LIN2.0／LIN2.1の新仕様

　前回までは、LINプロトコルの特徴やフレーム構造、フレームタイプといったLINプロトコルの概要について説明しました。

　最終回となる今回は、LIN2.0／LIN2.1で追加された「ステータスマネジメント」「診断」「ノードコンフィグレーションと識別」「ノード機能ファイル」について詳しく説明します。

1．ステータスマネジメント

　LIN2.0では、各スレーブノードがエラーを検知した際に、マスターノードに報告するステータスマネジメントが追加されました。

　これにより、マスターノードはエラーの発生や原因となるノードの特定ができるので、より適切なリカバリ制御や処理が可能となります。ただし、連載第2回でも説明したとおり、LINの仕様にはエラー処理が定義されていないため、別途アプリケーションで定義する必要があります。

　各スレーブノードは、マスターノードにエラー状況を報告するために、送信するアンコンディショナルフレームの1つ（ステータス管理フレーム）に、1ビットのレスポンスエラー（response_error）シグナルを定義します。

　このレスポンスエラーシグナルは、フレームのレスポンスでエラーが検出された場合にスレーブノードのドライバにより自動的に設定されます。また、ステータス管理フレームの送信が完了すると、このシグナルは自動的にクリアされます。

2．診断

　車載ネットワークにおける“診断”とは、ECUが自身の状態を判断すること、または外部からECUの状態を読み出し判断することにより、ECUの故障を診断するものです。

　外部から診断を行う場合、診断テスターなどの「情報を読み出す側」から「対象となるECU」に対し、「診断要求（リクエスト）」を送信します。診断要求を受信したECUは要求に応じた処理を行い、「診断応答（レスポンス）」によって結果を返信します。

　この診断応答には、受信した診断要求を正常に処理できた場合に送信される「肯定応答（ポジティブレスポンス）」と、エラーなどで処理できなかった場合に送信される「否定応答（ネガティブレスポンス）」の2種類があります。

　LIN2.0では、この診断の仕様が追加されました。マスターノードとスレーブノードでは、以下のように診断の方法が異なります。

・マスターノードを診断する場合
　マスターノードは、通常CANなどの基幹ネットワークと接続されます。そのため、LINではなく基幹ネットワークを使用します。

・スレーブノードを診断する場合
　LIN通信は、マスターノードが通信制御を行うため、スレーブノードは診断テスターと直接通信できません。そのため、マスターノードを経由して行います。

図1　LIN2.0で追加された「診断」の仕様 （※ベクター・ジャパンの資料を基に作成） ※マスターノードの診断（左図）は、CANなどの基幹ネットワークを使用する。スレーブノードの診断（右図）は、マスターノードを経由（ゲートウェイ）して、LINネットワークを使用する

　このように、LIN通信を用いた診断はスレーブノードに対してのみ使用され、マスターノードはスレーブノードに診断要求を、スレーブノードはマスターノードに診断応答を送信します。

　次項では、診断で使われる通信手順「トランスポートプロトコル」について説明します。

トランスポートプロトコルとは

　トランスポートプロトコルとは、OSI参照モデルのネットワーク層の通信手順で、LINでは8バイトを超えるデータを分割して送受信する際に使用します。LINのトランスポートプロトコルは、基本的にCANで使われている「ISO 15765-2」と同じで、データバイト内の一部に特別な情報を格納して送信されます。

　LIN2.xでは、このトランスポートプロトコルを診断、ノードコンフィグレーションと識別に使用します。

　トランスポートプロトコルを用いた通信では、診断フレーム（ID：0x3C、0x3D）を使用します。マスターノードは、対象となるスレーブノードに「マスターリクエストフレーム（ID：0x3C）」を送信し、診断要求（リクエスト）や設定の変更などを行います。また、診断要求を受信したスレーブノードは「スレーブレスポンスフレーム（ID：0x3D）」を使用し、診断応答（レスポンス）や設定変更の結果をマスターノードに送信します。スレーブノードの識別には、スレーブノードごとに割り振られたノードアドレス（NAD）を使用します（図2）。

図2　スレーブノードの識別 （※画像提供：ベクター・ジャパン） ※診断フレームのフレームIDは共通となるが、NADを使用することでスレーブノードごとに個別の診断フレームを送信できる

トランスポートプロトコルのLINフレーム（データバイト）構造

　トランスポートプロトコルを使用した場合、データバイトには下記の値が格納されます（表1）。

　トランスポートプロトコルの送信方法には、下記の2種類があります。

• 1つのフレームで送信する「非分割送信（シングルフレーム送信）」
  
• 複数のフレームを使用して送信する「分割送信（マルチフレーム送信）」

●非分割送信（シングルフレーム送信）
　送信するデータが、1つのフレームに収まる場合に使用されます。PCIには「0x01〜0x06（データ長1バイトから6バイトのシングルフレーム）」が格納されます。

図3　非分割送信について（1） （※画像提供：ベクター・ジャパン） ※データバイトの最初3バイトにNAD、PCI、SID（RSID）を格納するため、シングルフレームで送信できるデータはSID（RSID）を含め、最大6バイトとなる。つまり、SIDを含めて7バイト以上のデータを送信する場合はマルチフレームを使用する

　受信したスレーブノードが要求を処理できない場合（受信したサービス（SID）が未対応など）、否定応答となります。否定応答ではサービスに関係なく、PCIは「0x03（データ長3バイトのシングルフレーム）」、RSIDは否定応答を表す「0x7F」になります。また、D1はSID、D2はエラーコード、D3〜5は使用しないため「0xFF」になります（図4）。

図4　非分割送信について（2） （※画像提供：ベクター・ジャパン）

●分割送信（マルチフレーム送信）
　送信するデータが、1つのフレームに収まらない場合に使用されます。マルチフレームには、最初のフレーム「First Frame（FF）」と2つ目以降のフレーム「Consecutive Frame（CF）」の2種類があります。

図5　分割送信について （※画像提供：ベクター・ジャパン） ※マルチフレームの最初のLINフレームはFF、2つ目以降はCFと呼ばれる。すべてのデータが送信されるまでCFを送信する

　また、LIN2.1では1つのマスターリクエストフレームで全スレーブノードに診断要求を行う「ファンクショナルアドレッシング」の仕様が追加されました。ファンクショナルアドレッシングで送信する場合、ノードアドレスには「ファンクショナルノードアドレス（0x7E）」が格納されます。