CANXL標準發(fā)布 | (1)一文讀懂CANXL數(shù)據(jù)鏈路層總線，通信再進化！

        2024年3月22日，期待已久的ISO 11898-2：2024版本橫空出世，標志著新一代CAN總線的時代即將到來（ISO/FDIS 11898-1：2023也處于最終投票階段）。搭載著2048Byte的CANXL列車已蓄勢待發(fā)，決心突破10M的高速通道。Autosar、英飛凌、ST、Vector和NXP等行業(yè)風(fēng)向標早已準備迎接CANXL高速通道給整車SoA架構(gòu)帶來新的變革。

1、第三代CAN總線（CANXL）

      CAN XL（Controller Area Network eXtended Length）作為CAN通信技術(shù)的最新進展，展現(xiàn)了顯著的優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景。它旨在填補CAN FD與以太網(wǎng)之間的空白，成為車載網(wǎng)絡(luò)通信的重要補充。

    CAN XL目前的發(fā)展狀態(tài)和優(yōu)勢

• 高數(shù)據(jù)傳輸速率：CAN XL支持高達20 Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，顯著高于CAN FD的8 Mbps上限，滿足了現(xiàn)代汽車和其他應(yīng)用中對高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?nbsp; 。

• 更大的數(shù)據(jù)字段長度：CAN XL允許的數(shù)據(jù)字段長度最大可達2048字節(jié)，遠超過CAN FD的64字節(jié)限制，適用于需要傳輸大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用 。

• 兼容性和靈活性：CAN XL與現(xiàn)有CAN和CAN FD技術(shù)兼容，允許在同一網(wǎng)絡(luò)上共存，形成混合網(wǎng)絡(luò)。這為現(xiàn)有的CAN系統(tǒng)向CAN XL的升級提供了便利  。

• 標準化和生態(tài)支持：CAN XL的標準化工作正在積極推進，CiA牽頭的610-1和CiA610-3規(guī)范已發(fā)布。ISO目前也已發(fā)布CAN XL的ISO_DIS11898-1 和 ISO 11898-2標準。此外，AUTOSAR的CAN XL標準已發(fā)布。同時CAN XL得到了汽車Tier1和芯片廠商的廣泛支持。例如，博世、英飛凌、恩智浦等知名廠商已推出基于CAN XL的MCU產(chǎn)品，且多數(shù)處于樣品階段。此外，是德科技等工具供應(yīng)商也推出了適用于CAN XL協(xié)議的測試設(shè)備 。

• 應(yīng)用前景：CAN XL適用于多種應(yīng)用場景，包括需要更高帶寬的應(yīng)用、支持面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）的應(yīng)用以及安全應(yīng)用。其成本效益高，能夠在結(jié)合CAN和以太網(wǎng)功能的同時，保持CAN的低價格優(yōu)勢。

    CANXL & OSI 模型

      由于CANXL數(shù)據(jù)段支持2048Byte數(shù)據(jù)量的傳輸，所有在OSI協(xié)議棧上CANXL技術(shù)理論上可以適配以太網(wǎng)的高層協(xié)議，比如SOME/IP和TCP/IP等以太網(wǎng)協(xié)議。但是，具體的以太網(wǎng)協(xié)議兼容還需要更進一步的驗證。

      除此之外，CANXL也在PCS和PMA子層之間增加了PWM編解碼機制，用以切換PMA子層的兩種總線驅(qū)動方式（顯性/隱性 && level0/level1）以達到20Mbit/s的傳輸速率。

2、CANXL幀結(jié)構(gòu)

    仲裁場

• SOF、ID、IDE（CANXL無擴展幀）、RRS（禁用遠程幀）、FDF字段與CANFD一致

• XLF字段：用以區(qū)分是否為CANXL幀

    控制場

• reXEL：保留位

• ADH、DH1、DH2和DL1（ADS）：模式轉(zhuǎn)換和速率轉(zhuǎn)換字段，由SIC mode 切換為FAST mode。CANXL收發(fā)器包含兩種總線驅(qū)動方式（顯性/隱性 && level0/level1），并在仲裁場采用顯性/隱性驅(qū)動和數(shù)據(jù)場采用level0/level1。（PMA模式轉(zhuǎn)換由PCS子層發(fā)送PWM編碼控制）

• SDT、SEC和DLC字段：指出數(shù)據(jù)段數(shù)據(jù)類型（類似以太網(wǎng)Type字段）；功能保留位；指明數(shù)據(jù)場長度

• SBC字段：指明SOF和仲裁場bit填充數(shù)（動態(tài)bit填充）

• PCRC字段：前向CRC校驗（仲裁場、reXEL、ADS、SDT、SEC、DLC和SBC）

• VCID：虛擬CAN網(wǎng)絡(luò)ID（類似以太網(wǎng)VLAN）

• AF：用于尋址功能，具體內(nèi)容取決于SDT（e.g. SDT=0x05時，AF為以太網(wǎng)目的MAC地址）

    數(shù)據(jù)場

• Data字段：CANXL數(shù)據(jù)段，可封裝以太網(wǎng)上層協(xié)議（e.g. TCP/IP...）

   CRC場

• FCRC字段：用于整幀CRC校驗

• PCP：格式檢驗字段

    ACK場

• DAH、AH1、AL1和AH2字段（DAS）：模式轉(zhuǎn)換和速率轉(zhuǎn)換字段，由FAST mode切換為SIC mode

• ACK字段：用于確認報文被成功接收

3、PCS&PWM編碼

      CAN XL物理編碼子層（PCS）與CAN FD的PCS子層類似，負責(zé)數(shù)據(jù)幀的發(fā)送和接收，進行信號編碼和解碼，錯誤檢測和處理，信號調(diào)制和解調(diào)，物理層參數(shù)管理（如比特率、位定時、同步等），以及與PMA子層交互等功能。

      但是，CANXL在PCS子層和PMA子層之間引入PWM編碼機制，以實現(xiàn)PMA子層兩種總線驅(qū)動方式的切換。

      PWM編碼是一種采用長相和短相來區(qū)分PWM符號的編碼機制。如圖所示，在發(fā)送機上，TXD會以上升沿開始，并先發(fā)送短相在發(fā)送長相。在接收機上，RXD會以下降沿開始，并先發(fā)送短相在發(fā)送長相。

4、總結(jié)

      在應(yīng)用場景方面，CAN XL可以用于多種網(wǎng)絡(luò)拓撲，包括總線型、點對點、菊花鏈、星形或雙星形網(wǎng)絡(luò)。它還支持與以太網(wǎng)的無縫銜接，可以通過更大數(shù)據(jù)段傳輸高層協(xié)議數(shù)據(jù)。此外，CAN XL的新增比特位，如SDT（Service Data Unit Type）和VCID（Virtual CAN ID），使其能夠更好地適配SOA架構(gòu)的發(fā)展趨勢。

      總體而言，CAN XL作為CAN技術(shù)的下一代，以其高數(shù)據(jù)傳輸速率、大容量、兼容性和經(jīng)濟性等優(yōu)勢，在汽車電子電氣架構(gòu)中展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

      經(jīng)緯恒潤作為OPEN聯(lián)盟會員和AUTOSAR聯(lián)盟的高級合作伙伴，長期為國內(nèi)外各大OEM和供應(yīng)商提供涵蓋TCP/IP、SOME/IP、DoIP、AVB、TSN、DDS等技術(shù)領(lǐng)域的設(shè)計和測試咨詢服務(wù)，積極研發(fā)和探索車載網(wǎng)絡(luò)前沿技術(shù)的工程應(yīng)用。通過多個項目的實踐經(jīng)驗，已建立了高質(zhì)量、本土化的設(shè)計與測試一體化解決方案，為整車網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提供可靠支持。

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