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CANプロトコル基礎

通信の手順や方式を定めた規約「OSI基本参照モデル」について

会話をするときに同じ言語を使うように、情報通信でも共有の言語やルールを決める必要があります。そこでCANをはじめとした情報通信は、ISOが規定したOSI基本参照モデルによって標準化されています。こちらでは、OSI基本参照モデルからCANプロトコルの基礎についてご説明します。

CANプロトコルの基本概要

CANプロトコルは、開発元であるBosch社が仕様書を定め、その後に国際標準化機構(ISO)が「ISO11898」「ISO11519」で規格化しました。ISO11898は、通信速度125Kbps~1Mpbsまでの高速CAN通信(CAN-C)の規格で、現在ではデータリンク層のみの規格「ISO11898-1」と物理層のみの規格「ISO11898-2」に分かれています。ISO11519は、通信速度が125Kbps以下の低速CAN通信の規格となります。

OSI基本参照モデルとは

OSI参照モデルとは、ISOがコンピュータ通信における機能を階層構造に分割したモデルです。CANプロトコルはOSI基本参照モデルのトランスポート層、データリンク層、物理層の各層で規定を設けています。

OSI基本参照モデル

ソフトウェア制御 7 アプリケーション層
6 プレゼンテーション層
5 セッション層
4 トランスポート層
3 ネットワーク層
ハードウェア制御 2 データリンク層
1 物理層
4.トランスポート層での定義内容

トランスポート層では、再送制御のみを定義しています。CANの特長「高速で確実なデータ共有」でも触れましたが、送信エラーが発生した場合にデータを再送信する「永久リトライ」という機能があたります。

2.データリンク層の定義内容

データリンク層では、理論リンク制御のLLC(Logical Link Control)サブ層と、媒体アクセス制御MAC(Medium Access Control)サブ層に細分化され、主に電気的なパルス信号からフレームへの変換、データ衝突時のアービトレーション、データ伝送時の確認を行うACK応答、各種エラー検出や通知などが定義されています。下記内容についてはISO11898・ISO11519共通で規格化されています。

  定義事項
データリンク層 LLC 受信メッセージの選択(アクセプタンスフィルタリング)
オーバーロードの通知
エラーリカバリー
MAC メッセージのフレーム化
接続制御方式
データ衝突時のアービトレーション
故障拡散抑制機能
エラーの通知
エラーの検出
応答方式
通信方式
1.物理層の定義内容

物理的な特性や仕様を定義する物理層では、ビットの同期・再同期やサンプリング・ポイントなどのビットタイミング、トランシーバやバスの特性について規定されていますが、コネクタやケーブルの形状については規格化されていません。また物理層に関しては、ISO11898とISO11519で共有の部分と異なる部分があります。

  ISO11898(高速) ISO11519(低速CAN)
通信速度 1Mbpsまで 125Kbpsまで
CANバスの信号 画像 画像
最大バス長 40m/1Mbps 1Km/40Kbps
最大接続ユニット数 最大30 最大20
信号レベル バスの状態 レセッシブ(1) ドミナント(0) レセッシブ(1) ドミナント(0)
Min. Typ. Max. Min. Typ. Max. Min. Typ. Max. Min. Typ. Max.
CANH 2.00 2.50 3.00 2.75 3.50 4.50 1.60 1.75 1.90 3.85 4.00 5.00
CANL 2.00 2.50 3.00 0.50 1.50 2.25 3.10 3.25 3.40 0.00 1.00 1.15
電位差 -0.50 0.00 0.05 1.50 2.00 3.00 -0.30 -1.50 0.30 3.00
インピーダンス 120Ω(Min.85Ω/Max.130Ω) 120Ω(Min.85Ω/Max.130Ω)
バス抵抗率 70mΩ/m 90mΩ/m
バス遅延時間 5ns/m 5ns/m
終端抵抗 120Ω(Min.85Ω/Max.130Ω) 2.2KΩ(Min.3.09KΩ/Max.2.31KΩ)
その他 ツイストペア線(シールド/アンシールド)
ループバス
ツイストペア線(シールド/アンシールド)
オープンバス
CAN_LとGND静電容量 30pF/m
CAN_HとGND静電容量 30pF/m

 

ISO11898(高速)
通信速度 1Mbpsまで
CANバスの信号 画像
最大バス長 40m/1Mbps
最大接続ユニット数 最大30
信号レベル バスの状態 レセッシブ(1) ドミナント(0)
Min. Typ. Max. Min. Typ. Max.
CANH 2.00 2.50 3.00 2.75 3.50 4.50
CANL 2.00 2.50 3.00 0.50 1.50 2.25
電位差 -0.50 0.00 0.05 1.50 2.00 3.00
インピーダンス 120Ω(Min.85Ω/Max.130Ω)
バス抵抗率 70mΩ/m
バス遅延時間 5ns/m
終端抵抗 120Ω(Min.85Ω/Max.130Ω)
その他 ツイストペア線(シールド/アンシールド)
ループバス

  ISO11519(低速CAN)
通信速度 125Kbpsまで
CANバスの信号 画像
最大バス長 1Km/40Kbps
最大接続ユニット数 最大20
信号レベル バスの状態 レセッシブ(1) ドミナント(0)
Min. Typ. Max. Min. Typ. Max.
CANH 1.60 1.75 1.90 3.85 4.00 5.00
CANL 3.10 3.25 3.40 0.00 1.00 1.15
電位差 -0.30 -1.50 0.30 3.00
インピーダンス 120Ω(Min.85Ω/Max.130Ω)
バス抵抗率 90mΩ/m
バス遅延時間 5ns/m
終端抵抗 2.2KΩ(Min.3.09KΩ/Max.2.31KΩ)
その他 ツイストペア線(シールド/アンシールド)
オープンバス
CAN_LとGND静電容量 30pF/m
CAN_HとGND静電容量 30pF/m

SAEでもCANを規格化

ISO規格以外でも、SAE(Society of Automotive Engineers)が規格したJ2284/J2411でも、CANが規格化されています。また、CANを使用した通信規格という意味では、CiA(CAN in Automation)やODVA(Open Device Net Vendor Association)などの組織によっても規格化されています。

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