車載ネットワーク（6）CAN 通信手順とフレーム構造

CAN には、データフレーム/リモートフレーム/オーバーロードフレーム/エラーフレームの4 種類のフレームタイプがある(表1)。

名称	概要
データフレーム	通常のデータ送信フレーム（標準/拡張フォーマット）
リモートフレーム	データフレーム送信要求
エラーフレーム	エラーを他のノードに通知
オーバーロードフレーム	前回のフレーム処理が完了していないことを通知

主に乗用車で使われる「標準フォーマット」とトラックなどの大型車で使われる「拡張フォーマット」が通常時使用されるフォーマットだ。リモートフレームは、データフレーム送信要求フレームだが、ポーリング動作が主流になったため、かつてほど重要ではない。

エラーフレームは、エラーを検出したノードが他のノードにエラーを通知するフレームだ。エラーフレームは、 Wired or の原理を使い送信中のフレームを破壊するフレームだ。フレームに違いはないが、「フレーム破壊信号」に近いイメージだ。

オーバーロードフレームは、受信フレームの処理が間に合わず次のフレームを受信できないときに送信される。これも、「フレーム送信抑制信号」とでも呼んだ方が実態に近い。最近のプロセッサは十分な性能があるため、オーバーロードフレームが送信されることは極めてまれだ。

標準フォーマット

以下のフレーム構造図で、信号のハイレベルを「リセッシブ」、ローレベルを「ドミナント」と呼ぶ。ドミナントにのみ線がある部分はドミナント固定、リセッシブにのみ線がある部分はリセッシブ固定、両方に線がある部分はデータにより変化する部分だ。フレーム間ギャップは、誰も送信していない状態で「アイドル」状態を表す。

標準フォーマットの各部の機能は次のとおりだ。

拡張フォーマット

図3 、図4 から分かるように、標準フォーマットと拡張フォーマットの違いは、ベース Identifier から拡張 Identifierまでだ。 RTR 以降は全く同じだ。フレームを受信したノードは、11 ビットの Identifier 受信後の 2 ビット情報で、標準と拡張を識別できる。

リモートフレーム

リモートフレームは、データフレーム送信要求に使用する。基本構造は、データフレームから Data Field を除いた形だ。リモートフレームの ID は要求するデータフレームの ID を設定し、 DLC は要求するデータフレームの DLC を設定する。リモートフレームで送信するデータ長では ない(リモートフレームには Data Field がない)。

データフレームとの違いは、RTR がリセッシブになることだ。RTR でデータフレームとリモートフレームを識別することができる。

例えば ECU がセンサ情報を収集する場合、ECU はセンサに対し「リモートフレーム」を送信し、センサは「データフレーム」を送信する。これが CAN の本来の姿だ。しかし、「リモートフレーム」と「データフレーム」のハンドシェークはほとんど使われていない。リモートフレームを使用せず、データフレームを定期的に送信する方式が主流だ。

リモートフレームを使わなくなった理由は2つある。

• データフレームの送信頻度が高くなるとリモートフレームによる帯域ロスが大きい
• DLC(送信バイト数を指定)の定義があいまいで、互換性問題が起きる。CAN は0~8バイトのデータを送信できるが、DLC の設定範囲は、0~15 で9以上を指定された場合の動作が曖昧だ。

オーバーロードフレーム

CAN は約40年前に開発されたかなり古い規格だ。規格化当初は、マイクロプロセッサの処理能力が低く、受信データ処理に時間がかかり、次のデータを受信できない事態が想定された。データフレーム受信中に処理が間に合わないノードは、オーバーロードフレームを送信し、次のデータフレーム送信開始を遅らせることができる。

オーバーロードフレームは、データフレームまたはリモートフレームの EOF に続く 6~7 ビッ トの「Overload Flag」と 8 ビットの「Overload Delimiter」で構成される。

最近は、マイクロプロセッサの性能が向上し、このような事態は想定できない。ネットワーク帯域を無駄に消費するため、オーバーロードフレームを使用しないのが一般的になった。

エラーフレーム

エラーフレームは、通信中にエラーが発生した時に送信されるフレームだ。ネットワークに接続されている他のノードに異常を通知する役割がある。エラーフレームは、送信中のデータフレームやリクエストフレームを破壊し、ビットスタッフィングルールを破ることで、他のノードにエラーが発生したことを知らせるようになっている。エラーフレームは、Error Flag と Error Delimiter の2つの領域で構成されている。