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1、ICS49.140CCSV75中华人民共和国国家标准GB/T436712024空间数据与信息传输系统航天器CAN总线通信协议Spacedataandinformationtransfersystems一CANdatabuscommunicationprotocolonspacecraft2024-03T5发布2024-07-01实施国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会目次前言III1范围12规范性引用文件13术语和定义14缩略语25 总则25.1 协议栈25.2 总线拓扑结构36 物理层协议36.1 电特性参数36.2 位定时要求46.3 码速率56.4 总线电缆56.5 联接方式66.6
2、 插座接点分配66.7 终端电阻77数据链路层协议77.1 功能77.2 帧格式78总线通信过程与协议88.1 通则88.2 总线通信过程98.3 标准帧格式协议108.4 扩展帧格式协议139可靠性设计要求179.1 拓扑结构179.2 抗干扰及恢复措施189.3 双冗余总线选用与切换1810管理信息库19附录A（资料性）节点地址分配及数据过滤示例20本文件按照GB/T1.1-2020标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由全国宇航技术及其应用标准化技术委员会(SAC/TC425)提出并归
3、口。本文件起草单位：航天东方红卫星有限公司、北京空间飞行器总体设计部、西安空间无线电技术研究所、中国航大标准化研究所、玉环大润航空机械制造有限公司、国网思极位置服务有限公司、浙江汇隆晶片技术有限公司。本文件主要起草人：闫国瑞、李军予、李志刚、宁金枝、何熊文、苏晨光、韩延东、史简、王敞宁、张红军、熊浩伦、田帅虎、李国军、李晓、刘小宁、张建华、董振辉、齐征、王建、周玉霞、袁媛、陈进宏、赵建伟、叶国萍。空间数据与信息传输系统航天器CAN总线通信协议1范围本文件描述了航天器上应用CAN总线通信的拓扑结构、物理层协议、数据链路层协议、总线通信过程与协议、可靠性设计要求及管理信息库。本文件适用于航天器上采
4、用CAN总线通信的相关设备和系统的研制，地面CAN总线参照使用。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。GB/T5271.9信息技术词汇第9部分：数据通信GB/T42041航天术语空间数据与信息传输3术语和定义GB/T5271.9、GB/T42041界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1节点node连接到通信网络，依据通信协议能够通过网络进行通信的装置。3.2主节点masternode在通信过程中用于控制和管理其他节点的节点。3.
5、3从节点slavenode在通信过程中受主节点控制的节点。3.4轮询polling逐个征询各从节点是否要发送数据的过程。3.5选择selecting要求一个或多个节点接收数据的过程。3.6显性dominant表征CAN总线通信中逻辑0状态。3.7隐性recessive表征CAN总线通信中逻辑1状态，可被显性改写。4缩略语下列缩略语适用于本文件。CAN:控制器局域网(ContrOnerAreaNetwork)CRC:循环冗余校验(CyCliCRedundancyCheck)D1.e:数据长度码(Data1.engthCode)IDE:标识符扩展(IdentifierExtension)OSI:开
6、放式系统互联(C)PenSystemInterconnect)RTR:远程传输请求(RemoteTransmissionRequest)SJW:同步跳转宽度(SynChrOniZaliOnJumpWidth)5总则5.1 协议栈CAN总线网络为局域网，只包含一个网段，就控制器局域网本身而言，与OSl的7层协议栈相比，CAN总线网络包括物理层、数据链路层和应用层等3层协议。本文件规定的CAN总线通信协议与OSl协议分层对应关系如图1所示。OST协议分层CAN协议分层对应功能协议对应关系应用层应用层用户信息交换协议任务协议表示层会话层传输层网络层数据链路层数据链路层逻辑链路控制子层(I1.C)接收
7、港波、过我通报、恢复管理本协议介质访问控制子层(MAC)数据封装、数据拆封、帧编码、错误检测、错误信令、应余、串行化、解串行化物理层物理层物理编码子层(PCS)比特编码、比特解码、位定时与同步物理介质连接子层(PMA)驱动器电特性图1CAN总线通信协议与OSI怫设分层的对应关系5.2 总线拓扑结构在空间数据与信息传输系统中，航天器内部采用CAN总线将多台计算机连接起来，形成星载网络。航天器CAN总线推荐采用双冗余的总线型拓扑结构，包括A、B两条CAN总线。CAN总线拓扑结构如图2所示，主节点和从节点的分配通过软件定义。fflCANA息线TeCANB总找节点1节点2节点3图2CAN总线拓扑结构6
8、物理层协议6.1 电特性分数CAN节点的隐性状态电特性参数见表1,显性状态电特性参数见表2。1隐性状态电特性分数参数名称符号参数要求条件最小值标称值最大值总线输出电压VcAwH2.0V2.5V3.0V无负载VcANt2.0V2.5V3.0V无负载总线差分输出电压Vc500mV0mV50mV无负载总线差分输入电压”V1.0V-0.5V“接收隐性位的阈值。2显性状态电特性弁数参数名称符号参数要求条件最小值标称值最大值总线输出电压VcasH2.75V3.5V4.5V负载氏/2Vcawt0.5V1.5V2.25V负载品/2总线差分输出电压V1.5V2V3.0V负载R/2总线差分输入电压Vafin0.9
9、V5.0V“接收显性位的阈值。“RI为终端电阻。6.2 位定时要求6.2.1 位时间结构标称位时间是在非重同步情况下发送一位的时间，是标称位速率的倒数。一个标称位时间结构如图3所示。晶旅时钟UWU111.fUlJIllrUUIJInr1.fUU,l11时间份做二潸一-1.-1.-1.1.1.-1.-1.11J-1.1.J-1.T-1.尿称口时间/W常PROCSECPHASESEGIPHASESEG2/采样点/图3标称位时间结构标称位时间划分为以下4个互不重叠的时间段：a）同步段（SYNC_SEG）:用于同步总线上不同的节点，一个位的跳变沿在此时间段内；b）传播段（PRoP_SEG）:用于补偿网
10、络内的物理延时，延时包括总线上的信号传输时间和CAN节点内部延时；c）相位缓冲段I（PHASE_SEG1）:用于补偿跳变沿相位误差，可通过重同步加长实现；d）相位缓冲段2（PHASE_SEG2）:用于补偿跳变沿相位误差，可通过重同步缩短实现。采样点是读取并解析总线上各位值的时间点，位于相位缓冲段1末端。6.2.2位时间编程位时间的编程取决于下列参数。a）时间份额（txi）,由晶振周期和可编程分频器确定的固定时间单元，如图3所示。该分频器的数值范围为132之间的整数。b）位时间的标称长度（在非同步情况下）：1）同步段的长度为1个时间份额；2）传播段的长度可编程为1个8个时间份额；3）相位缓冲段1
11、的长度可编程为1个8个时间份额；4）相位缓冲段2取相位缓冲段1和信息处理时间的较大值，其中信息处理时间是以采样点开始，为计算下一个位电平所预留的时间段，信息处理时间小于或等于两个时间份额。c）位时间结构中传播段、相位缓冲段1和相位缓冲段2的长度可编程，一个位时间的时间份额（tsci）总数可在825之间编程设定。6.23重同步重同步用于修正采样点的位置，重同步的结果会引起相位缓冲段1加长或相位缓冲段2缩短。SJW决定了相位缓冲段加长或缩短的上限值。SJW为可编程值，在1minimumPHASE_SEGl,4之间取值。6.2.4晶振频率的容差晶振频率fom应满足公式(1)：(l-d)fwmfbw(
12、l+dr)fmm(1)式中：fo晶振频率，单位为兆赫(MHZ);fim晶振标称频率，单位为兆赫(MHZ);drfo的最大容差。最大容差d;与相位缓冲段1、相位缓冲段2、SJW时间和位时间相互关系见公式(2)和公式(3):._minem5)JewrJ(22X(13Xftm*sSKf)式中:d;tpHASE.SEGItHASE_SEG2min(tphsesecttbittsiwfow的最大容差；一相位缓冲段1的时间，单位为微秒(Us);相位缓冲段2的时间，单位为微秒(Us);tphksE.sE2)相位缓冲段1和相位缓冲段2两者较短的时间，单位为微秒(Us);一位时间，单位为微秒5s);SJW的时间
13、，单位为微秒(Us)。CAN总线控制器采用的晶振频率容差应满足公式(2)和公式(3)的要求，航天器CAN总线控制器采用的晶振频率容差一般不大于0.遥。6.3码速率高速CAN总线支持码速率范围为125kbpslMbPS,推荐选用码速率如下:a)500kbps(总线长度130m);b)IMbps(总线长度W40m)。6.4 总线电缆总线电缆采用双绞线，其物理参数见表3。表3CAN总线电缆物理参数参数名称参数值最小值标称值最大值阻抗/Q95120140单位长度电阻”/(mQ/m)70规定线延迟”/(ns/m)5接收节点的差分电压宜考虑发送节点与其之间导线电阻的影响。b总线延时宜考虑收发器延时和电缆传
14、输延时，即PROPSEG大于2倍总线延时。6.5 联接方式每个通信节点的CAN总线驱动器CAN-1.和CAN-H分别与总线的CAN-1.和CAN-H联接。终端电阻R.标称值为120QoCAN总线接口联接方式如图4所示。图4CAN总线接口联接方式每台设备的通信接口采用一入一出2个插座，并在设备内部将2个插座的对应接点一一联接，设备内部联接电缆长度尽量短。设备外部通过双绞电缆网把各接点一一对应联接，终端电阻设置在电缆线的两端。CAN总线级联方式如图5所示。图5CAN总线物理级联方式6.6 插座接点分配每个通信节点推荐选用2个J14A-9ZJ插座用于CAN总线通信。为提高可靠性，推荐采用双点双线，总线插座接点推荐分配见表4。4总线插座接点分配信号名称接点号点数CAN总线A正(A-CAN-H)1点、2点2CAN总线B正(B-CAN-H)3点、4点2CAN总线A
