如何高效低成本地從CAN過渡到CAN FD？

時間：2019-06-26 18:29:10

關鍵字： can can總線技術專訪控制器收發(fā)器 fd

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[導讀]近年來，新能源汽車與自動駕駛逐漸成為了汽車發(fā)展進程“趨之若鶩”的大熱門。傳統(tǒng)工藝中汽車的CAN總線通訊，已跟不上當下的數據量需求，CAN FD應運而生，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)基礎芯片（SBC）TCAN4550-Q1，21IC中國電子網記者受邀參加此次發(fā)布會。

近年來，新能源汽車與自動駕駛逐漸成為了汽車發(fā)展進程“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年的技術的發(fā)展下，更多的輔助系統(tǒng)與人機交互使得通訊數據越來越龐大，經典的CAN總線通訊已跟不上當下的數據量需求?，F在已不再是車載“節(jié)點數少，數據量小”的年代，因此CAN FD應運而生，以滿足車載網絡日益提高的帶寬和數據速率靈活性的要求。

講到CAN FD，就不得不提到CAN FD控制器和收發(fā)器，簡單來說，它就像連接汽車神經網絡的大腦，幫助車載網絡數據發(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)基礎芯片（SBC）TCAN4550-Q1，21IC中國電子網記者受邀參加此次發(fā)布會。

據德州儀器（TI）接口產品部門產品線經理Charles（Chuck）Sanna介紹，該芯片集成了使用靈活數據速率控制器局域網（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總線端口的數量。

他表示，此款芯片支持向下兼容經典CAN總線，所以可以最少量地對硬件進行改動。另外，4.5mm x 3.5mm的20引腳QFN，支持在小封裝內完成升級和擴展。正因新產品擁有如此眾多優(yōu)異的特性，所以在產業(yè)從CAN過度到CAN FD的進程中，相信該產品也將是產業(yè)升級的關鍵。

圖1：德州儀器（TI）接口產品部門產品線經理Charles（Chuck）Sanna

成本和尺寸：行業(yè)轉折的關鍵點

CAN FD是一種基于原始CAN總線標準（經典CAN）而構建的通信協(xié)議。與傳統(tǒng)經典CAN相比，從之前的1Mbps升級到了 5 Mbps的最大數據傳輸速率，支持高達 64 字節(jié)的有效負荷。

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。因此一些現有的網絡架構，仍舊可以使用TCAN4550-Q1達到升級，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控制器和相關的CAN FD收發(fā)器。

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

現今板載空間隨著車載技術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正是適用于現今發(fā)展階段的技術。

據Chuck表示，從需求上來看，2019年及以前，對CAN FD的需求還沒有那么高。但2019年過年后，在溝通時發(fā)現整體需求突然間上升，主要原因是新能源汽車以及自動駕駛的爆發(fā)，兩個方面產生的數據量非常大，傳統(tǒng)CAN傳輸數據是達不到的，因此需要升級CAN FD來傳輸。

圖2：CAN FD相較經典CAN數據傳輸率提高5倍，數據有效負荷增加8倍

系統(tǒng)基礎芯片（SBC）：并不是純粹的“疊加”

系統(tǒng)基礎芯片（SBC）是一個集成組件，SBC的概念在市場上并不是一個新興的概念，不同于SoC的數字電源集成芯片，SBC是將汽車ECU所需的常見功能集成在一起，諸如網絡通信收發(fā)器、電壓調節(jié)器、診斷監(jiān)控、開關和喚醒輸入等。

那么將所有功能結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。

對于這個問題，Chuck表示，集中式方案（即SBC）對比離散式方案有著不可替代的優(yōu)勢。一方面，SBC相較離散式解決方案，PCB Layout占用面積會更小，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比集成式的好，因為SBC是從芯片層級進行整合，成本會更優(yōu)。

值得一提的是，離散式解決方案需要同時考慮收發(fā)器、控制器、看門狗以及供電的設計，還要考慮失效模式和保護模式，工程師所承擔的壓力會更多、更大，并且從安全性來說，不一定可以達到定制化的SBC的安全性，其實也存在一定風險成本。

當然，市場上也存在經典CAN與CAN FD混合使用的場景，如果只需改動其中一部分，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

當然，從經典CAN升級到CAN FD進程中，必然有一定過渡期，不可能所有節(jié)點都直接轉換CAN FD，從成本上考慮這是不現實的，可能存在兩者共存的現象。那么這會對通信傳輸產生影響嗎？Chuck對此解釋表示，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總線轉變，因為成本也不是非常高。

TCAN4550-Q1：解決時下最關注的的問題

問題一：成本問題

Chuck表示，在CAN FD 升級過程中，事實上傳統(tǒng)架構中MCU需要配備CAN控制器，擴展系統(tǒng)比較簡單的方式，就是再去裝配一個一樣的設備，而在此過程中，MCU中的CAN控制器就會被重復利用。因此每增加一個接口的同時相當額外再購買一個CAN控制器，這樣其實也是在浪費MCU資源。但如果在現有架構下，利用TCAN4550-Q1升級CAN FD總線，MCU不會被重復利用，同時接口數量也增加了。