如何高效低成本地從CAN過渡到CAN FD？

時(shí)間：2019-06-26 18:29:10

關(guān)鍵字： can can總線技術(shù)專訪控制器收發(fā)器 fd

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[導(dǎo)讀]近年來，新能源汽車與自動(dòng)駕駛逐漸成為了汽車發(fā)展進(jìn)程“趨之若鶩”的大熱門。傳統(tǒng)工藝中汽車的CAN總線通訊，已跟不上當(dāng)下的數(shù)據(jù)量需求，CAN FD應(yīng)運(yùn)而生，講到CAN FD，就不得不提到CAN FD控制器和收發(fā)器，2019年6月21日，德州儀器（TI）推出了業(yè)界新款汽車系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（SBC）TCAN4550-Q1，21IC中國(guó)電子網(wǎng)記者受邀參加此次發(fā)布會(huì)。

近年來，新能源汽車與自動(dòng)駕駛逐漸成為了汽車發(fā)展進(jìn)程“趨之若鶩”的大熱門。傳統(tǒng)工藝中汽車大多使用CAN總線通訊，而在過去近30年的技術(shù)的發(fā)展下，更多的輔助系統(tǒng)與人機(jī)交互使得通訊數(shù)據(jù)越來越龐大，經(jīng)典的CAN總線通訊已跟不上當(dāng)下的數(shù)據(jù)量需求。現(xiàn)在已不再是車載“節(jié)點(diǎn)數(shù)少，數(shù)據(jù)量小”的年代，因此CAN FD應(yīng)運(yùn)而生，以滿足車載網(wǎng)絡(luò)日益提高的帶寬和數(shù)據(jù)速率靈活性的要求。

講到CAN FD，就不得不提到CAN FD控制器和收發(fā)器，簡(jiǎn)單來說，它就像連接汽車神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的大腦，幫助車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)揮出最大的功效。那么有沒有一款芯片整合所有CAN FD所需的這些功能？2019年6月21日，德州儀器（TI）推出了業(yè)界新款汽車系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（SBC）TCAN4550-Q1，21IC中國(guó)電子網(wǎng)記者受邀參加此次發(fā)布會(huì)。

據(jù)德州儀器（TI）接口產(chǎn)品部門產(chǎn)品線經(jīng)理Charles（Chuck）Sanna介紹，該芯片集成了使用靈活數(shù)據(jù)速率控制器局域網(wǎng)（CAN FD）的控制器和收發(fā)器，采用了幾乎所有微控制器的串行外圍接口（SPI）總線來部署CAN FD接口或提高系統(tǒng)中CAN FD總線端口的數(shù)量。

他表示，此款芯片支持向下兼容經(jīng)典CAN總線，所以可以最少量地對(duì)硬件進(jìn)行改動(dòng)。另外，4.5mm x 3.5mm的20引腳QFN，支持在小封裝內(nèi)完成升級(jí)和擴(kuò)展。正因新產(chǎn)品擁有如此眾多優(yōu)異的特性，所以在產(chǎn)業(yè)從CAN過度到CAN FD的進(jìn)程中，相信該產(chǎn)品也將是產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵。

圖1：德州儀器（TI）接口產(chǎn)品部門產(chǎn)品線經(jīng)理Charles（Chuck）Sanna

成本和尺寸：行業(yè)轉(zhuǎn)折的關(guān)鍵點(diǎn)

CAN FD是一種基于原始CAN總線標(biāo)準(zhǔn)（經(jīng)典CAN）而構(gòu)建的通信協(xié)議。與傳統(tǒng)經(jīng)典CAN相比，從之前的1Mbps升級(jí)到了 5 Mbps的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，支持高達(dá) 64 字節(jié)的有效負(fù)荷。

CAN FD在兼容性上也非常優(yōu)秀，CAN FD仍舊可以向下兼容CAN，但CAN沒有辦法向上升級(jí)。因此一些現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，仍舊可以使用TCAN4550-Q1達(dá)到升級(jí)，無需新的連接器或電纜。但另一方面，需要更新的處理器，新處理器需要包含CAN FD控制器和相關(guān)的CAN FD收發(fā)器。

值得一提的是，CAN FD和現(xiàn)有方案對(duì)比，在減少成本和PCB尺寸上擁有不可替代的優(yōu)勢(shì)。

現(xiàn)今板載空間隨著車載技術(shù)的提升限制越來越大，行業(yè)急需更高的成本和板載空間的多芯片解決方案，CAN FD正是適用于現(xiàn)今發(fā)展階段的技術(shù)。

據(jù)Chuck表示，從需求上來看，2019年及以前，對(duì)CAN FD的需求還沒有那么高。但2019年過年后，在溝通時(shí)發(fā)現(xiàn)整體需求突然間上升，主要原因是新能源汽車以及自動(dòng)駕駛的爆發(fā)，兩個(gè)方面產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量非常大，傳統(tǒng)CAN傳輸數(shù)據(jù)是達(dá)不到的，因此需要升級(jí)CAN FD來傳輸。

圖2：CAN FD相較經(jīng)典CAN數(shù)據(jù)傳輸率提高5倍，數(shù)據(jù)有效負(fù)荷增加8倍

系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（SBC）：并不是純粹的“疊加”

系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（SBC）是一個(gè)集成組件，SBC的概念在市場(chǎng)上并不是一個(gè)新興的概念，不同于SoC的數(shù)字電源集成芯片，SBC是將汽車ECU所需的常見功能集成在一起，諸如網(wǎng)絡(luò)通信收發(fā)器、電壓調(diào)節(jié)器、診斷監(jiān)控、開關(guān)和喚醒輸入等。

那么將所有功能結(jié)合在一起又與離散式方案有何區(qū)別，僅僅是單純地“疊加”在一起？答案是否定的。

對(duì)于這個(gè)問題，Chuck表示，集中式方案（即SBC）對(duì)比離散式方案有著不可替代的優(yōu)勢(shì)。一方面，SBC相較離散式解決方案，PCB Layout占用面積會(huì)更小，可以讓工程師在有限的板載空間上大展拳腳。

另一方面，離散式方案的成本未必會(huì)比集成式的好，因?yàn)镾BC是從芯片層級(jí)進(jìn)行整合，成本會(huì)更優(yōu)。

值得一提的是，離散式解決方案需要同時(shí)考慮收發(fā)器、控制器、看門狗以及供電的設(shè)計(jì)，還要考慮失效模式和保護(hù)模式，工程師所承擔(dān)的壓力會(huì)更多、更大，并且從安全性來說，不一定可以達(dá)到定制化的SBC的安全性，其實(shí)也存在一定風(fēng)險(xiǎn)成本。

當(dāng)然，市場(chǎng)上也存在經(jīng)典CAN與CAN FD混合使用的場(chǎng)景，如果只需改動(dòng)其中一部分，TI也提供CAN FD的離散式解決方案，客戶可以根據(jù)需求自由選擇最適合或成本最優(yōu)的方案。

圖3：TI的CAN、LIN和SBC收發(fā)器接口系列

當(dāng)然，從經(jīng)典CAN升級(jí)到CAN FD進(jìn)程中，必然有一定過渡期，不可能所有節(jié)點(diǎn)都直接轉(zhuǎn)換CAN FD，從成本上考慮這是不現(xiàn)實(shí)的，可能存在兩者共存的現(xiàn)象。那么這會(huì)對(duì)通信傳輸產(chǎn)生影響嗎？Chuck對(duì)此解釋表示，CAN FD是可以向下兼容到CAN的，CAN是沒有辦法和CAN FD互通的，極端情況是存在混合框架的，但這并不影響CAN FD方面的傳輸速率。另外，從與車廠溝通來看，目前也已慢慢在向整體CAN FD總線轉(zhuǎn)變，因?yàn)槌杀疽膊皇欠浅８摺?/p>

TCAN4550-Q1：解決時(shí)下最關(guān)注的的問題

問題一：成本問題

Chuck表示，在CAN FD 升級(jí)過程中，事實(shí)上傳統(tǒng)架構(gòu)中MCU需要配備CAN控制器，擴(kuò)展系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單的方式，就是再去裝配一個(gè)一樣的設(shè)備，而在此過程中，MCU中的CAN控制器就會(huì)被重復(fù)利用。因此每增加一個(gè)接口的同時(shí)相當(dāng)額外再購(gòu)買一個(gè)CAN控制器，這樣其實(shí)也是在浪費(fèi)MCU資源。但如果在現(xiàn)有架構(gòu)下，利用TCAN4550-Q1升級(jí)CAN FD總線，MCU不會(huì)被重復(fù)利用，同時(shí)接口數(shù)量也增加了。