車輛和其他控制領域，支持分布式實時控制和多路復用。ISO11898-1：2015適用于經典CAN幀與靈活CAN幀(CAN-FD)。經典的CAN幀有效載荷達8個字節，比特率最高允許1 Mbit/s。最新的CAN幀(CAN-FD)幀格式允許比特率高于1 mbit/s，并且有效載荷大于每幀8字節。新幀架構(CAN-FD)兼容經典幀結構。

圖2 新舊幀關系

4、基本概念

SO11898-1詳細列舉出CAN總線涉及到的基本概念。具體細節請讀者參考原文，此處不再展開。

圖3 基本概念

5、CAN層體結構

ISO 11898-1包含邏輯鏈接控制子層(LLC)、介質訪問控制子層(MAC)、物理編碼子層(PCS)。其中LLC包括接受過濾、過載通知以及恢復管理;MAC層包括數據封裝與解封、幀編碼、介質訪問管理、錯誤檢測、序列及反序列;PCS層包括位編碼、位解碼以及同步。

圖4 ISO 11898包含的規范

6、MAC數據的一致性

要傳送的消息是由LLC產生的，通過節點的控制器主機接口和數據鏈路層的子層傳輸到MAC子層。MAC子層將把整個消息存儲在一個臨時緩沖區中，該緩沖區在傳輸開始之前被填充。當傳送的信息被傳送到MAC的子層時，LLC子層應檢查數據錯誤。如果檢測到數據錯誤，就不會啟動傳輸。如果在檢測到數據錯誤時已經啟動，那么節點將被切換到總線監控模式或進入受限的操作模式，接收節點將不會看到一條有效消息。

圖5 自動錯誤過濾

7、錯誤及恢復

為了避免設備因自身原因影響其他正常節點，11898-1固定每個CAN控制器都有一個發送錯誤計數器(TEC)和接收錯誤計數器(REC)。轉換流程如圖6。

— 主動錯誤狀態：這是設備正常狀態，設備正常參加通信，當檢測到錯誤時發送錯誤標識;

— 被動錯誤狀態：檢測出錯誤后，設備將發送被動錯誤標識;

— 總線狀態關閉：因為自身嚴重問題使總線自身進入總線關閉狀態，該狀態下無數據收發。

圖6 設備狀態轉換

8、一致性測試

CAN總線實際應用中總會遇到很多問題，因此對總線的各個方面做一致性測試十分必要。CAN的一致性測試包括物理層一致性測試、數據鏈路層一致性測試、應用層一致性測試。參考ISO 11898-1，可使用CANScope對CAN總線做數據鏈路層一致性測試，包括圖7內的測試項目。

圖7 致性測試項目

采樣點測試：該測試旨在驗證CAN 控制器的波特率采樣點位置。采用干擾的手段，將采樣點位置的邏輯電平破壞，則這個 CAN 報文將出現錯誤。以此就可以確定干擾的位置為采樣點位置。

圖8 采樣點測試

CAN2.0B 兼容測試: 測試被測設備DUT 是否能兼容CAN2.0B 的擴展幀，不會發出錯誤幀。根據GMW14242，要求在DUT在接收擴展幀時，不會有錯誤幀發出。測試平臺架構如圖9所示。

圖9 CAN2.0B兼容性測試

報文標示符測試：測試被測DUT 發出的報文標識符(ID)是否符合預期。根據ISO11898-1，要求在DUT在發送所有應用報文，都具備正確的ID。如圖10在數據長度框、幀ID框內進行關鍵字檢索，查找異常幀。

圖10 報文標示符測試