當(dāng)原有的CAN通訊無法滿足硬件節(jié)點和傳輸速率的增加時，很多工程師會使用CAN FD來替代，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)量傳輸?shù)奶崴佟Ｄ敲碈AN可以通過哪些方式快速升級到CAN FD呢?哪種方式更適合你?一起來看看。
CAN FD升級的意義
當(dāng)今社會，汽車已經(jīng)成為了我們生活中不可缺少的一部分，人們希望汽車不僅僅是一種代步工具，更希望是生活及工作范圍的一種延伸。在汽車上就像坐在自己的辦公室和家里一樣，可以打電話、上網(wǎng)、娛樂、工作。因此，汽車制造商為了提高產(chǎn)品競爭力，將越來越多功能集成到了汽車上。ECU(電子控制單元)大量地增加使總線負載率急劇增大，傳統(tǒng)的CAN總線越來越顯得力不從心。因此，CAN FD(CAN with Flexible Data-Rate)協(xié)議誕生了。
它繼承了CAN總線的主要特性，提高了CAN總線的網(wǎng)絡(luò)通信帶寬，改善了錯誤幀漏檢率，同時可以保持網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)大部分軟硬件特別是物理層不變。這種相似性使ECU供應(yīng)商不需要對ECU的軟件部分做大規(guī)模修改即可升級汽車通信網(wǎng)絡(luò)。
CAN FD與CAN的主要區(qū)別
圖1 CAN幀基本格式
圖2 CAN FD幀基本格式
自動駕駛技術(shù)迅速發(fā)展，車輛中的CAN總線已經(jīng)無法滿足數(shù)據(jù)吞吐量和傳輸速度的要求，CAN總線的加速升級版——CAN FD技術(shù)正在逐漸替代現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，為了進一步了解CAN FD，本文將從產(chǎn)品的實際應(yīng)用介紹CAN FD的升級及優(yōu)勢。
隨著汽車電子、工業(yè)自動化的蓬勃發(fā)展，CAN總線上的設(shè)備數(shù)量、數(shù)據(jù)量都大大增加，這就使得傳統(tǒng)的CAN總線在傳輸速率和帶寬方面越來越力不從心，因此CAN FD孕育而生。
那么如何實現(xiàn)CAN到CAN FD的升級呢?
一、CANFDCOM的應(yīng)用
CANFDCOM-100IE智能協(xié)議轉(zhuǎn)換器可以快速將RS-232/485/422通訊設(shè)備連接到CAN(FD)-bus現(xiàn)場總線，實物圖如圖1所示。轉(zhuǎn)換器支持1200-921600bps串口波特率，以及50k-5Mbps的CAN(FD)-bus 通訊速率。
圖1 CANFDCOM-100IE實物圖
CANFDCOM-100IE應(yīng)用廣泛，例如煤礦遠程通訊、PLC設(shè)備聯(lián)網(wǎng)、CAN(FD)工業(yè)自動化控制系統(tǒng)、現(xiàn)有RS-232/485/422設(shè)備連接 CAN(FD)-bus 網(wǎng)絡(luò)等。
圖2 設(shè)備連接電路圖
如圖2所示，通常變頻器帶有RS-232/485接口，可通過CANFDCOM-100IE串口轉(zhuǎn)CAN(FD)快速將變頻器設(shè)備連接至CAN(FD)-bus網(wǎng)絡(luò)中，從而實現(xiàn)CAN(FD)報文的收發(fā)。
轉(zhuǎn)換器支持四種轉(zhuǎn)換模式：透明轉(zhuǎn)換、透明帶標識轉(zhuǎn)換、格式轉(zhuǎn)換、Modbus 轉(zhuǎn)換，適應(yīng)不同用戶需求。同時提供配置軟件，可以靈活設(shè)置CANFDCOM-100IE的運行參數(shù)。如圖3所示。
圖3 CANFDCOM配置界面
CANFDCOM還可以連接到PC端，另一端連接至CAN(FD)網(wǎng)絡(luò)，進行串行幀與CAN(FD)報文的相互收發(fā)。
參數(shù)配置完成之后，使用串口助手發(fā)送串行幀轉(zhuǎn)CAN(FD)報文，如圖4所示。借助ZCANPRO工具可以觀察CAN(FD)幀信息，如圖5所示。
CANFDCOM-100IE支持ISO標準CAN FD與BoschCANFD標準，每個接口具備獨立的2500VDC電氣隔離保護電路，使接口卡避免由于地環(huán)流的損壞，增強系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中使用的可靠性。
圖4 串行幀收發(fā)界面
圖5 CAN FD幀信息界面
二、CANFDSM的應(yīng)用
CANFDSM-100是一款串口轉(zhuǎn) CAN(FD)模塊，內(nèi)置微處理器，實物圖如圖6所示。可以很方便地嵌入到具有UART接口的設(shè)備中，如圖7所示。
在添加CAN(FD)收發(fā)器以后，實現(xiàn)UART設(shè)備和CAN-bus網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)通訊。
圖6 CANFDSM-100實物圖
圖7 CANFDSM-100效果圖
使用MCU與CANFDSM-100連接，如圖8所示，其中LPC54616是NXP發(fā)行的LPC54000系列微控制器。CFG引腳閉合時，用于配置模塊，配置方式建議使用AT指令。CAN(FD)接口使用的是CTM3MFD隔離模塊，可以輕松實現(xiàn)用戶的MCU連接至CAN FD網(wǎng)絡(luò)中。
CANFDSM內(nèi)部集成了CAN控制器，CAN控制器是CAN-bus設(shè)備的核心元件，集成了CAN規(guī)范中數(shù)據(jù)鏈路層的全部功能，能夠自動完成CAN-bus協(xié)議的解析。
圖8 設(shè)備連接圖
然而，CAN FD與傳統(tǒng)的CAN在實際的應(yīng)用中并沒有太大的差異，線纜的選型、拓撲的選擇、總線的布設(shè)等均大同小異。CAN收發(fā)器就是將CAN控制器的邏輯電平與CAN總線差分電平相互轉(zhuǎn)換的電平轉(zhuǎn)換器。
三、實現(xiàn)CAN收發(fā)器的方案有兩種
1、采用CAN收發(fā)IC;
2、使用CAN隔離收發(fā)模塊。
在一些干擾較嚴重的場合，隔離依然必不可少。隔離可以避免潛在的高壓危險、消除地電勢差及地環(huán)路，從而大大提高通信的可靠性。
ZLG致遠電子推出的CAN FD隔離CAN收發(fā)器CTM5MFD、CTM3MFD，體積小巧，可支持最高5Mbit/s的傳輸速率，是CAN FD隔離應(yīng)用的理想解決方案。CAN FD隔離收發(fā)器選型如表1所示。
表1 CAN FD隔離收發(fā)器選型表
CAN FD的優(yōu)勢
CAN FD繼承了CAN總線的主要特性，提高了CAN總線的網(wǎng)絡(luò)通信帶寬，改善了錯誤幀漏檢率，同時可以保持網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)大部分軟硬件特別是物理層不變。CAN FD協(xié)議是CAN-BUS協(xié)議的最新升級，可以滿足更高的帶寬及數(shù)據(jù)吞吐量。
CAN FD速率包含兩個段的速率，其中仲裁段和ACK段沿用CAN2.0的規(guī)范，最高速率為1Mbit/s，中間的數(shù)據(jù)段是可以加速的，可以達到5Mbit/s，甚至更高;
CAN FD對數(shù)據(jù)場的長度作了很大的補充，數(shù)據(jù)長度碼(DLC)最大可以傳輸64字節(jié)有效數(shù)據(jù)。這意味著CAN FD具有更高的有效傳輸負載;
CAN FD 數(shù)據(jù)幀在控制場新添加FDF位、BRS位、ESI位(FDF位判斷報文類型、BRS位表示位速率轉(zhuǎn)換、ESI位表示錯誤狀態(tài))，如圖9所示;
CAN FD對CRC算法作了改變，即CRC以含填充位的位流進行計算，改善了錯誤幀漏檢率。
圖9 CAN FD標準幀
總結(jié)
1、要實現(xiàn)CAN FD的快速升級首先需要使用支持CAN FD協(xié)議的MCU或控制器，還要選取新的網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和監(jiān)測工具;
2、需要支持更高的傳輸速率的收發(fā)器，若設(shè)計的CAN FD節(jié)點的最高速率5Mbit/s，則收發(fā)器的傳輸速率也必須達到此數(shù)值。CAN FD隔離CAN收發(fā)器CTM5MFD、CTM3MFD，是CAN FD隔離應(yīng)用的理想解決方案。
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