一文搞懂CAN和CAN FD總線協(xié)議

這篇文章是將一文搞懂CAN總線協(xié)議幀格式和一文搞懂CAN FD總線協(xié)議幀格式兩篇文章的整合，方便各位朋友學(xué)習(xí)和查閱。

CAN總線上傳輸?shù)男畔⒎Q為報(bào)文，當(dāng)總線空閑時(shí)任何連接的單元都可以開始發(fā)送新的報(bào)文。

CAN通信是通過以下5種類型的幀進(jìn)行的：

• 數(shù)據(jù)幀 

• 遙控幀 

• 錯(cuò)誤幀 

• 過載幀 

• 幀間隔

另外，數(shù)據(jù)幀和遙控幀有標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式兩種格式。標(biāo)準(zhǔn)格式有 11 個(gè)位的標(biāo)識(shí)符（Identifier: 以下簡(jiǎn)稱 ID）， 擴(kuò)展格式有 29 個(gè)位的 ID。

各種幀的用途如下表所示：

數(shù)據(jù)幀由7個(gè)段構(gòu)成，圖解說明如下所示：

• 幀起始：表示數(shù)據(jù)幀開始的段；

• 仲裁段：表示該幀優(yōu)先級(jí)的段，根據(jù)仲裁段ID碼長(zhǎng)度的不同，分為標(biāo)準(zhǔn)幀（CAN 2.0A）和擴(kuò)展幀（CAN 2.0B）；

• 控制段：表示數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)及保留位的段；

• 數(shù)據(jù)段：數(shù)據(jù)的內(nèi)容，可發(fā)送0~8個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)；

• CRC段：檢查幀的傳輸錯(cuò)誤的段；

• ACK段：表示確認(rèn)正常接收的段；

• 幀結(jié)束：表示數(shù)據(jù)幀結(jié)束的段。

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CAN數(shù)據(jù)幀

1.1、幀起始

幀起始由1個(gè)顯性位組成?？偩€空閑時(shí)，發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送幀起始，其他接收節(jié)點(diǎn)同步于該幀起始位。

總線上的電平有顯性電平和隱性電平兩種。

總線上執(zhí)行邏輯上的線“與”時(shí)，顯性電平的邏輯值為“0”，隱性電平為“1”。

“顯性”具有“優(yōu)先”的意味，只要有一個(gè)單元輸出顯性電平，總線上即為顯性電平。并且，“隱性”具有“包容”的意味，只有所有的單元都輸出隱性電平，總線上才為隱性電平。（顯性電平比隱性電平更強(qiáng)。）

1.2、仲裁段

仲裁段用于寫明需要發(fā)送到目的CAN節(jié)點(diǎn)的地址、確定發(fā)送的幀類型（當(dāng)前發(fā)送的是數(shù)據(jù)幀還是遙控幀），并確定發(fā)送的幀格式是標(biāo)準(zhǔn)幀還是擴(kuò)展幀。

仲裁段在標(biāo)準(zhǔn)格式幀和擴(kuò)展格式幀中有所不同。標(biāo)準(zhǔn)格式幀的仲裁段由11位標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位RTR組成，擴(kuò)展格式幀的仲裁場(chǎng)由29位標(biāo)識(shí)符和遠(yuǎn)程發(fā)送請(qǐng)求位RTR組成。

1.2.1、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀基于早期的CAN規(guī)格（1.0和2.0A版），使用了11位的識(shí)別域。

CAN標(biāo)準(zhǔn)幀幀信息是11字節(jié)，包括幀描述符和幀數(shù)據(jù)兩部分。如下表所列：

前3字節(jié)為幀描述部分。字節(jié)1為幀信息，第7位（FF）表示幀格式，在標(biāo)準(zhǔn)幀中FF=0，第6位（RTR）表示幀的類型，RTR=0表示為數(shù)據(jù)幀，RTR=1表示為遠(yuǎn)程幀。DLC表示在數(shù)據(jù)幀時(shí)實(shí)際的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀的 ID 有 11 個(gè)位。從 ID10 到 ID0 依次發(fā)送。禁止高 7 位都為隱性（禁止設(shè)定：ID=1111111XXXX）。

字節(jié)2~3為報(bào)文識(shí)別碼，其高11位有效。

字節(jié)4~11為數(shù)據(jù)幀的實(shí)際數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程幀時(shí)無效。

1.2.2、擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀

CAN擴(kuò)展幀幀信息是13字節(jié)，包括幀描述符和幀數(shù)據(jù)兩部分，如下表所示：

前5字節(jié)為幀描述部分。字節(jié)1為幀信息，第7位（FF）表示幀格式，在擴(kuò)展幀中FF=1，第6位（RTR）表示幀的類型，RTR=0表示為數(shù)據(jù)幀，RTR=1表示為遠(yuǎn)程幀。DLC表示在數(shù)據(jù)幀時(shí)實(shí)際的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

擴(kuò)展格式的 ID 有 29 個(gè)位?；?ID 從 ID28 到 ID18，擴(kuò)展 ID 由 ID17 到 ID0 表示。基本 ID 和 標(biāo)準(zhǔn)格式的 ID 相同。禁止高 7 位都為隱性（禁止設(shè)定：基本 ID=1111111XXXX）。

字節(jié)2~5為報(bào)文識(shí)別碼，其高28位有效。

字節(jié)6~13為數(shù)據(jù)幀的實(shí)際數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程幀時(shí)無效。

1.3、控制段

控制段由6個(gè)位組成，包括數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼和兩個(gè)將來作為擴(kuò)展用的保留位，標(biāo)準(zhǔn)格式和擴(kuò)展格式的構(gòu)成有所不同。

數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼指示了數(shù)據(jù)段中的字節(jié)數(shù)量。數(shù)據(jù)長(zhǎng)度代碼為4個(gè)位，在控制段里被發(fā)送，數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度允許的字節(jié)數(shù)為0、1、2、3、4、5、6、7、8，其他數(shù)值為非法的。

保留位（r0、r1）必須全部以顯性電平發(fā)送。但接收方可以接收顯性、隱性及其任意組合的電平。

數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼（DLC）與數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下表所示：

數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)必須為 0~8 字節(jié)，但接收方對(duì) DLC = 9~15 的情況并不視為錯(cuò)誤。

1.4、數(shù)據(jù)段

數(shù)據(jù)段由數(shù)據(jù)幀中的發(fā)送數(shù)據(jù)組成，它可以為0~8字節(jié)，每字節(jié)包含了8位，首先發(fā)送最高有效位MSB，依次發(fā)送至最低有效位LSB。

1.5、CRC段

CRC段是檢查幀傳輸錯(cuò)誤的幀，包括：15 個(gè)位的 CRC序列（CRC SEQUENCE）和1 個(gè)位的CRC界定符（CRC DELIMITER）構(gòu)成。

CRC序列是根據(jù)多項(xiàng)式生成的 CRC 值，CRC 的計(jì)算范圍包括：幀起始、仲裁段、控制段、數(shù)據(jù) 段。接收方以同樣的算法計(jì)算 CRC 值并進(jìn)行比較，不一致時(shí)會(huì)通報(bào)錯(cuò)誤。

1.6、ACK段

ACK段用來確認(rèn)是否正常接收。由 ACK 槽（ACK SLOT）和 ACK 界定符（ACK DELIMITER）2 個(gè)位構(gòu)成。

發(fā)送單元在 ACK 段發(fā)送 2 個(gè)位的隱性位。當(dāng)接收器正確地接收到有效的報(bào)文時(shí)，接收器就會(huì)在應(yīng)答間隙（ACK SLOT）期間（發(fā)送ACK 信號(hào)）向發(fā)送器發(fā)送一個(gè)“顯性”的位以示應(yīng)答，通知發(fā)送單元正常接收結(jié)束，這稱作“發(fā)送 ACK”或者“返回 ACK”。

發(fā)送 ACK/返回 ACK是在既不處于總線關(guān)閉態(tài)也不處于休眠態(tài)的所有接收單元中，接收到正常消息的單元 （發(fā)送單元不發(fā)送 ACK）。所謂正常消息是指不含填充錯(cuò)誤、格式錯(cuò)誤、CRC 錯(cuò)誤的消息。

1.7、幀結(jié)束

幀結(jié)束是由每一個(gè)數(shù)據(jù)幀和遠(yuǎn)程幀的標(biāo)志序列界定的，這個(gè)標(biāo)志序列由7個(gè)“隱性”位組成。

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CAN標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀和擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀

CAN協(xié)議可以接收和發(fā)送11位標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀和29位擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀，CAN標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀和擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀只是幀ID長(zhǎng)度不同，以便可以擴(kuò)展更多CAN節(jié)點(diǎn)。

2.1、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀基于早期的CAN規(guī)格（1.0和2.0A版），使用了11位的識(shí)別域。

CAN標(biāo)準(zhǔn)幀幀信息是11字節(jié)，包括幀描述符和幀數(shù)據(jù)兩部分。如下表所列：

前3字節(jié)為幀描述部分。字節(jié)1為幀信息，第7位（FF）表示幀格式，在標(biāo)準(zhǔn)幀中FF=0，第6位（RTR）表示幀的類型，RTR=0表示為數(shù)據(jù)幀，RTR=1表示為遠(yuǎn)程幀。DLC表示在數(shù)據(jù)幀時(shí)實(shí)際的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀的 ID 有 11 個(gè)位。從 ID10 到 ID0 依次發(fā)送，可以出現(xiàn)2^11種報(bào)文，幀ID的范圍是：000-7FF，禁止高 7 位都為隱性（禁止設(shè)定：ID=1111111XXXX）。

字節(jié)2~3為報(bào)文識(shí)別碼，其高11位有效。

字節(jié)4~11為數(shù)據(jù)幀的實(shí)際數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程幀時(shí)無效。

2.2、擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀

CAN擴(kuò)展幀幀信息是13字節(jié)，包括幀描述符和幀數(shù)據(jù)兩部分，如下表所示：

前5字節(jié)為幀描述部分。字節(jié)1為幀信息，第7位（FF）表示幀格式，在擴(kuò)展幀中FF=1，第6位（RTR）表示幀的類型，RTR=0表示為數(shù)據(jù)幀，RTR=1表示為遠(yuǎn)程幀。DLC表示在數(shù)據(jù)幀時(shí)實(shí)際的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。

擴(kuò)展格式的 ID 有 29 個(gè)位，基本 ID 從 ID28 到 ID18，擴(kuò)展 ID 由 ID17 到 ID0 表示，基本 ID 和 標(biāo)準(zhǔn)格式的 ID 相同，可以出現(xiàn)2^29種報(bào)文，且在數(shù)據(jù)鏈路上是有間隙的（對(duì)操作者透明），幀ID的范圍是0000 0000-1FFF FFFF，禁止高 7 位都為隱性（禁止設(shè)定：基本 ID=1111111XXXX）。

字節(jié)2~5為報(bào)文識(shí)別碼，其高28位有效。

字節(jié)6~13為數(shù)據(jù)幀的實(shí)際數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程幀時(shí)無效。

2.3、標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀和擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀的特性

CAN標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀和擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀只是幀ID長(zhǎng)度不同，功能上都是相同的，它們有一個(gè)共同的特性：幀ID數(shù)值越小，優(yōu)先級(jí)越高。

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CAN遙控幀

3.1、遙控幀格式

遙控幀是接收單元向發(fā)送單元請(qǐng)求發(fā)送數(shù)據(jù)所用的幀，遙控幀由 6 個(gè)段組成，遙控幀沒有數(shù)據(jù)段。

遙控幀的構(gòu)成如下所示：

• 幀起始（SOF）：表示幀開始的段；

• 仲裁段：表示該幀優(yōu)先級(jí)的段?？烧?qǐng)求具有相同 ID 的數(shù)據(jù)幀；

• 控制段：表示數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)及保留位的段；

• CRC 段：檢查幀的傳輸錯(cuò)誤的段；

• ACK 段：表示確認(rèn)正常接收的段；

• 幀結(jié)束：表示遙控幀結(jié)束的段。

遙控幀格式如下圖所示：

3.2、數(shù)據(jù)幀和遙控幀的區(qū)別

數(shù)據(jù)幀和遙控幀主要有兩點(diǎn)區(qū)別：

• 遙控幀沒有數(shù)據(jù)幀的數(shù)據(jù)段；

• 遙控幀RTR位是隱性，RTR位的極性表示了所發(fā)送的幀是數(shù)據(jù)幀（RTR位“顯性”）還是遠(yuǎn)程幀（RTR位“隱性”）。

所以，沒有數(shù)據(jù)段的數(shù)據(jù)幀和遙控幀可通過 RTR 位區(qū)別開來。

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CAN錯(cuò)誤幀

4.1、錯(cuò)誤幀格式

錯(cuò)誤幀由錯(cuò)誤標(biāo)志（Error Flag）和錯(cuò)誤界定符（Error Delimiter）組成。

接收節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)總線上的報(bào)文有錯(cuò)誤時(shí)，將自動(dòng)發(fā)出活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志，它是6個(gè)連續(xù)的顯性位。其他節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到活動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志后發(fā)送錯(cuò)誤認(rèn)可標(biāo)志，它由6個(gè)連續(xù)的隱性位組成。由于各個(gè)接收節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的時(shí)間可能不同，所以總線上實(shí)際的錯(cuò)誤標(biāo)志可能由6~12個(gè)顯性位組成。

錯(cuò)誤界定符由 8 個(gè)位的隱性位構(gòu)成。當(dāng)錯(cuò)誤標(biāo)志發(fā)生后，每一個(gè)CAN 節(jié)點(diǎn)監(jiān)視總線，直至檢測(cè)到一個(gè)顯性電平的跳變。此時(shí)表示所有的節(jié)點(diǎn)已經(jīng)完成了錯(cuò)誤標(biāo)志的發(fā)送，并開始發(fā)送8個(gè)隱性電平的界定符。

如下所示：

4.2、主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志和被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志

 錯(cuò)誤標(biāo)志包括主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志和被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志兩種。

• 主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志：處于主動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)的單元檢測(cè)出錯(cuò)誤時(shí)輸出的錯(cuò)誤標(biāo)志，6 個(gè)位的顯性位；

• 被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志：處于被動(dòng)錯(cuò)誤狀態(tài)的單元檢測(cè)出錯(cuò)誤時(shí)輸出的錯(cuò)誤標(biāo)志，6 個(gè)位的隱性位。

4.3、錯(cuò)誤幀種類

錯(cuò)誤幀共有 5 種，多種錯(cuò)誤可能同時(shí)發(fā)生，種類如下所示：

• 位錯(cuò)誤

• 填充錯(cuò)誤

• CRC 錯(cuò)誤

• 格式錯(cuò)誤

• ACK 錯(cuò)誤

錯(cuò)誤的種類、錯(cuò)誤的內(nèi)容、錯(cuò)誤檢測(cè)幀和檢測(cè)單元如下表所示：

重點(diǎn)聊一聊位錯(cuò)誤和格式錯(cuò)誤。

位錯(cuò)誤特性如下所示：

• 位錯(cuò)誤由向總線上輸出數(shù)據(jù)幀、遙控幀、錯(cuò)誤幀、過載幀的單元和輸出 ACK 的單元、輸出錯(cuò)誤的單元來檢測(cè)；

• 在仲裁段輸出隱性電平，但檢測(cè)出顯性電平時(shí)，將被視為仲裁失利，而不是位錯(cuò)誤；

• 在仲裁段作為填充位輸出隱性電平時(shí)，但檢測(cè)出顯性電平時(shí)，將不視為位錯(cuò)誤，而是填充錯(cuò)誤；

• 發(fā)送單元在 ACK 段輸出隱性電平，但檢測(cè)到顯性電平時(shí)，將被判斷為其它單元的 ACK 應(yīng)答，而非位錯(cuò)誤；

• 輸出被動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志（6 個(gè)位隱性位）但檢測(cè)出顯性電平時(shí)，將遵從錯(cuò)誤標(biāo)志的結(jié)束條件，等待檢測(cè)出連續(xù)相同 6 個(gè)位的值（顯性或隱性），并不視為位錯(cuò)誤。

格式錯(cuò)誤特性如下所示：

• 即使接收單元檢測(cè)出 EOF（7 個(gè)位的隱性位）的最后一位（第 8 個(gè)位）為顯性電平，也不視為格式錯(cuò)誤；

• 即使接收單元檢測(cè)出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度碼（DLC）中 9～15 的值時(shí)，也不視為格式錯(cuò)誤。

發(fā)送單元發(fā)送完錯(cuò)誤幀后，將再次發(fā)送數(shù)據(jù)幀或遙控幀，錯(cuò)誤標(biāo)志輸出時(shí)序如下表所示：

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CAN過載幀

過載幀是用于接收單元通知其尚未完成接收準(zhǔn)備的幀，過載幀由過載標(biāo)志和過載界定符構(gòu)成。

• 過載標(biāo)志由6個(gè)位的顯性位組成，過載標(biāo)志的構(gòu)成與主動(dòng)錯(cuò)誤標(biāo)志的構(gòu)成相同。

  過載標(biāo)志其形式破壞了間歇場(chǎng)的固定格式，結(jié)果使其他所有節(jié)點(diǎn)也檢測(cè)到了一個(gè)出錯(cuò)狀態(tài)，就都各自送出一個(gè)超載標(biāo)志。

• 過載界定符由8個(gè)位的隱性位組成，過載界定符的構(gòu)成與錯(cuò)誤界定符的構(gòu)成相同。過載標(biāo)志發(fā)送完畢后，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都對(duì)總線進(jìn)行監(jiān)察，直到檢測(cè)到一個(gè)隱性位為止。此時(shí)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)均已發(fā)送完各自的過載標(biāo)志，接著所有節(jié)點(diǎn)還要同時(shí)開始發(fā)送7個(gè)隱性位，配齊長(zhǎng)達(dá)8位的過載界定符。

過載幀的構(gòu)成如下圖所示：

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CAN幀間隔

幀間隔是用于分隔數(shù)據(jù)幀和遙控幀的幀。數(shù)據(jù)幀和遙控幀可通過插入幀間隔將本幀與前面的任何幀（數(shù)據(jù)幀、遙控幀、錯(cuò)誤幀、過載幀）分開，過載幀和錯(cuò)誤幀前不能插入幀間隔。

幀間隔的構(gòu)成如下圖所示：

幀間隔由間隔段、總線空閑段和延遲傳送段組成，具體說明如下所示：

• 間隔段：間歇由3個(gè)隱性位構(gòu)成。在間歇期間，不允許任何節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)幀或遠(yuǎn)程幀。唯一可以執(zhí)行的操作是通報(bào)超載狀態(tài)；

• 總線空閑段：總線空閑時(shí)間長(zhǎng)短不限?？偩€一經(jīng)確認(rèn)處于空閑狀態(tài)，則任何節(jié)點(diǎn)都可以訪問總線來傳送信息。因另一幀正在傳送而延期發(fā)送的幀是從間歇之后的第一位開始送出的。通過對(duì)總線進(jìn)行檢測(cè)，出現(xiàn)在總線空閑期間的顯性位將被認(rèn)為是幀起始；

• 延遲傳送段：處于錯(cuò)誤認(rèn)可狀態(tài)的節(jié)點(diǎn)完成其發(fā)送動(dòng)作后，在被允許發(fā)送下一幀以前，它要在間歇之后送出8個(gè)隱性位。如果間歇期間執(zhí)行了（由另一個(gè)節(jié)點(diǎn)引起的）發(fā)送動(dòng)作，此節(jié)點(diǎn)將會(huì)變成正被發(fā)送的幀的接收器。

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為什么會(huì)出現(xiàn)CAN FD？

隨著總線技術(shù)在汽車電子領(lǐng)域越來越廣泛和深入的應(yīng)用，特別是自動(dòng)駕駛技術(shù)的迅速發(fā)展，汽車電子對(duì)總線寬度和數(shù)據(jù)傳輸速率的要求也越來也高，傳統(tǒng)CAN（1MBit/s，8Bytes?Payload）已難以滿足日益增加的需求。

因此在2012年，Bosch發(fā)布了新的CAN FD標(biāo)準(zhǔn) (CAN with Flexible Data Rate) ，CAN FD繼承了CAN的絕大多數(shù)特性，如同樣的物理層，雙線串行通信協(xié)議，基于非破壞性仲裁技術(shù)，分布式實(shí)時(shí)控制，可靠的錯(cuò)誤處理和檢測(cè)機(jī)制等，同時(shí)CAN FD彌補(bǔ)了CAN在總線帶寬和數(shù)據(jù)長(zhǎng)度方面的不足。

2015年6月30日，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）已經(jīng)正式認(rèn)可CAN?FD，并無反對(duì)****通過ISO 11898-1作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)草案。

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什么是CAN FD？

CAN FD協(xié)議是由Bosch以及行業(yè)專家預(yù)研開發(fā)的，并于2012年發(fā)布。通過標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)，現(xiàn)已納入ISO 11898-1:2015。一開始的Bosch CAN FD版本（非ISO CAN FD）與ISO CAN FD是不兼容。

CAN FD具有以下4個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)：

1、增加了數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度

CAN FD每個(gè)數(shù)據(jù)幀最多支持64個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，而傳統(tǒng)CAN最多支持8個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)。這減少了協(xié)議開銷，并提高了協(xié)議效率。

2、增加傳輸?shù)乃俣?/p>

CAN FD支持雙比特率：與傳統(tǒng)CAN一樣，標(biāo)稱（仲裁）比特率限制為1 Mbit/s，而數(shù)據(jù)比特率則取決于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?收發(fā)器。實(shí)際上，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)5 Mbit/s的數(shù)據(jù)比特率。

3、更好的可靠性

CAN FD使用改進(jìn)的循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）和“受保護(hù)的填充位計(jì)數(shù)器”，從而降低了未被檢測(cè)到的錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。這在汽車和工業(yè)自動(dòng)化等安全攸關(guān)的應(yīng)用中至關(guān)重要。

4、平滑過渡

在一些特定的情況下CAN FD能用在僅使用傳統(tǒng)CAN的ECU上，這樣就可以逐步引入CAN FD節(jié)點(diǎn)，從而為OEM簡(jiǎn)化程序和降低成本。

實(shí)際上，與傳統(tǒng)CAN相比，CAN FD可以將網(wǎng)絡(luò)帶寬提高3到8倍，從而為數(shù)據(jù)的增長(zhǎng)提供了一種簡(jiǎn)單的解決方案。

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CAN FD和CAN總線協(xié)議幀異同

CAN FD和CAN總線協(xié)議幀格式如下所示：

CAN FD和CAN總線協(xié)議幀不同點(diǎn)如下所示：

1、傳輸速率不同

CAN FD的速率可變，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，最高速率可達(dá)到8Mbps，其他部分與CAN相同。

2、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度不同

CAN FD支持的最大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為64byte，CAN支持的最大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為8byte。

3、幀格式不同

CAN FD新增了FDF、BRS、ESI位：

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

• BRS 位（ Bit Rate Switch）：表示位速率轉(zhuǎn)換，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（恒定速率），當(dāng) BRS 為隱性位（1）時(shí)速率可變（即 BSR 到 CRC 使用轉(zhuǎn)換速率傳輸）；

• ESI 位（Error State Indicator）：發(fā)送節(jié)點(diǎn)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）。

4、ID長(zhǎng)度不同

CAN FD標(biāo)準(zhǔn)幀ID長(zhǎng)度可擴(kuò)展至12bit，CAN的標(biāo)準(zhǔn)幀ID為11bit。

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解析CAN FD幀結(jié)構(gòu)

CAN FD節(jié)點(diǎn)可以正常收、發(fā)CAN報(bào)文，但CAN節(jié)點(diǎn)不能正確收、發(fā)CAN FD報(bào)文，因?yàn)槠鋷袷讲灰恢隆?/p>

與CAN一樣，CAN FD一共具有：幀起始，仲裁段，控制段，數(shù)據(jù)段，CRC段，ACK段和幀結(jié)束，7部分組成。

10.1、幀起始

CAN與CANFD使用相同的SOF標(biāo)志位來標(biāo)志報(bào)文的起始。幀起始由1個(gè)顯性位構(gòu)成，標(biāo)志著報(bào)文的開始，并在總線上起著同步作用。

10.2、仲裁段

與CAN不同，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用于區(qū)分標(biāo)準(zhǔn)幀和擴(kuò)展幀。

10.3、控制段

CAN FD與CAN有著相同的IDE、res和DLC位，同時(shí)增加了FDF、BRS、ESI三個(gè)bit位。

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

• BRS 位（ Bit Rate Switch）：表示位速率轉(zhuǎn)換，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（恒定速率），當(dāng) BRS 為隱性位（1）時(shí)速率可變（即 BSR 到 CRC 使用轉(zhuǎn)換速率傳輸）；

• ESI 位（Error State Indicator）：發(fā)送節(jié)點(diǎn)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）。

10.4、數(shù)據(jù)段 

CAN FD兼容CAN的數(shù)據(jù)格式，同時(shí)最大還能支持：12、16、 20、 24、 32、 48和64byte。

像在傳統(tǒng)CAN中一樣，CAN FD DLC是4位，表示幀中數(shù)據(jù)字節(jié)的數(shù)量。為了維持4位DLC，CAN FD使用從9到15的其余7個(gè)值來表示所使用的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)（12、16、20、24、32、48、64）。

10.5、CRC段

傳統(tǒng)CAN中的循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）為15位，而在CAN FD中為17位（最多16個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)）或21位（20-64個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)）。在傳統(tǒng)CAN中，CRC中可以包含0到3個(gè)填充位，而在CAN FD中，總是有四個(gè)固定填充位以提高通信可靠性。

10.6、ACK段

ACK緊跟著CRC結(jié)束標(biāo)識(shí)位。不同的是，CAN FD支持2bits的ACK的識(shí)別。

10.7、幀結(jié)束

與CAN一樣，CAN FD的幀結(jié)尾也為連續(xù)7位的隱性位。

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CAN FD的改進(jìn)

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(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。

CAN FD在 CRC 校驗(yàn)段采用了三種多項(xiàng)式來保證高速通訊下的數(shù)據(jù)可靠性。

1、縮短位時(shí)間提高位速率

CAN FD支持雙比特率，與傳統(tǒng)CAN一樣，標(biāo)稱（仲裁）比特率限制為1 Mbit/s，而數(shù)據(jù)比特率則取決于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?收發(fā)器。實(shí)際上，可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)5 Mbit/s的數(shù)據(jù)比特率。

從控制段中的 BRS 位到 ACK 段之前（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、加長(zhǎng)數(shù)據(jù)段長(zhǎng)度減少報(bào)文數(shù)量降低總線負(fù)載率

CAN FD每個(gè)數(shù)據(jù)幀最多支持64個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，而傳統(tǒng)CAN最多支持8個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，這減少了協(xié)議開銷，并提高了協(xié)議效率。

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)段

CAN FD使用改進(jìn)的循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）和“受保護(hù)的填充位計(jì)數(shù)器”，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，從而降低了未被檢測(cè)到的錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。

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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。