【python-can】ISO-TPの勉強！シミュレーションで動作確認するぞ！！

ISO 15765-2^[1]、またはISO-TP（Transport Layer）は、CANバスを介してデータパケットを送信するための国際規格である。このプロトコルは、CANフレームの8バイトの最大ペイロード長を超えるメッセージの転送を可能にする。ISO-TPは長いメッセージを複数のフレーム（マルチフレーム）に分割し、個々のフレームの解釈と受信者による完全なメッセージパケットへの再構成を可能にするメタデータを付与する。一つのメッセージパケットについて最大4095バイトのペイロードを搬送できる。(wikipedia「ISO 15765-2」より引用)

いや、そーゆーことが聞きてぇんじゃねぇよ！！！ってね。こんな説明に限らず、フワついた説明で煙に巻く人にはドロップキックしましょう。簡単に説明します。

まずCAN通信で送信できるデータは最大8byte(=64bit)ですよね。↓のデータフレームのデータフィールドです。

はじめてのCAN/CAN FD　図12より引用

それをCAN通信でデータを4095byteまで送れるようにするっている工夫がISO-TPですね。あ？そんなん無理やんけ？どうするんな？ってね。思いますよね。

どうやって4095byteも送るんだよ

結論は何回かに分けて送信します。簡単ですね。例えば、10byteのデータなら2回に分けて送れば、送れますよね。

でも、ただ分けて送っただけだと、受信した側は「ん？これは10byteデータの続きのデータなのか？それとも単純に8byte送ってきただけなのか？」とわからなくなります。なので8byte中の一部は「何回かに分けて送りますよ。」の印をつけておきましょうね。ってします。そうすれば、送受信側も誤認識なく、何回にも分けて送信できます。

んで、その印のつけ方にルールがあって、そのルールがISO-TPでそのルールに則って送ると最大で4095byteまで送れますよって話です。

さっさと図で解説

送受信の関係を図にすると以下の通りです。

アプリケーションノート_iso15765_2_メッセージ送受信_基礎編_a00.pdf 図2.1.1を引用

↑よく見ますよね、これ。イメージはこんなんです↓。

送信側

First Frame

「これはマルチメッセージの最初です。ごにょごにょごにょごにょ。」

受信側

Flow Control Frame

「はいはい。分けて送信してくるのね。了解。早口だと困るから送信間隔はこんくらい空けてね(=STmin)。あと連続で喋るのは●回までな(=BS)。」

送信側

Consecutive Frame

「これはマルチメッセージの2回目です。ごにょごにょごにょごにょ。」

送信側

Consecutive Frame

「これはマルチメッセージの3回目です。ごにょごにょごにょごにょ。」

送信側

Consecutive Frame

「これはマルチメッセージの4回目です。ごにょごにょごにょごにょ。」

受信側

Flow Control Frame

「はいはい。同じように送ってね。」

送信側

Consecutive Frame

「これはマルチメッセージの5回目、、、、」

以下同じように続いていきます。

そんでFF, FC, CFそれぞれにデータ構造が決まってます。まぁそれはここのAddressing formatを読むべし↓。FFは先頭に1,CFは先頭に2,FCは先頭に3を付けるって感じですね。

アプリケーションノート_iso15765_2_メッセージ送受信_基礎編_a00.pdf 2.2 Addressing Formatを引用

おっしゃシミュレーションすっぞ！！

ふんわりisotpについては理解できたので、pythonでシミュレーションしてみます。やっぱり動かしてみないと分からないです。

まずはISO-TPでCAN通信が使えるようにcan-isotpというライブラリをインストールします。

> pip install can-isotp
Collecting can-isotp
Downloading can_isotp-1.8-py3-none-any.whl (21 kB)
Installing collected packages: can-isotp
Successfully installed can-isotp-1.8

オッケーです。次ぃ！

送信側と受信側のプログラムを書きました。

送信側：マルチフレームのデータを送信する。(コードの中身はここを超参照した。)

import isotp
import time
import can
print("start send")

#バス接続
bus = can.interface.Bus(bustype='vector',
                        channel=0,
                        bitrate=500000,
                        app_name='python-can')

#受信IDは0xF1、送信IDは0x10、Normalフレーム
addr = isotp.Address(isotp.AddressingMode.Normal_11bits,
                     rxid=0xF1,
                     txid=0x10)

stack = isotp.CanStack(bus, address=addr)

#送信データ11byte
stack.send(b'\x01\x02\x03\x04\x05\x06\x07\x08\x09\x0a\x0b')

time.sleep(2)

while stack.transmitting():
    stack.process()
    time.sleep(stack.sleep_time())

bus.shutdown()

受信側：First Frame(先頭が”0x10″)が来たらFlow Control Frame(“0x30”)を返答する。

import can
import time

#バス接続
bus = can.interface.Bus(bustype='vector', channel=0, bitrate=500000, app_name='python-can')

#受信
start_time = time.time()

while time.time() - start_time < 15 :#15sec間モニター
	recv_msg = bus.recv(timeout=1)
	if recv_msg != None:
		if hex(recv_msg.data[0]) == "0x10":#data[0]が10のときは返答する。
			#返答メッセージ生成
			msg = can.Message(arbitration_id = 0xF1,
		        data= [0x30,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00],#Flow Control
		        is_extended_id = False)
			bus.send(msg)

print("end")

これを実行します。そしてBUSMASTERでCAN BUSをモニターすると以下の通りです。

まずIDを見るとID10を送信して->IDF1を返答->そして10を送信しています。オッケーです。

次にデータの先頭を見てみるとFFで1,次にFCで3,CFで2が先頭についてますね。オッケーです。

FFのDLCは0Bと11個のデータを送るよと言ってます。オッケーです。

CFを見ると21となってます。1がシーケンスナンバーです。「CF1回目ですよ。」って送信していますね。オッケーです。

よしよし。ちゃんと出来ていますね。今日はここまでです。

まとめ

ISO-TPでデータを送るときはまずFirst Frameを送信して、受信側からFlow Controlが帰ってきて、送信側が続きをConsective Frameでペチャクチャ喋ります。

これによってCANの8byteのデータ長を何回も送信して4095byteのデータを送信できるようにしています。

何かの参考になれば幸いです。最後までお読みいただきありがとうございました！