【コラム】

セカンド・オピニオン

140 バスのアーキテクチャ - 過去から未来へ(101)

大原雄介  [2005/11/28]

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フィールドバスの色々(その2)CAN(その1)

というわけで、まずは今回からCANについて説明する。車載機器用ネットワークに使われる、というあたりから"Car Area Network"の略だと思われるかも知れないが、実はController Area Networkの略。ただそういう正式名称とは別に、「車内の機器を繋ぐネットワークドメインとしてCar Area Networkというものを考えよう」という基調の文章もちらほら見かけており、この略語にCANを当てるケースもあるから100%間違いという訳ではないのだろうが、とりあえずここで論じるのはController Area Networkの方である。

さてそのCANであるが、これを制定したのはドイツのボッシュ(Robert Bosch GmbH)である。ボッシュといえば日本のデンソーと並ぶ、自動車向け機器メーカー最大手といって良いが、このボッシュが1986年にSAE(Society of Automotive Engeneers:自動車技術者協会。最近は名称がSAE Internationalに変わっている。)に提案したのがCANの最初のバージョンである。当時、自動車向けに電子機器(ECU:Electric Controller Unit)が次第に増えてきており、これを接続するための手頃なインタフェースが無かった事から提案を行ったものである。翌1987年にはIntelとPhilipsから初のコントローラチップも登場している。

その後1991年にはCAN Specification 2.0が登場し、これがISO-11898として1993年に標準化されることになる。更に一部プロトコルを拡張したものがISO-11898:1996として1996年にやはり標準化されており、これを一般にCAN 2.0B、区別の為に前者をCAN 2.0Aと呼ぶのが一般的である(ちなみにISO-11898の最新版はISO-11898:2003となっている)。CAN 2.0のSpecificationはボッシュのサイトから入手可能であり、この中の"CAN Specification 2.0B"はPART AとPART Bに分かれ、前者がCAN 2.0A、後者がCAN 2.0Bのものとなっている。

さてそのCANであるが、OSIの参照モデルを利用したネットワーク構造になっている。とはいっても7層構造を全部実装している訳ではなく、SMBus同様に下位層をいくつか実装している程度である。具体的にはPhysical LayerとData Link Layerがあり、このData Link Layerが更にMAC LayerとLLC Layerに分けることが可能である。では、そのPhysical Layerから順に見てゆくことにしよう。

実はCANのSpecificationそれ自体には、電気的な特性などは一切定められていない。では何でもありかといえば、そんな事は勿論ない。これらは別の標準になっているだけである。例えばISO11898-1は"Road vehicles - Controller area network(CAN) - Part1: Data link layer and physical signaling"というタイトルで、Data Link LayerとPhysical Layerの関係を記述しており、これに続くISO11898-2は"Road vehicles - Controller area network(CAN) - Part 2:High-speed medium access unit"としてPhysical Layerの詳細を記述している。そこでこのISO11898-2を見ながら、もう少し詳細に触れてゆきたいと思う。

図1

まずバスのトポロジーであるが、CANは図1の様な接続方法を推奨されている。要するに2線式の共有バス形式で、複数のCAN nodeがこれにぶら下がる形だ。CANのバスライン両端に終端抵抗を置いて、信号の反射を防ぐ仕組みになっているが、あくまでこれは推奨であって、等価の信号特性が保証できれば必ずしもこれと同じである必要はなく、例えばハブとかリング構造でも基本的には動作することになる(流石にリング型は難しいだろうが)。ちなみにこの推奨モデルの場合、信号の伝達速度は最大1MHz、最大の配線長は40m、ノード間距離は0.1m以上、スタブ(CANのバスラインからCAN Nodeまでの配線)は最大0.3mと規定されている。ただこれはあくまでも規格上の上限なり下限であり、実際は利用するトランシーバによって変わってくるのが実情だ。このあたり、SAEではCANの規格を更に細分化しており、J1850J1939J2284J2411など、いくつかの規格で細かくスペックが変わってきている。例えば一番高速な"J2284 High Speed CAN(HSC)"についても、

  • J2284/1 : 125Kbps
  • J2284/2 : 250Kbps
  • J2284/3 : 500Kbps

という具合に細かく分かれている。またJ2411は"Single Wire CAN"という名前の通り、配線を1本にした規格だったりするわけで、これを全部網羅するのは流石に無理がある。そこで以下はJ2284/3をベースに話を進めたい。

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インデックス

連載目次
第421回 MCUで遊ぼう Part2 (12)
第420回 MCUで遊ぼう Part2 (11)
第419回 MCUで遊ぼう Part2 (10)
第418回 MCUで遊ぼう Part2 (9)
第417回 MCUで遊ぼう Part2 (8)
第416回 MCUで遊ぼう Part2 (7)
第415回 MCUで遊ぼう Part2 (6)
第414回 MCUで遊ぼう Part2 (5)
第413回 MCUで遊ぼう Part2 (4)
第412回 MCUで遊ぼう Part2 (3)
第411回 MCUで遊ぼう Part2 (2)
第410回 MCUで遊ぼう Part2 (1)
第409回 MCUで遊ぼう(57)
第408回 MCUで遊ぼう(56)
第407回 MCUで遊ぼう(55)
第406回 MCUで遊ぼう(54)
第405回 MCUで遊ぼう(53)
第404回 MCUで遊ぼう(52)
第403回 MCUで遊ぼう(51)
第402回 MCUで遊ぼう(50)
第401回 MCUで遊ぼう(49)
第400回 MCUで遊ぼう(48)
第399回 MCUで遊ぼう(47)
第398回 MCUで遊ぼう(46)
第397回 MCUで遊ぼう(45)
第396回 MCUで遊ぼう(44)
第395回 MCUで遊ぼう(43)
第394回 MCUで遊ぼう(42)
第393回 MCUで遊ぼう(41)
第392回 MCUで遊ぼう(40)
第391回 MCUで遊ぼう(39)
第390回 MCUで遊ぼう(38)
第389回 MCUで遊ぼう(37)
第388回 MCUで遊ぼう(36)
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第384回 MCUで遊ぼう(32)
第383回 MCUで遊ぼう(31)
第382回 MCUで遊ぼう(30)
第381回 MCUで遊ぼう(29)
第380回 MCUで遊ぼう(28)
第379回 MCUで遊ぼう(27)
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第377回 MCUで遊ぼう(25)
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第350回 USB 3.0の研究(77)
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第348回 USB 3.0の研究(75)
第347回 USB 3.0の研究(74)
第346回 USB 3.0の研究(73)
第345回 USB 3.0の研究(72)
第344回 USB 3.0の研究(71)
第343回 USB 3.0の研究(70)
第342回 USB 3.0の研究(69)
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第340回 USB 3.0の研究(67)
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