Lösungen für Ihre SAE J1939-Vernetzung

SAE J1939 ist der offene Standard für die Vernetzung und Kommunikation im Nutzfahrzeugbereich. Schwerpunkt der Anwendung ist die Vernetzung des Antriebsstrangs.

Charakteristisch für J1939 ist die Verwendung der CAN-Technologie zur Vernetzung und Kommunikation sowie eine herstellerübergreifende Interoperabilität. Das Protokoll J1939 stammt von der internationalen Society of Automotive Engineers (SAE) und arbeitet auf dem Physical Layer mit CAN-Highspeed nach ISO11898.

SAE J1939 und CAN

Das SAE J1939-Protokoll verwendet CAN (Controller Area Network, ISO 11898-1 und ISO 11898-2) als physikalische Übertragungsschicht. Das CAN-Protokoll spielt in der Kraftfahrzeugvernetzung eine große Rolle und stellt eine gängige Methode zur bitseriellen Kommunikation zwischen Steuergeräten (Electronic Control Unit - ECU) dar. Typische Steuergeräte sind beispielsweise: Motor-, Getriebe-, oder das Bremssteuergerät aber auch das Kombiinstrument oder die Türsteuergeräte.

Physical Layer

Vergleich der Spezifikationen J1939-11/14/15

Das SAE J1939-Protokoll verwendet CAN (Controller Area Network, ISO 11898-1 und ISO 11898-2) als physikalische Übertragungsschicht.

Parametergruppe

Im Dokument J1939-21 ist definiert nach welchem Schema der 29-Bit-CAN-Identifier interpretiert werden muss. Ähnlich wie beim 8-Byte-Datenfeld einer CAN-Nachricht, in dem verschiedene Signale durch Startbit und Länge definiert werden, wird bei einer Parametergruppe der CAN-Identifier in verschiedene Segmente unterteilt. Dabei stellt nur ein Teil des Identifier die eigentliche PGN dar, der Rest wird als Quelladresse, Zieladresse, Priorität und Data Page (DP) interpretiert.

PGN Bereiche

Die beiden Bits „Data Page“ (DP) und „Extended Data Page“ (EDP) sind ebenfalls Bestandteil der PGN und werden als die beiden höchstwertigen Bits mitgezählt. Der Zahlenbereich wird dadurch in vier PGN Seiten eingeteilt, wobei für J1939 nur 3 genutzt werden.

Folgende Data Page Definitionen gibt es:

Transportprotokoll

Diagnose

Die J1939-Diagnoseschnittstelle definiert einen Standard-Diagnosestecker so wie eine Sammlung von PGNs zur Abwicklung von unterschiedlichen Diagnosediensten. Die als Diagnostic Message (DM) bezeichneten PGNs erfüllen weitgehend den Funktionsumfang der UDS-Diagnose (Unified Diagnostic Service). Sie entspricht ebenso den Richtlinien der EU oder dem „California Code of Regulation“ für Onboard Diagnostics (OBD II), sowie HD OBD (Heavy Duty OBD) und WWH (World Wide Harmonized) OBD (ISO 27145).

Im Gegensatz zur UDS-Diagnose, bei der die Dienste aktiv über ein Softwarewerkzeug angestoßen werden müssen, senden J1939-ECUs auch selbständig Diagnosenachrichten während dem Standardbetrieb. Auftretende Fehler werden direkt im Netzwerk ausgewertet und gegebenenfalls optisch angezeigt. Parallel hierzu können sie mit einem Werkzeug über die Diagnosesteckdose ausgelesen werden. Einheitliche Fehlercodes, sogenannte Diagnostic Trouble Codes (DTC), beinhalten die fehlerhafte SPN, das Fehlerbild und die Häufigkeit des Auftretens eines Fehlers.

Funktionale Sicherheit

Für die Übertragung von sicherheitskritischen Daten gibt es bei SAE J1939 zwei unterschiedliche Ansätze. Zum einen gibt es den Standard SAE J1939-76, der ein allgemeines Vorgehen beschreibt, um eine beliebige Parametergruppe abzusichern. Zum anderen gibt es durch SAE J1939 standardisierte Parametergruppen, die eine eingebaute Checksumme sowie einen eingebauten Zähler besitzen.

SAE J1939-76 – Dedizierte Safety Header Message mit Prüfsumme und Sequenzzähler

Der Standard SAE J1939-76 (SAE J1939 Functional Safety Communications Protocol) beschreibt eine J1939-Erweiterung für die Übertragung sicherheitskritischer Daten. Dies wird erreicht, indem vor der Botschaft mit den kritischen Daten (Safety Data Message, SDM) eine zusätzliche Botschaft (Safety Header Message, SHM) gesendet wird. SHM und SDM bilden dann eine Safety Data Group (SDG).

Die SHM enthält folgende Informationen:

• einen Sequenzzähler (pro SDG, 5 Bit),
• die invertierte CAN-ID der SDM (ohne Priorität, 26 Bit),
• den CRC über die Daten der SDM (32 Bit).

SAE J1939 Digital Annex – Botschaften mit integrierter Prüfsumme und Zähler

Der J1939 Digital Annex spezifiziert für mehr als 200 Botschaften Prüfsummen (Checksum) und Botschaftszähler (Message Counter) zur Erkennung von Fehlerzuständen beteiligter ECUs. Der Botschaftszähler und die Prüfsumme sind Teil der Nutzdaten einer PG. Bei jeder Übertragung einer Botschaft wird der Botschaftszähler um eins erhöht. Da die Prüfsumme aus den Nutzdaten berechnet wird, ändert sich folglich bei jeder korrekte Übertragung auch die Prüfsumme, unabhängig davon, ob sich andere Signale geändert haben oder nicht. Wird allerdings der Botschaftszähler bei einer Folgeübertragung nicht erhöht, oder stimmt die Prüfsumme nicht mit den Nutzdaten überein, kann der Empfänger von einem Fehlerzustand des Senders ausgehen.

• Prüfsummen (Checksum)
  Der Digital Annex beschreibt fünf verschiedene Berechnungsvorschriften für die Prüfsummen. Zwei davon basieren auf einer typischen CRC (Cyclic Redundancy Counter) Berechnung mit acht-Bit-Länge. Die anderen drei Berechnungen nutzen einfache Additionen, Bitverschiebung (bit shift) und Bitmasken (bit mask). 
• Botschaftszähler (Message Counter)
  Für den Botschaftszähler werden im Digital Annex sechs mögliche Positionen innerhalb der Botschaft angegeben. Wir bezeichnen sie mit den Kleinbuchstaben a-f. 

Nachfolgende Grafik zeigt die gängigen Kombinationen und Positionen von Prüfsummen und Botschaftszähler, sowie beispielhaft die Namen der Botschaften, welche diese Kombination nutzen.
 

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