一文詳解最新CAN FD協(xié)議

對(duì)于中國(guó)制造2025與汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，新能源和智能化一直是人們討論的兩個(gè)主題。在汽車智能化的過(guò)程中，CAN FD協(xié)議由于其優(yōu)越的性能受到了大家廣泛的關(guān)注，本文將和大家一起來(lái)了解CAN FD協(xié)議。

當(dāng)今社會(huì)，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，更希望在汽車是生活及工作范圍的一種延伸。在汽車上就像呆在自己的辦公室和家里一樣，可以打電話、上網(wǎng)、娛樂(lè)、工作。

因此，汽車制造商為了提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，將越來(lái)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(fù)載率急劇增大，傳統(tǒng)的CAN總線越來(lái)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(cuò)誤幀漏檢率，同時(shí)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(duì)ECU的軟件部分做大規(guī)模修改即可升級(jí)汽車通信網(wǎng)絡(luò)。

一、CAN FD做出的改進(jìn)

CAN FD采用了兩種方式來(lái)提高通信的效率：一種方式為縮短位時(shí)間提高位速率;另一種方式為加長(zhǎng)數(shù)據(jù)場(chǎng)長(zhǎng)度減少報(bào)文數(shù)量降低總線負(fù)載率。在CRC校驗(yàn)段采用了三種多項(xiàng)式來(lái)保證高速通訊下的數(shù)據(jù)可靠性。

(1)可變速率(CAN with Flexible Data-Rate)

從控制場(chǎng)中的BRS位到ACK場(chǎng)之前(含CRC分界符)為可變速率，其余部分為原CAN總線用的速率。兩種速率各有一套位時(shí)間定義寄存器，它們除了采用不同的位時(shí)間單位TQ外，位時(shí)間各段的分配比例也可不同。

(2)新的數(shù)據(jù)場(chǎng)長(zhǎng)度

CAN FD對(duì)數(shù)據(jù)場(chǎng)的長(zhǎng)度作了很大的擴(kuò)充，DLC最大支持64個(gè)字節(jié)，在DLC小于等于8時(shí)與原CAN總線是一樣的，大于8時(shí)則有一個(gè)非線性的增長(zhǎng)，最大的數(shù)據(jù)場(chǎng)長(zhǎng)度可達(dá)64字節(jié)。如下所示為DLC數(shù)值與字節(jié)數(shù)的非線性對(duì)應(yīng)關(guān)系。

(3)CRC校驗(yàn)場(chǎng)

在CANFD 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化的過(guò)程中，通信的可靠性也得到了提高。由于DLCs的長(zhǎng)度不同，在DLC大于8個(gè)字節(jié)時(shí)，CAN FD選擇了兩種新的BCH型CRC多項(xiàng)式。

二、CAN FD 幀結(jié)構(gòu)分析

(1)CAN FD 數(shù)據(jù)幀在幀起始(SOF)和仲裁段(Arbitration Field)

與傳統(tǒng)CAN相比，CAN FD取消了對(duì)遠(yuǎn)程幀的支持，用RRS位替換了RTR位，為常顯性。IDE位仍為標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀標(biāo)志位，若標(biāo)準(zhǔn)幀與擴(kuò)展幀具有相同的前 11 位 ID，那么標(biāo)準(zhǔn)幀將會(huì)由于 IDE 位為 0，優(yōu)先獲得總線。

RRS(remote request substitution)遠(yuǎn)程請(qǐng)求替換位：即傳統(tǒng)CAN中的RTR位;

SRR (substitute remote request)代替遠(yuǎn)程幀請(qǐng)求位：SRR位為保留位，無(wú)影響;

IDE(Identifier Extension) 擴(kuò)展幀標(biāo)志：顯性(0)=11位ID，隱性(1)=29位 ID。

(2)CAN FD在控制段中新添加了三個(gè)位FDF位、BRS位、ESI位

FDF位(Flexible Data Rate Format)：原CAN數(shù)據(jù)幀中的保留位r。FDF位常為隱性(1)，表示CAN FD 報(bào)文;

BRS位( Bit Rate Switch)：位速率轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，當(dāng)BRS為顯性位(0)時(shí)數(shù)據(jù)段的位速率與仲裁段的位速率一致，當(dāng)BRS為隱性位(1)時(shí)數(shù)據(jù)段的位速率高于仲裁段的位速率;

ESI位(Error State Indicator)：，錯(cuò)誤狀態(tài)指示，主動(dòng)錯(cuò)誤時(shí)發(fā)送顯性位(0)，被動(dòng)錯(cuò)誤時(shí)發(fā)送隱性位(1)。

(3)DLCs的值與數(shù)據(jù)場(chǎng)和CRC校驗(yàn)場(chǎng)有關(guān)，在上文中已經(jīng)說(shuō)明。

(4)CAN FD的確認(rèn)場(chǎng)，幀結(jié)尾及間歇場(chǎng)與傳統(tǒng)CAN一樣，就不再贅述。

三、如何從傳統(tǒng)的CAN升級(jí)到 CAN FD

盡管 CANFD 繼承了絕大部分傳統(tǒng) CAN 的特性，但是從傳統(tǒng) CAN 到 CANFD 的升級(jí)， 我們?nèi)孕枰龊芏嗟墓ぷ鳌?/p>

(1)在硬件和工具方面，要使用 CANFD，首先要選取支持 CANFD 的 CAN 控制器和收發(fā)器，還要選取新的網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和監(jiān)測(cè)工具。

(2)在網(wǎng)絡(luò)兼容性方面，對(duì)于傳統(tǒng) CAN 網(wǎng)段的部分節(jié)點(diǎn)需要升級(jí)到 CANFD 的情況要特別注意，由于幀格式不一致的原因，CANFD 節(jié)點(diǎn)可以正常收發(fā)傳統(tǒng) CAN 節(jié)點(diǎn)報(bào)文，但是傳統(tǒng) CAN 節(jié)點(diǎn)不能正常收發(fā) CANFD 節(jié)點(diǎn)的報(bào)文。

CAN FD協(xié)議是CAN-BUS協(xié)議的最新升級(jí)，將CAN的每幀8字節(jié)數(shù)據(jù)提高到64字節(jié)，波特率從最高的1Mbps提高到8-15Mbps，使得通訊效率提高8倍以上，大大提升了車輛的通訊效率。此項(xiàng)技術(shù)一直被歐美企業(yè)壟斷，直至2016年，中國(guó)CAN-BUS領(lǐng)導(dǎo)者—廣州致遠(yuǎn)電子股份有限公司，基于擁有完全知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CAN FD IP核代碼，研制出中國(guó)第一款CAN FD 接口卡，使中國(guó)的總線技術(shù)水平與世界最高水平同步。