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SAE J1939

ノウハウ

商用車分野でのネットワークと通信に関するオープン規格

SAE J1939

SAE J1939は、商用車分野でのネットワークと通信に関するオープンな規格です。主な適用分野はパワートレインネットワークです。

SAE J1939の特徴は、ネットワークと通信にCAN技術を使用することによるメーカー間の相互運用性です。J1939プロトコルはSociety of Automotive Engineers(SAE)によって策定され、ISO11898準拠の高速CANを使用した物理レイヤー上で動作します。

特長

  • 29ビットの拡張CAN-IDを使用
  • CAN伝送速度を250Kbit/秒と500Kbit/秒に標準化
  • ポイントツーポイントアドレッシング(ノードアドレッシング)とグローバルアドレッシング(メッセージアドレッシング)を使用
  • マルチパケットメッセージの使用により、最大1,785バイトを伝送可能
  • 独自のネットワークマネジメントによりバスアクセスを制御
  • 車両通信全体のための標準化されたメッセージ
  • メーカー固有のメッセージ定義が可能
  • 独自の診断インターフェイスを定義

SAE J1939とCAN

SAE J1939プロトコルは物理レイヤーとしてCAN(Controller Area Network、ISO 11898-1およびISO 11898-2)を使用します。CANプロトコルは主に車載ネットワークで使用され、電子制御装置(ECU)間のシリアル通信方式として広く利用されています。一般的なECUには、エンジン、トランスミッション、ブレーキのECUのほか、メーターやドアのECUなどがあります。

一般的なJ1939車載ネットワーク
一般的なJ1939車載ネットワーク
一般的なJ1939車載ネットワーク

コンソーシアムおよびその他の仕様

SAE J1939からはいくつかの標準規格が派生しています。これらの標準規格はJ1939のプロトコルの基本的な部分を使用しており、多くの場合はデータ定義と、必要に応じた物理レイヤーの部分のみが異なります。

ISO 11783
NMEA 2000®
ISO 11992
FMS
ISO 11783 x
ISO 11783
NMEA 2000®
ISO 11992
FMS

ISO 11783 - 農業/林業用のトラクターや作業機械の制御用シリアル通信

農業に使用される車両の通信、具体的には、トラクターとそれに取り付ける作業機械、すなわちインプルメントの間の通信を定義します。ISO 11783標準規格は、たとえばバーチャルターミナルからの作業機械の制御など、アプリケーションレイヤーでのサービスを規定します。作業機械の制御に必要なあらゆるグラフィックエレメントが用意されていて、バーチャルターミナルにそれらを表示できます。その他のアプリケーションコンポーネントとしては、トラクターECU、タスクコントローラ、ファイルサーバー、シーケンス制御などがあります。ISO 11783標準規格には、SAE J1939用に定義されたマルチパケットプロトコルが拡張されています。また、トラクターや作業機械を1つの要素として考えるワーキングセットのメカニズムも定義されています。

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NMEA 2000® - 船舶用電子機器のためのシリアルデータネットワーク

船舶の電子機器の通信プロトコルを定義します。マルチパケットプロトコルの拡張(Fast Packet Protocol)も使用されます。

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ISO 11992 – トラックとトレーラー間のデジタル情報の交換

トラックとトレーラー間のメッセージ交換を規定します。ISO 11992はJ1939のメッセージ形式に基づくものの、使用する物理レイヤーの設定が異なっており、125Kbit/秒のみが使用されます。

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FMS – Fleet Management System

FMS標準規格は、J1939ネットワークとFMSの間のゲートウェイを定義します。

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J1939の文書構造

J1939の文書構造
J1939の文書構造
J1939の文書構造

J1939は仕様全体がさまざまな文書と章に分かれています。これらの文書はいずれも、個別に、またはあらかじめパッケージとしてまとめられた形で、SAEのWebサイト、www.sae.orgからダウンロードできます。

J1939仕様の各章は有料のため、無料でアクセスすることはできません。各章は体系的に構成されており、ISO/OSI参照モデルに大まかに基づいています。大まかに基づく理由は、J1939の文書構造に、OSIモデルでは定義されていない第8章が含まれているためです。

現在入手可能な章および文書を右側の表に示します。

物理レイヤー

J1939-11/14/15の仕様比較

SAE J1939プロトコルは物理レイヤーとしてCAN(Controller Area Network、ISO 11898-1およびISO 11898-2)を使用します。

SAE J1939:バストポロジ
SAE J1939:バストポロジ
SAE J1939:バストポロジ
パラメータ J1939-11 J1939-15 J1939-14
ツイストペアワイヤー シールドあり シールドなし シールドあり/シールドなし
ビットレート 250Kbit/秒 250Kbit/秒 500Kbit/秒
ECUの数 30 10 30
バスの長さ 最大:40m 最大:40m 最大:40.0m~56.4m
ECU間の距離 最小:0.1m | 最大:40m 最小:0.1m | 最大:40m 最小:0.3m | 最大:40.0m~56.4m
スタブの長さ 最大:1m 最大:3m 最大:1.67m
診断スタブの長さ 最大:0.66m + 5m 最大:2.66m + 5m 最大:1.67m + 5m

 

パラメータグループ

J1939-21文書は、29ビットのCAN IDを解釈する際に従うべきスキームを定義したものです。CANメッセージの8バイトデータフィールドには、開始ビットと長さによってさまざまなシグナルが定義されますが、これと同様にCAN IDも複数のセグメントに分割され、パラメータグループを形成します。そのため、PGN自体を表すのは識別子の一部のみで、残りはソースアドレス、ディスティネーションアドレス、プライオリティ、データページ(DP)として解釈されます。

29ビットのCAN識別子からパラメータグループへ
29ビットのCAN識別子からパラメータグループへ
29ビットのCAN識別子からパラメータグループへ

PGNセクション

「データページ」(DP)と「拡張データページ」(EDP)の2つのビットもPGNの一部です。これらは2つの最上位ビットとしてカウントするために使用されます。結果的に数値の範囲は4つのPGNページにわたりますが、J1939で使用されるのは3ページのみです。

使用可能なデータページ定義は以下のとおりです。

拡張データページ(EDP) データページ(DP) 説明
0 0 SAE J1939とISO 11783
0 1 SAE J1939 NMEA 2000®
1 0 SAE J1939 – リザーブ –
1 1 ISO 11992診断(重要:J1939レイアウト定義なし)

トランスポートプロトコル

長さが8バイトを超えるメッセージは大きすぎるため、1つのCANデータフレームには収まりません。そのため、このようなメッセージは送信側が個々のパケットに分割する必要があります。分割後は、それぞれCANメッセージとして送信することができます。受信側は、個々のフラグメントパケットを元の順序で再結合する必要があります。このための一連の規則がJ1939標準規格で定義されており、それがいわゆるトランスポートプロトコルです。

通信タイプに応じて、2つのトランスポートプロトコルが定義されています。

ピアツーピア
ブロードキャスト
ピアツーピア x
ピアツーピア
ブロードキャスト

固有の通信 – Connection Mode Data Transfer(RTS/CTS)

Connection Mode Data Transfer(RTS/CTS)
Connection Mode Data Transfer(RTS/CTS)
Connection Mode Data Transfer(RTS/CTS)

このプロトコルでは、送信側が受信側との接続を確立します。受信側には、個々のデータパケットのフロー制御を管理し、これに影響を与えるオプションがあります。受信側と送信側のどちらも接続を中止することができます(エラーの場合など)。

Connection Mode Data Transferプロトコルは時間の制約を受けません。すべてのノードが、可能な限り高速にデータを交換します。

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グローバル通信 – Broadcast Announce Message(BAM)

Broadcast Announce Message(BAM)
Broadcast Announce Message(BAM)
Broadcast Announce Message(BAM)

送信側のみがフロー制御を管理します。メッセージは常にすべてのノードに送信されます。受信側が通信に介入することはできません。受信側がメッセージを受信できなくても、これを知らせることはできません。受信側は、必要に応じて新しいメッセージを待たなければなりません。

受信側はBAMプロトコルのフロー制御に影響を与えることができないため、送信側は個々のパケット間の最低間隔を維持する必要があります。間隔は10~200msです。これにより、低速のネットワークノードでも通信に参加することができます。

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診断

J1939診断インターフェイスは、標準の診断コネクタと、各種の診断サービスを扱うための一連のPGNを定義します。診断メッセージ(DM)として指定されたPGNは、UDS診断(Unified Diagnostic Service)機能の適用範囲にほぼ対応しています。また、EU指令、オンボード診断(OBD II)に関する「カリフォルニア州規制」のほか、HD OBD(Heavy Duty OBD)やWWH(World Wide Harmonized) OBD(ISO 27145)にも準拠しています。

ソフトウェアツールから能動的にサービスを開始する必要のあるUDS診断とは対照的に、J1939 ECUは通常の動作中に診断メッセージを独立して送信することもできます。発生したエラーはネットワーク内で直接評価され、必要に応じて表示されます。これと並行して、診断コネクタ経由でツールを使用してエラーを読み出すことができます。統一エラーコード、いわゆるダイアグノスティックトラブルコード(DTC)には、エラーのあるSPN、エラーパターン、エラーの発生頻度が含まれています。

ダイアグノスティックトラブルコード(DTC)

DTC(ダイアグノスティックトラブルコード)は、システム内のエラープロパティを表します。DTCは主に、現在異常な状況になっているSPNを表します。これにはさまざまな原因が考えられます。この状況の理由を示すインジケーターは、エラーの実際の原因を絞り込むのに使用されます。DTCの構造は統一されており、以下のエレメントで構成されています。

SAE J1939 Diagnostic Trouble Code(DTC)
SAE J1939 Diagnostic Trouble Code(DTC)
SAE J1939 Diagnostic Trouble Code(DTC)
  • Suspect Parameter NumberSPN
    エラーのあるSPNを表します。すべての定義済みSPNをDTCに使用できます。
  • Failure Mode IdentifierFMI
    値の範囲違反(上限/下限を超える値)、センサーの短絡、更新レートの誤り、キャリブレーションエラーなど、発生したエラーの性質とタイプを表します。
  • Occurrence CounterOC
    各SPNのエラー条件の発生カウンター。このカウントは、エラーが発生しなくなっても保持されます。
  • SPN Conversion MethodCM
    DTC内のバイト配列を定義します。値「0」は、「Structure of a DTC」図に示すメソッドを表します。CMの値が「1」の場合は、3つの有効なメソッドを区別する必要があります。この場合、システムが認識している必要があります。

機能安全

SAE J1939では、セーフティクリティカルなデータを転送する方法が2つ用意されています。1つはSAE J1939-76標準規格で、これには目的のパラメータグループを保護するための一般的なプロセスが記述されています。もう1つはSAE J1939で規定されている標準化されたパラメータグループを使用する方法で、これにはチェックサムとカウンターが組み込まれています。

SAE J1939-76 – チェックサムとシーケンスカウンターを持つSafety Header Message

SAE J1939-76標準規格(SAE J1939 Functional Safety Communications Protocol)では、セーフティクリティカルなデータを転送するためにJ1939が拡張されています。これはクリティカルなデータ(Safety Data Message: SDM)が含まれるメッセージの前に追加のメッセージ(Safety Header Message: SHM)を送信するもので、SHMとSDMでSafety Data Group (SDG) が構成されます。

SHMには以下の情報が含まれています。

  • シーケンスカウンター(SDG毎、5ビット)
  • SDMの反転したCAN ID(プライオリティなし、26ビット)
  • SDMのデータに対するCRC(32ビット)
Safety Data Group (SDG) のコンポーネント: Safety Header Message (SHM) とSafety Data Message (SDM)
Safety Data Group (SDG) のコンポーネント: Safety Header Message (SHM) とSafety Data Message (SDM)
Safety Data Group (SDG) のコンポーネント: Safety Header Message (SHM) とSafety Data Message (SDM)

- タイミング

送信側(プロデューサー)はSHMとSDMを生成し、それらを時間制限を順守しながら、適切な順序で送信します。受信側(コンシューマー)は転送されたデータのシーケンス、時間制限、整合性をチェックします。

タイミング
タイミング
タイミング

SDGの転送では、以下のタイミングが順守されなければなりません。

  • SRVT:Safety-Relevant Validation Time(SHMとSDMの間隔)
  • SCT:Safety Cycle Time(連続したSDMインスタンスの間隔)

 

SRVTとSCTの最大許容値を決定するタイムベースは、個々のSAE J1939 PG(SDM)のサイクル時間(転送レート)から導出されます。

最大SCTと最大SRVTは以下の定義に基づいて決定されます。

SDGのタイムベースSCTMaximumSRVTMaximum
≤ 200ms タイムベースの150% タイムベースの50%
> 200ms タイムベース+100ms 100ms

- 制限

SDMは8バイトを超えることはできません。これによってメッセージを転送するための転送プロトコルが不要になります。また、SDMは固定または可変のサイクル時間で送信する必要があります。可変サイクル時間は、たとえばメッセージは100ms間隔および変更の発生時に送信するが、20msより短い間隔では送信しないといった場合が該当します。

SAE J1939 Digital Annex – チェックサムとカウンターが組み込まれたメッセージ

J1939 Digital Annexでは、関係するECUのフォールト状態を検出するために、200以上のメッセージのチェックサムとメッセージカウンターが規定されています。メッセージカウンターとチェックサムはPGのペイロードデータに含まれており、メッセージカウンターはメッセージが転送されるたびに1つずつ増加します。チェックサムはペイロードデータから計算されるため、こちらも他シグナルの変化の有無にかかわらず、正常に転送されるたびに変化します。後続の転送時にメッセージカウンターが増加しなかったり、チェックサムがペイロードデータと一致しなかったりした場合、受信側は送信側がエラー状態にあると判断できます。

  • チェックサム
    Digital Annexにはチェックサムに関して5種類の計算規則が記述されており、そのうち2つは一般的なCRC(巡回冗長カウンター)の計算をベースとするもの、残りの3つは単純な加算、ビットシフト、ビットマスクを使用するものです。
  • メッセージカウンター
    Digital Annexでは、メッセージ内でメッセージカウンターが利用できる場所として、6か所が規定されています。

次の図はチェックサムとメッセージカウンターの一般的な配置と場所、さらにこの組合せを使用するメッセージの例を名前で示しています。5つの計算規則を簡単に判別できるよう、それぞれに大文字のA~Eを付けてあります。

チェックサムとメッセージカウンターの配置
チェックサムとメッセージカウンターの配置
チェックサムとメッセージカウンターの配置

定義されている計算規則

チェックサムは状況に応じて、メッセージ内の場所だけでなく、その計算式も大きく変化します。使用される規則は基本的に以下の5つです。

1) 最初の2つの規則では8ビット長のCRCが使用されます。

計算規則:CRCによるチェックサム
計算規則:CRCによるチェックサム
計算規則:CRCによるチェックサム

2) 残りの3つの規則ではビットシフト操作とビットマスクが使用されます。これらの規則は従来から使用されており、TSC1 (PGN 0) やXBR (PGN 1024) などのパラメータグループに使用されます。

計算規則:追加、ビットシフト、ビットマスクによるチェックサム
計算規則:追加、ビットシフト、ビットマスクによるチェックサム

J1939ポスター

J1939プロトコル一覧

このA1版(841mm x 594mm)プロトコルチャートは、J1939プロトコルの重要な基本事項を学ぶためのものです。以下のトピックに関する詳細情報が記載されているプロトコルチャートは無料で提供可能です。

仕様書 | 物理レイヤー | フレーム構造 | トランスポートプロトコル | 要求処理 | 診断 | ネットワーク管理

J1939プロトコルリファレンスチャート、A1版(A4に折り畳み可能)
J1939プロトコルリファレンスチャート、A1版(A4に折り畳み可能)
J1939プロトコルリファレンスチャート、A1版(A4に折り畳み可能)
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ベクター - J1939のスペシャリスト

ベクターはSAE J1939委員会のメンバーとして、定期的にワークショップに参加しています。ベクターは、J1939環境に関するノウハウと長年の経験を活かして、難しい問題をより効率的かつ迅速に、さらに高い費用対効果で解決できる高性能な製品やサービスを提供しています。

ベクターは、あらゆるJ1939プロジェクトに対応する一連のツールチェーンで、お客様に適したソリューションを提供します。

  • J1939に対応した各種ソフトウェアツール
  • カスタマイズされた組み込みソフトウェアコンポーネント
  • お客様のニーズに合わせたサービスとトレーニング

ベクターのツール

ベクターは、J1939プロジェクトに役立つ以下のツールを提供しています。

ツール

SAE J1939およびISOBUS 11783に準拠したモデルベースE/Eシステム設計:

  • J1939の設計をDBCおよびAUTOSAR経由でインポートおよびエクスポート
  • 拡張Multiplexingに対応
  • コントローラーアプリケーションのモデリング
  • AUTOSARに対応したソフトウェアおよびハードウェアネットワーク設計

PREEvision

J1939システムのシミュレーション、テスト、開発:

  • J1939システム対応のシミュレーション環境(残りのバスシミュレーション)の作成
  • シミュレーション用ランタイム環境
  • Band End Test

CANoe .J1939

J1939システムの解析:

  • J1939ネットワーク上のデータトラフィックの解析とロギング
  • メッセージシーケンスのシミュレーション
  • 記録されたメッセージシーケンスのリプレイ(リプレイ)

CANalyzer .J1939

J1939アプリケーション用組み込みソフトウェアコンポーネント

CANbedded J1939

CAN、SAE J1939、SAE J1708/J1587ネットワークで実行されるアプリケーションを開発

RP1210 API

DIAdem用ドライバーソフトウェア:J1939プロトコル、NMEA2000およびISOBUS(ISO11783)対応

vMeasure オプションDIAdem

ECU単体にも車両全体にも使用できる、手軽で扱いやすい診断テスター

Indigo

ワークショップ:SAE J1939の基礎とCANalyzer/CANoe .J1939の概要

J1939 トレーニング

その他の情報

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