Пролог

J1939 это высокоуровневый прикладной проприетарный протокол используемый поверх CAN. Появился в середине 198х годов. Этот протокол работает исключительно в больших грузовых автомобилях: комбайны, тракторы, танки, автобусы, троллейбусы, грузовики, лесовозы, самосвалы, фуры, БелАЗы и прочее. Протокол J1939 принципиально не применяется в легковых автомобилях.

Основная задача J1939 cтандартизированное взаимодействие и обмен данными между электронными блоками управления (ECU) для управления автомобилем в реальном времени. Передаются заранее определенные рабочие параметры (PGN/SPN), такие как скорость, обороты двигателя, давление в тормозной системе. Формат сообщений жестко стандартизирован.

Предыстория

Шина CAN — это лишь «основа» для связи, а не «язык» для общения. Труба для чисел. CAN - шина определяет только физические и канальный уровни модели OSI-7. J1939 же работает на прикладном уровне модули OSI. То есть придает смысл передаваемым числам. J1939 предлагает стандартизированный метод взаимодействия между электронными блоками управления. J1939 обеспечивает единый язык для всех производителей автоэлектроники.

Параметр - это переменная, которая помимо адреса в памяти, значения и размера несет в себе ещё и метаданные про физическую величину, размерность, тип данных, единицы измерения, множитель, тип доступа, формат записи, допустимый интервал значений и прочее, и прочее. Примером параметра может служить обороты двигателя. Это физическая переменная угловой скорости, представляется действительным числом, 4 байта, измеряемая в оборотах в секунду. Множитель тысячи (*1000). Её можно только читать. Может принимать только положительные значения. И так далее.

Как видите метаданных может быть очень много. Для управления параметрами есть даже целые утилиты. Например TunerPRO.

Сигнал (Signal) - cигналы это те самые параметры, которые и передаются по протоколу J1939. Каждый параметр обладает своим SPN - номером.

Номер подозрительного параметра (SPN) — это 19-битное число, используемое для идентификации конкретного элемента, компонента или параметра, связанного с ЭБУ. Эта возможность особенно полезна для диагностики, позволяя ЭБУ, обнаружившему неисправность, связанную с конкретным компонентом, например, датчиком, передавать сообщение о неисправности, идентифицирующее неисправный компонент. Номера SPN присваиваются Комитетом SAE по управлению и связи грузовых автомобилей и автобусов и публикуются в SAE J1939DA. Первые 511 номеров SPN зарезервированы.

Кадр (Frame) - последовательность битов данных, составляющих полное сообщение. Кадр подразделяется на ряд полей, каждое поле содержит предопределенный тип данных. См. Кадр данных CAN.

PGN (Parameter Group Number) - 18-ти битный номер группы данных, имеющая общий период передачи, поскольку они являются частью одного и того же контекста, называется группой параметров. Номер группы параметров (PGN) — это специальный номер, служащий идентификатором для каждой группы параметров. PGN является подмножеством 29-ти битного CAN ID. PGN служит уникальным идентификатором кадра в стандарте J1939. Это означает, что правила декодирования (интерпретации) необработанных данных J1939 указаны на уровне PGN, а не на уровне 29-битного идентификатора. Большинство сообщений J1939 передаются по шине CAN с фиксированной периодичностью

CAN - ID

Важно отметить, что J1939 включает в себя только стандартизированные PGN/SPN, а не проприетарные PGN/SPN от OEM производителей.

Данные о сигналах и пакетах обычно хранятся в *.DBC файлах и открываются программой Vector DBC Editor ++. Хотя ничего не мешает и по старинке перечислить сигналы в Excel табличке.

Физический уровень
J1939 работает поверх интерфейса CAN. При этом J1939 определяет свой собственный тип разъема. Так называемый off-board diagnostic connector.

Особенности протокола J1939
1) Использует только расширенные идентификаторы.

2) Идентификатор позволяет варьировать приоритет, содержит PGN и адрес того, кто испускает это сообщение. Для этого в CAN-ID зарезервировано три бита для манипуляции приоритетом.

3) Каждый узел сети передает свой адрес отправления.
4) Стандартные скорости передачи данных по протоколу CAN составляют 250 и 500 кбит/с.
5) Параметры транслируются непрерывно с определенным периодом.
6) Поддерживает как точечную, так и глобальную (адресацию сообщений) адресацию.
7) В многопакетной связи можно передавать до 1785 байт (7*255=1785). Многобайтовые сигналы передаются в порядке следования байтов от младшего к старшему (порядок следования байт Intel). PGN длиной до 1785 байт поддерживаются транспортным протоколом J1939

Структура Parameter Group Number (PGN)

CAN ID в J1939 имеет составную структуру: 3-битный приоритет, 18-битный PGN и 8-битный адрес отправителя. В свою очередь PGN разлагается еще на PDU формат, поле PDU Specific, Data Page и бит EDP (25 бит).

Пакеты класса точка-точка
Если значение в разделе «Формат PDU» больше 240, то содержимое раздела «Специфический PDU» рассматривается как адрес назначения.

Это называется PGN в формате PDU 1 или специфическим PGN. PGN в формате PDU 1 может быть отправлен непосредственно на адрес назначения с использованием связи «точка-точка».

Набор устройств в автомобиле это статическая компьютерная сеть в которой адреса и топология сети были предопределены на момент сборки автомобиля. Это и понятно. Ведь у автомобиля во время езды не появится пятого колеса. Распределение адресов и топология такой сети остаются неизменными на протяжении всего жизненного цикла автомобиля.

Сетевой уровень
Протокол определяет сетевой уровень модели ISO. У каждого устройства есть 8-битный адрес (SA). Этот адрес вкладывается в каждый отправляемый пакет.

В процессе пакетизации сообщений пакетам для передачи по сети присваиваются порядковые номера, которые затем используются при приеме пакетов для их повторной сборки в сообщение. Отдельным пакетам присваиваются порядковые номера, начиная с единицы и продолжая последовательно до тех пор, пока все сообщение не будет упаковано и передано.

Пакет запрос на отправку подтверждается пакетом Clear to Send (CTS).

Пакеты отправляются последовательно в порядке возрастания, начиная с пакета 1. Для целей данного протокола большим сообщением считается группа параметров, связанная со строкой из 9 или более байтов. Первый пакет передачи данных содержит порядковый номер =1 и первые 7 байтов строки. Вторые 7 байтов помещаются в другой пакет.

Пакет End of Message Acknowledgment посылается приемником большого сообщения прямо передатчику, чтобы сказать, что полное сообщение принято и собрано корректно.

Вот так можно представить сессию передачи огромного PGN. Максимальный размер PGN может быть 1785 байт.

Интерпретация данных

Параметры передаются как сигналы в поле полезных данных CAN пакета. У каждого сигнала есть метаданные, согласно которым в программе надо интерпретировать биты в пакете.

Итоги

Словарь в контексте протокола J1939

Ссылки

5) Зачем потребовался протокол UDS, когда уже существовал J1939?
6) Зачем потребовался протокол XCP, когда уже существовал J1939?
7) Есть ли консольная утилита, которая по введенному CAN ID указывает на то, что лежит в CAN пакете и по каким отступам и с какими метаданными для интерпретации?
8) Есть ли *.dbc файл, который содержит внутри себя все стандартные PGN номера для CAN пакетов и SPN параметров протокола J1939?

Проголосовали 3 пользователя. Воздержавшихся нет.