1、1路面车辆推荐操作规程（被采纳为美国国家标准）SAE J1939-21：（R）数据链路层前言本系列 SAE 推荐操作规程是由卡车及客车电子电气委员会所属的卡车及客车控制及通信小组委员会制定的。该小组委员会的目标是针对电控单元的需求、设计和使用，提交消息报告、制定推荐操作规程。这些电控单元在汽车部件之间传递着电子信号和控制信息。本规程的使用不限于卡车和客车应用，其对于其他的应用也可以提供直接的支持，正如已在建筑及农业设备和固定式的动力系统。本推荐操作规程的最终目标是形成工业标准，因此可能为适应实际应用和技术进步作出经常性的调整。这个数据链路层适用于所有 SAE J1939 的应用。在所有 SAE
2、 J1939 的应用中，它有共通的特性。目录前言 .1目录 .11 目标 .32 参考 .32.1 应用出版物 .32.1.1 SAE 出版物 .32.2 相关出版物 .33 定义 .34 缩写 .45 技术要求 .45.1 消息/帧格式 .55.1.1 SAE J1939 消息帧格式（“CAN 2.0B”扩展帧格式） .55.1.2 参数群编号（PGN） .85.1.3 “CAN 2.0B”标准帧格式消息的 SAE J1939 支持 .85.2 协议数据单元（PDU） .95.2.1 优先级（P） .105.2.2 保留位（R） .105.2.3 数据页（DP） .105.2.4 PDU 格
3、式（PF） .105.2.5 特定 PDU（PS） .1125.2.5.1 目标地址（DA） .115.2.5.2 群扩展（GE） .125.2.6 源地址（SA） .125.2.7 数据域 .135.3 协议数据单元（PDU）格式 .135.3.1 PDU1 格式 .145.3.2 PDU2 格式 .145.4 消息类型 .155.4.1 命令 .155.4.2 请求 .155.4.3 广播/响应 .175.4.4 确认 .175.4.5 群功能 .195.5 消息优先级 .205.6 总线访问 .205.7 争夺仲裁 .205.8 错误检测 .215.9 源地址和参数群编号的设定过程 .2
4、15.9.1 地址分配准则 .215.9.2 参数群设定准则 .225.9.3 数据域的定义 .225.10 传输协议功能 .235.10.1 （消息）拆装和重组 .235.10.2 连接管理 .245.10.3 传输协议连接管理消息 .265.10.4 传输协议 数据传送消息（TP.DT） .295.10.5 连接的限制 .295.11 PDU 处理所需的条件 .305.12 应用注释 .305.12.1 高速数据更新 .305.12.2 请求调度 .305.12.3 设备响应时间和默认超时 .315.12.4 必需的响应 .315.12.5 发至指定或全局目标地址的 PGN 的传输 .31
5、5.12.6 数据包建议使用的 CTS 数目 .316 注释 .326.1 页边标记 .32附录 A.33SAE J1939 PDU 处理过程 典型的接收流程 .33附录 B.34通讯消息类型 .34附录 C.35传输协议的传送次序 .3531 目标正如母文档 SAE J1939 中所述，完全定义一个 SAE J1939 网络至少需要七个文档。本文档 SAE J1939 利用了带有 29 位标识符的 CAN 网络协议来描述数据链路层。对于 SAE J1939 网络，不允许定义其他的数据链路层。2 参考2.1 应用出版物一般有关此系列推荐规程的资料可以在 SAE J1939 中找到。除非特别说明
6、，所发布SAE 出版物是最新版本。2.1.1 SAE 出版物可在 SAE,400 Commonwealth Drive,Warrendale,PA 15096-0001 获得。SAE J1939串行控制通信卡车网络的推荐规程是其母文档，并作为一般性的参考文档。SAE J1939-71汽车应用层SAE J1939-81网络管理2.2 相关出版物下列出版物仅是提供资料查询，而非本文档的必要组成部分。2.2.1ISO 出版物可在 SAE,400 Commonwealth Drive,Warrendale,PA 15096-0001 获得。ISO 11898(修订版)公路卡车数据信息交换高速控制器局域
7、网（ CAN）修订版13 定义术语和相关定义在 SAE J1939 中给出44 缩写ACK 确认BAM 广播公告消息CAN 控制器局域网CRC 循环冗余码校验CTS 清除发送DA 目标地址DLC 数据长度码DP 数据页EOF 帧结束ID 标识符IDE 标识符扩展位LLC 逻辑链路控制LSB 最低有效字节或位MAC 介质访问控制MF 制造商MSB 最高有效字节或位NA 禁用NACK 否定P 优先级PDU 协议数据单元PF PDU 格式PGN 参数群编号PS 特定 PDUGE 群扩展DA 目标地址R 保留RTR 远程传输请求SA 源地址SOF 帧起始SRR 代用远程请求TP 传输协议Th 持续时间
8、Tr 响应时间un 未定义5 技术要求数据链路层跨越物理层连接，提供稳定的数据传输。其中包括在发送 CAN 数据帧中的必要同步，顺序控制，纠错控制和流控制。流控制是以统一的消息帧格式实现的。55.1 消息/帧格式消息格式需适应 CAN 网络的要求变化。CAN 规范参见 1991 年 9 月的“CAN 规范 2.0版 B 部分 ”。需要指出的是，当 CAN 规范和 SAE J1939 有差异之处时，参照 SAE J1939。CAN 文档规定，在消息路由选择中不使用节点地址。某些 CAN 网络中正确的应用并不一定适用于 SAE J1939。SAE J1939 网络定义中规定，节点寻址是用来防止多节
9、点使用同样的 CAN 网络标识符字段（见 SAE J1939） 。许多 SAE J1939 中的附加要求在 CAN 网络中并没有规定。“CAN 2.0B”包括两种消息格式的规范，标准帧和扩展帧。 “CAN 2.0B”的兼容性意味着通过使用不同的帧格式位码，保证二者能同时在同一网络中使用。就此而言，SAE J1939也能够自适应这两种 CAN 数据帧格式。但是，SAE J1939 只使用扩展帧格式全面定义了标准化的通信。所有标准帧格式消息都按照本文档中定义的规则作为专用消息使用。因此，SAE J1939 设备必须使用扩展帧格式。标准帧格式消息可以在网络中存在，但只能以本文档所描述的方式。备注：标
10、准帧设备不响应网络管理消息，不支持标准化通信。如图 1 所示，CAN 数据帧被分成不同的域。但 CAN 标准帧和扩展帧格式消息对于仲裁域和控制域中位的编号和功能定义有所不同。CAN 标准帧消息如 A 所示，其在仲裁域含有 11 位标识符。CAN 扩展帧消息如 B 所示，其在仲裁域含有 29 位标识符。SAE J1939 已更进一步的定义了 CAN 数据帧格式中仲裁域的标识符位。该定义见表 1。5.1.1 SAE J1939 消息帧格式（“CAN 2.0B”扩展帧格式）CAN 扩展帧的格式如图 1 所示，包含一个单一的协议数据单元（PDU） 。PDU 包含 7个预定义的域。这些域由应用层提供的信
11、息决定，包括优先级、保留位、数据页、PDU 格式、特定 PDU(目标地址、群扩展或专用)、源地址和数据域。PDU 将被分组封装在一个或多个 CAN 数据帧中，通过物理介质传输到其他网络设备。SAE J1939 支持的开放系统互连（OSI）模型如图 2 所示。需要注意的是，某些参数群定义要求使用一个以上的 CAN 数据帧来发送消息。A. CAN 标准帧格式位 填 充 EOF7ACK段 2CR151位 数 据 段控 制 段 6位仲 裁 段 12位11 1 4 0-64SOF标 识 符 RTRIDEr0DLC 数 据 段CAN数 据 帧位 填 充 为 127位 的 最 大 帧 长 度 CR分 隔 符
12、无 位填 充6B. CAN 扩展帧格式位 填 充 EOF7位 11 1SOF标 识 符 SRIDECAN扩 展 数 据 帧位 填 充 为 150位 的 最 大 帧 长 度 CR分 隔 符ACK段CR15120-64数 据 段数 据 段控 制段6位 DLC41RTR18标 识 符扩 展 r0 无 位填 充仲 裁 段 32位图 1CAN 数据帧节点 1 节点 5定义：R 定义：R 是保留位，DP 是数据页，PF 是 PDU 格式，PS 是特定 PDU,SA 是源地址图 2OSI 在 SAE J1939 中的应用表 1SAE J1939 和 CAN 的仲裁域与控制域的对照表应用层网络层数据链路逻辑链
13、接控制介质访问控制物理层优先级，R,DP,PF,SA, 数据一个或多个 PDU一个或多个 CAN 数据帧优先级，R,DP,PF,SA, 数据 应用层一个或多个 PDU网络层数据链路逻辑链接控制介质访问控制物理层一个或多个 CAN 数据帧71. 专用 11 位标识符的要求格式。2. 在 CAN 中定义的位，在 SAE J1939 中定义不变。3. 备注：29 位标识符CAN29 位标识符SAE J1939 帧位位置11 位标识符CAN11 位标识符SAE J1939（1 ）SOF SOF(2) 1 SOF SOF(2)ID28 P3 2 ID11 P3ID27 P2 3 ID10 P2ID26
14、P1 4 ID9 P1ID25 R1 5 ID8 SA8ID24 DP 6 ID7 SA7ID23 PF8 7 ID6 SA6ID22 PF7 8 ID5 SA5ID21 PF6 9 ID4 SA4ID20 PF5 10 ID3 SA3ID19 PF4 11 ID2 SA2ID18 PF3 12 ID1 SA1SRR(r) SRR(2) 13 RTR(x)IDE(r) IDE(2) 14 IDE(x) RTR(2) (d)ID17 PF2 15 r 0 IDE(2)ID16 PF1 16 DLC4 DLC4ID15 PS8 17 DLC3 DLC3ID14 PS7 18 DLC2 DLC2ID
15、13 PS6 19 DLC1 DLC1ID12 PS5 20ID11 PS4 21ID10 PS3 22ID9 PS2 23ID8 PS1 24ID7 SA8 25ID6 SA7 26ID5 SA6 27ID4 SA5 28ID3 SA4 29ID2 SA3 30ID1 SA2 31ID0 SA1 32RTR(x) RTR (2)(d) 33r 1 r 1(2) 34r 0 r 0(2) 35DLC4 DLC4 36DLC3 DLC3 37DLC2 DLC2 38DLC1 DLC1 398SOF - 帧起始位 P# - SAE J1939 优先级位#nID# - 标识位#n R# - SAE
16、J1939 保留位#nSRR - 代用远程请求 SA# - SAE J1939 目标地址#nRTR - 远程传输请求位 DP - SAE J1939 数据页IDE - 标识符扩展位 PF# - SAE J1939 PDU 格式位#nr # - CAN 保留位 PS# - SAE J1939 特定 PDU 位#nDLC# - 数据长度码位#n（d）- 显性位（r）- 隐性位（x）- 消息状态位表 1 分别描述了 CAN 网络的 29 位标识符、SAE J1939 的 29 位标识符、CAN网络的 11 位标识符和 SAE J1939 的 11 位标识符中的仲裁域和控制域。每个 SAE J1939
17、 位分配的详细定义见定义 SAE J1939 协议数据单元的部分（见 5.2） 。本文档对 CAN 数据帧从位 1 到位 8 逐一定义。字节 1 的最高位（位 8）是紧接着 DLC 域发送的第一位，字节 8 的最低位（位 1）是最后发送的数据位，紧接着的是 CRC 域。5.1.2 参数群编号（PGN ）在 CAN 数据帧的数据域中需要指明参数群时，PGN 是表示成 24 位。PGN 是一个 24 位的值，包括以下要素：保留位、数据页位、PDU 格式域（8 位）和群扩展域（8 位） 。各个位转化到 PGN 的过程如下。若 PF 值小于 240(F016)，PGN 的低字节置 0。注意：用本文档规
18、定的范例，并非全部 131,071 种组合都可用于分配(计算如下：2 页*240+(16*256)=8,670) 。见 SAE J1939 附录 A，可查现行的最新分配。参见 PGN 表，表 2，位和其相应的十进制转化。5.1.3 “CAN 2.0B”标准帧格式消息的 SAE J1939 支持SAE J1939 网络中的控制器支持 CAN 标准帧（11 位标识符）消息格式。虽然与 SAE J1939 消息结构不兼容，但为了协调这两种格式的共存，在最低层次做了定义。此最低层次定义允许使用此格式的设备与其他设备不发生干扰。CAN 标准帧格式消息是用来专用的。参见表 1，11 位标识符功能分析如下：
19、最高三位用作优先级位，最低八位定义 PDU 的源地址。优先级位的定义见 5.2.1。源地址在源地址表中定义（见 SAE J1939）备注：标准帧和扩展帧试图同时访问总线时可能产生错误的总线仲裁。源地址（SA）在标准帧消息中较扩展帧消息中有相对较高的优先级。含有 11 位标识符的消息（标准帧）含有源地址，其优先级比含有保留位、数据页位和 PF 的 29 位标识符消息（扩展帧）高。三位优先级位是用来实现正确的总线仲裁的。SAE J1939 只用扩展帧格式全面定义了标准化通信。遵循 “CAN 2.0A”规范的硬件不9能用扩展帧通信，因此不能适用于此网络。表 2 参数群编号（PGN）范例PGN 子部P
20、GN（MSB）字节 1在 CAN数据帧中第三发送位 8-3PGN 子部PGN（MSB）字节1R位 2PGN 子部PGN（MSB）字节1DP位 1PGN 子部PGN字节 2在 CAN数据帧中第二发送PF位 8-1PGN 子部PGN（LSB）字节 3在 CAN数据帧中首先发送PS位 8-1PGNDec10PGNHex16可分配PG 的数目累加的PG 数目SAE 或制造商分配23913840256240409623924040804336457686720000000000共000000000000000000111102382392402542552550239240255000025502550
21、002550609286118461440652796528065535655361267201269761310710000001600EE001600EF001600F0001600FEFF1600FF001600FFFF160100001601EF001601F0001601FFFF168672 8672SAEMFSAEMFSAESAE5.2 协议数据单元（PDU ）应用层和（或）网络层规定了一系列以协议数据单元形式存在的消息。协议数据单元定义了一个框架，用来组织那些对于每个要发送的 CAN 数据帧都具有重要意义的消息。SAE J1939 协议数据单元由七部分组成，分别是优先级，保留位，
22、数据页，PDU 格式，特殊 PDU（可作为目标地址、组扩展或专用） ，源地址和数据域。PDU 将被分组封装在一个或多个 CAN 数据帧中，通过物理介质传送到其他网络设备。每个 CAN 数据帧只可能有一种 PDU。需要指出的是，某些参数群编号定义需要多个 CAN 数据帧才能发送相应的数据。某些 CAN 数据帧的域不是在 PDU 中定义，因为它们完全由 CAN 规范决定，对 OSI 数据链路层以上的层是不可见的。它包括 SOF，SRR，IDE ，RTR ，控制域部分，CRC 域， ACK 域和 EOF 域。这些域由 CAN 协议定义的， SAE J1939 不能修改。这七个 PDU 域如图 3 所
23、示。PDU 中的每一段在后继的章节中定义。10J193 PDUPSPFPRDP SA 数 据 段.31 8 8 8 0-64位定义：P 是优先级， R 是保留位，DP 是数据页，PF 是 PDU 格式，PS 是特定 PDU，SA 是源地址图 3协议数据单元（PDU）5.2.1 优先级（P）这三位仅在总线传输中用来优化消息延迟，接收机必须对其做全局屏蔽（即忽略） 。消息优先级可从最高 0（000 2）设置到最低 7（111 2） 。所有控制消息的缺省优先级是 3（110 2） 。其他所有信息、专用、请求和 ACK 消息的缺省优先级是6（110 2） 。当定义新的参数群编号，或总线上通信量变化时，
24、优先级可以升高或降低。当消息被添加到应用层，将给出一个推荐的优先级。虑及 OEM 应能对网络做相应调整，优先级域应当是可重编程的。 5.2.2 保留位（R）SAE 保留此位以备今后开发使用。不能将此位与 CAN 保留位混淆。所有消息应在传输中将 SAE 保留位置 0。今后新的定义可能扩展 PDU 格式域，定义新的PDU 格式，扩展优先级段或增长地址空间。5.2.3 数据页（DP）数据页位选择参数群描述的辅助页。在分配页一的 PGN 之前，先分配完页零的可用 PGN。5.2.4 PDU 格式（PF）PDU 格式是一个确定 PDU 格式的 8 位构成的域，也是一个确定数据域对应参数群编号的域。参数群编号除用来确定或标识命令、数据、某些请求、确认和否定之外，还可确定或标识那些要求一个或多个 CAN 数据帧通信的信息。若消息长于8 字节，必须将消息分组封装发送（见 5.10） 。如消息长小等于 8 字节，则使用单个 CAN 数据帧。参数群编号可以对应是一个或多个参数，这里参数是指如发动机转速之类的数据。尽管参数群编号标识也能被用来作为一个参数，我们推荐对多参数进行组合以利用数据域的全部 8 字节。两种专有参数群编号的定义已经建立起来，来确保 PDU1 和 PDU2 两种格式的
