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| 标准编号 | GB/T 41588.4-2022 (GB/T41588.4-2022) | | 中文名称 | 道路车辆 控制器局域网（CAN） 第4部分：时间触发通信 | | 英文名称 | Road vehicles - Controller area network(CAN) - Part 4: Time-triggered communication | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | T35 | | 国际标准分类 | 43.020 | | 字数估计 | 35,383 | | 发布日期 | 2022-07-11 | | 实施日期 | 2023-02-01 | | 起草单位 | 中国汽车技术研究中心有限公司、吉利汽车研究院(宁波)有限公司、兴科迪科技(泰州)有限公司、长城汽车股份有限公司、中国第一汽车集团有限公司、惠州市德赛西威汽车电子股份有限公司、一汽大众汽车有限公司、东风汽车集团股份有限公司、上汽通用五菱汽车股份有限公司、东软集团(大连)有限公司、泛亚汽车技术中心有限公司、中汽研(天津)汽车工程研究院有限公司、中汽研汽车检验中心(天津)有限公司 | | 归口单位 | 全国汽车标准化技术委员会(SAC/TC 114) | | 提出机构 | 中华人民共和国工业和信息化部 | | 发布机构 | 国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会 | GB/T 41588.4-2022: 道路车辆 控制器局域网（CAN） 第4部分：时间触发通信
GB/T 41588.4-2022 英文名称: Road vehicles - Controller area network(CAN) - Part 4: Time-triggered communication
1 范围
本文件规定了控制器局域网(CAN)中的时间触发通信协议,一种支持分布式实时控制和多路复用
的串行通信协议。
本文件适用于道路车辆中搭载CAN总线的电子控制单元(ECU)之间建立时间触发的数字信息交
互,并且规定了参照ISO 11898-1中逻辑链路及媒介访问控制实现的帧同步实体,用于提供时间触发通
信调度表。
注:时间触发CAN相对于CAN总线协议来说,附加了一个上层协议层,在时间触发CAN中,CAN协议保持不变。
时间触发通信使所有报文的延迟时间保持于特定的值,与CAN总线的负载率无关。时间触发通信包含以下两种级别:级别1仅限于周期性报文传输,而级别2则支持全局系统时间。时间触发CAN的周期性通信是基于时间主节点发送的参照报文。每一个开始于参照报文的周期称作基本周期,并且这个周期的时间段被细分为几个时间窗口。参照报文用于同步和校正所有节点的时间基础,保证所有节点与主节点保持一致的时间基础,给整个网络提供一个全局时间。时间触发CAN提供了一个备用时间主节点去代替故障的间主节点的机制。
2 规范性引用文件
下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文
件,仅该日期对应的版本适用于本文件;不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于
本文件。
ISO 11898-1 道路车辆 控制器局域网(CAN) 第1部分:数据链路层和物理信令
注:GB/T 41588.1-2022 道路车辆 控制器局域网(CAN) 第1部分:数据链路层和物理信令
ISO 11898-2 道路车辆 控制器局域网(CAN) 第2部分:高速媒介访问单元
注:GB/T 41588.2-2022 道路车辆 控制器局域网(CAN) 第2部分:高速媒介访问单元
ISO 11898-3 道路车辆 控制器局域网(CAN) 第3部分:低速容错、媒介相关接口
3 术语和定义
ISO 11898-1、ISO 11898-2和ISO 11898-3界定的以及下列术语和定义适用于本文件。
3.1
应用看门狗
用于检测应用层正常运行的实体。
3.2
仲裁时间窗口
同一个时间内可以定义多个节点同时发送报文的时间窗口。
3.3
基本周期
多个连续的时间窗口组成的系统矩阵的行。
4 缩略语
CAN:控制器局域网
FSE:帧同步实体
LLC:逻辑链路控制
LSB:最低有效位
MAC:媒介访问控制
MSB:最高有效位
SOF:帧起始
5 时间触发总线的基本概念
5.1 一般规定
以下约定适用于本文件。
应用看门狗:通常由主节点激活信号参数定义。
仲裁时间窗口的冲突由CAN标识符的仲裁解决。如果总线没有空闲,那么CAN节点无法开始传
输。在事件触发CAN中,几个CAN节点可以在仲裁时间窗口的发送使能窗口内开始一个发送行为,
但是没有自动重发功能。特例:时间窗口的合并。
基本周期的元素是几个连续的时间窗口。不同时间窗口的数量和长度被线下指定,且对于整个网
络而言是相同的。系统矩阵的每个基本周期包含相同序列的时间窗口,并且时间窗口开始于参照报文。
周期时间是截取一个帧同步实体的本地时间与其参照标志之间差异的16个最高有效位。
周期偏移是一个发送触发器或接收触发器参数的一部分。
错误严重程度:没有错误(S0)、警告(S1)、错误(S2)、严重的错误(S3)
预期发送触发器:当发送计数达到预期发送触发器,此帧同步实体的所有发送触发器在当前矩阵周
期中被禁用。
5.2 协议的一般原理
5.2.1 系统矩阵的矩阵周期
在一个时间触发系统中,网络中所有节点的所有报文组成系统矩阵的一部分。系统矩阵规定了报
文和其发送所属的时间窗口之间的相互关系。在时间触发CAN中,系统矩阵由基本周期(矩阵的行)
和发送列(矩阵的列)组成。在系统矩阵中基础周期的数目是2的整数幂,最小值是1。每个基本周期
由一个规定的特征报文开始:参照报文(见图2)。
图2 时间触发CAN的基本周期
在一个基本周期中,一个报文可能被分配到不止一个时间窗口,即一个特定的报文可能属于多个发
送列。在系统矩阵中,所有基本周期的循环就构成了矩阵周期。在一个矩阵周期中,周期计数将计算基
本周期的数量。计数将从零开始,达到周期计数最大值时结束。周期计数的当前值将作为参照报文的
一部分被时间主节点发送。尤其,周期计数值将因时间主节点的每个基本周期的发送而递增。任何帧
同步实体接收一个有效的参照报文后将使用此参照报文中的周期计数。在一个矩阵周期中基本周期的
数目(周期计数最大值+1)是2的整数幂。
一个矩阵周期的列被称为发送列。在一个发送列中,周期性的传递一个特定的报文,周期是2的整
数幂,它不大于系统矩阵的行数。这一周期的单位是“系统矩阵的行”。第一个发送特定报文的基本周
期的数量(作为周期计数的值)称作周期偏移。这个周期被称作重复系数。一个特定的报文可能不止属
于一个发送列,也可能用同一发送列中不止一个时间窗口来传递。
5.2.2 时间窗口
每个报文都将由一个指定的时间窗口来传递。在时间窗口里,报文的发送只开始于发送使能窗口
(见7.2.2),比如:报文的帧起始位将在发送使能窗口中发送。
5.2.3 基本周期的事件同步开始
在一个非事件同步的时间触发系统中,参照报文应在等距的时间槽中被周期性的传输。在主节点
中,时间触发总线可以选择性地将基本周期与一个特定的事件进行同步。当通信同步时,周期报文的发
送将在一个基本周期结束之后被终止,同时会在上一个基本周期结束和下一个基本周期开始之间出现
一个时间间隔。此时间间隔在上一个基本周期参照报文中被时间主节点广播。当前时间主节点或者备
用的时间主节点发送一个用于开始矩阵周期的基本周期的参照报文时,时间间隔终止。这部分如图4
所示。
5.3 参照报文
5.3.1 描述说明
所有时间触发,在CAN总线上的周期通信以参照报文为基础。一个参照报文通过特定的CAN标
识符表示成数据帧,应被除了主节点(参照报文的发送方)之外的所有的帧同步实体接收并认可。对于
等级1,数据长度代码至少是1;对于等级2,数据长度代码至少是4;否则报文将不作为参照报文被接
收。标示符中除了最低3个有效位之外的所有位描述报文是参照报文。最后的3个位指定至多8个备
用时间主节点的优先级。
在等级1和等级2中,参照报文将包含当前基本周期的数量(周期计数)和状态位(下个间隔),该状
态位宣布了下一个周期是否以参考报文的事件同步传输开始。等级2中,参照报文还应包含主节点参
照标志(在全局时间中测量)和状态位、中断位,该中断位描述全局时间中是否出现中断。时间主节点应
发送参照报文,通常在等距时隙中或可选择性的同步到一个特定事件。如果参照报文被一个错误干扰,
应能立即重发。如果重发功能禁用,总线上将不会有任何通信。参照报文一旦重发,应更新发送的主节
点参照标志。参照报文应周期性发送,但允许其停止周期性发送(下个间隔位),并在下一个基本周期开
始时被当前时间主节点或者其他的备用时间主节点初始化同步事件。
时间主节点是发送参照报文的帧同步实体。时间主节点被允许传输其他的报文。如果当前时间主
节点发生故障,它的功能应由另外的帧同步实体即备用时间主节点来重复实现。每个备用的时间主节
点在传输参照报文时根据优先权使用不同的特定CAN 标识符。每个作为参照报文标识符的特定
CAN标识符应被网络中的所有帧同步实体识别。这里的帧同步实体既不是时间主节点也不是备用时
间主节点而是用于定时接收的帧同步实体。
对于等级1和等级2,参照报文有不同的格式(见图5和图6)。在这两种情况中,参照报文可能被
其他数据延长,直到8个CAN数据字节总数。预留位将以逻辑0发送并且将会被其他接收方忽略。
5.3.2 等级1
等级1的参照报文至......
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