一文詳解最新CAN FD協(xié)議

對于中國制造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主題。在汽車智能化的過程中，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了解CAN FD協(xié)議。

當今社會，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、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)。

一、CAN FD做出的改進

CAN FD采用了兩種方式來提高通信的效率：一種方式為縮短位時間提高位速率;另一種方式為加長數(shù)據(jù)場長度減少報文數(shù)量降低總線負載率。在CRC校驗段采用了三種多項式來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)

從控制場中的BRS位到ACK場之前(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間定義寄存器，它們除了采用不同的位時間單位TQ外，位時間各段的分配比例也可不同。

(2)新的數(shù)據(jù)場長度

CAN FD對數(shù)據(jù)場的長度作了很大的擴充，DLC最大支持64個字節(jié)，在DLC小于等于8時與原CAN總線是一樣的，大于8時則有一個非線性的增長，最大的數(shù)據(jù)場長度可達64字節(jié)。如下所示為DLC數(shù)值與字節(jié)數(shù)的非線性對應(yīng)關(guān)系。

(3)CRC校驗場

在CANFD 協(xié)議標準化的過程中，通信的可靠性也得到了提高。由于DLCs的長度不同，在DLC大于8個字節(jié)時，CAN FD選擇了兩種新的BCH型CRC多項式。

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取消了對遠程幀的支持，用RRS位替換了RTR位，為常顯性。IDE位仍為標準幀和擴展幀標志位，若標準幀與擴展幀具有相同的前 11 位 ID，那么標準幀將會由于 IDE 位為 0，優(yōu)先獲得總線。

RRS(remote request substitution)遠程請求替換位：即傳統(tǒng)CAN中的RTR位;

SRR (substitute remote request)代替遠程幀請求位：SRR位為保留位，無影響;

IDE(Identifier Extension) 擴展幀標志：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 報文;

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

ESI位(Error State Indicator)：，錯誤狀態(tài)指示，主動錯誤時發(fā)送顯性位(0)，被動錯誤時發(fā)送隱性位(1)。

(3)DLCs的值與數(shù)據(jù)場和CRC校驗場有關(guān)，在上文中已經(jīng)說明。

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

三、如何從傳統(tǒng)的CAN升級到 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， 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)測工具。

(2)在網(wǎng)絡(luò)兼容性方面，對于傳統(tǒng) CAN 網(wǎng)段的部分節(jié)點需要升級到 CANFD 的情況要特別注意，由于幀格式不一致的原因，CANFD 節(jié)點可以正常收發(fā)傳統(tǒng) CAN 節(jié)點報文，但是傳統(tǒng) CAN 節(jié)點不能正常收發(fā) CANFD 節(jié)點的報文。

CAN FD協(xié)議是CAN-BUS協(xié)議的最新升級，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。此項技術(shù)一直被歐美企業(yè)壟斷，直至2016年，中國CAN-BUS領(lǐng)導者—廣州致遠電子股份有限公司，基于擁有完全知識產(chǎn)權(quán)的CAN FD IP核代碼，研制出中國第一款CAN FD 接口卡，使中國的總線技術(shù)水平與世界最高水平同步。