一、CAN與CAN FD的概念

1、CAN是什么

控制器局域網(wǎng)總線（CAN，Controller Area Network）是一種用于實(shí)時(shí)應(yīng)用的串行通訊協(xié)議總線，它可以使用雙絞線來(lái)傳輸信號(hào)，是世界上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線之一。 CAN協(xié)議用于汽車中各種不同元件之間的通信，以此取代昂貴而笨重的配電線束。 該協(xié)議的健壯性使其用途延伸到其他自動(dòng)化和工業(yè)應(yīng)用。 CAN協(xié)議的特性包括完整性的串行數(shù)據(jù)通訊、提供實(shí)時(shí)支持、傳輸速率高達(dá)1Mb/s、同時(shí)具有11位的尋址以及檢錯(cuò)能力。

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2、CAN FD是什么

CAN FD 是CAN with Flexible Data rate的縮寫，翻譯為【可變速率的 CAN】。 也可以簡(jiǎn)單的認(rèn)為是傳統(tǒng)CAN的升級(jí)版，其中要說(shuō)明的是，只升級(jí)了協(xié)議，物理層沒(méi)有改變。

3、為什么需要CAN FD？

原因主要是汽車功能越來(lái)越多，越來(lái)越復(fù)雜，傳統(tǒng)的CAN總線（CAN2.0）的負(fù)載率越來(lái)越高，甚至負(fù)載率高達(dá)95%，以及傳統(tǒng)CAN總線還存在一些局限性。

傳統(tǒng)CAN總線的局限性包括：

· 傳輸率最大為1Mbiy/s（典型的<= 500kbit/s）；

· 傳統(tǒng)CAN數(shù)據(jù)幀超過(guò)50%的額外開銷（overhead > 50%）。

對(duì)比其他協(xié)議，額外開銷比例要小得多，如UDP （1500 bytes/datagram, 64 bytes overhead），F(xiàn)lexRay（254 bytes/frame, 8 bytes overhead）。

還有就是歷史原因，汽車不可能直接放棄目前的傳統(tǒng)CAN總線技術(shù)，重頭來(lái)過(guò)。 那么為了解決CAN總線負(fù)載率問(wèn)題，而又能兼容CAN總線，并且研發(fā)成本不能太高的問(wèn)題，因此在2015年最新的修訂版ISO 11898-1（classic CAN和CAN FD）發(fā)布。

目前的很多應(yīng)用對(duì)于通訊的數(shù)據(jù)量要求越來(lái)越高，對(duì)于通訊的速率要求也越來(lái)越高，尤其是當(dāng)速率高于1MBit/s的時(shí)候，傳統(tǒng)的CAN通訊是無(wú)法滿足的，所以基于這種應(yīng)用的需求，CAN FD就應(yīng)運(yùn)而生了。 既然是出于這樣的目的，CANFD的出現(xiàn)肯定是需要解決傳輸速率和傳輸字節(jié)的問(wèn)題，帶著這樣的思路我們就可以更容易地理解CANFD協(xié)議，以及為什么會(huì)出現(xiàn)它了。

二、CAN與CANFD的比較

CAN與CAN-FD主要區(qū)別：傳輸速率不同、數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度不同、幀格式不同、ID長(zhǎng)度不同。

1、傳輸速率不同

CAN的傳輸速率

一般的工程中比較常用的為500K每秒的通訊速率。 這個(gè)速率在實(shí)際測(cè)試的時(shí)候也是非常可靠的。 CAN總線上任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的最大傳輸距離與其位速率有關(guān)。 最大通信距離指的是同一條總線上兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的距離。 從下面圖中，可以看到速率越低通訊距離就越遠(yuǎn)，也就是說(shuō)CAN總線的通訊距離和波特率成反比。 CAN最大傳輸速率為1Mbps

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CANFD的傳輸速率

CAN-FD 采用了兩種位速率：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，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。

因此，對(duì)于 CAN FD而言，是在 CAN 的基礎(chǔ)上增加了一個(gè)數(shù)據(jù)域的傳輸速率，數(shù)據(jù)傳輸速率要大于等于原 CAN 總線用的速率。 也就是說(shuō) CAN FD 支持兩種傳輸速率，兩種速率可以保持一致，也可以不保持一致。 速率可變，仲裁比特率最高1Mbps，數(shù)據(jù)比特率最高8Mbps。

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2、數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度不同

CAN的數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度，一幀數(shù)據(jù)最長(zhǎng)8字節(jié)。 CAN FD數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度，一幀數(shù)據(jù)最長(zhǎng)64字節(jié)。

傳統(tǒng)CAN報(bào)文與CANFD報(bào)文的DLC長(zhǎng)度區(qū)別如下所示：

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傳統(tǒng)CAN報(bào)文與CANFD報(bào)文的最大區(qū)別有2點(diǎn)，1、CANFD可以傳輸更多的數(shù)據(jù)，2、CANFD報(bào)文在傳輸中由2種傳輸速率完成傳輸，一種是標(biāo)稱的CAN總線速率（用于傳輸非數(shù)據(jù)域的字段），另一種是數(shù)據(jù)域傳輸速度（用于傳輸數(shù)據(jù)域的字段）。

3、幀格式不同

在CAN總線上傳輸?shù)?a target="_blank">信息稱為報(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(guò)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(guò)載幀 、幀間隔。

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CAN FD新增了FDF、BRS、ESI位。

FDF：表示CAN報(bào)文還是CAN-FD報(bào)文。
BRS：表示位速率轉(zhuǎn)換，該位隱性時(shí)，速率可變（即BSR到CRC使用轉(zhuǎn)換速率傳輸），該位為顯性時(shí)，以正常的CAN-FD總線速率傳輸（恒定速率）；
ESI:表示發(fā)送節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。

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4、ID長(zhǎng)度不同

CAN標(biāo)準(zhǔn)幀ID長(zhǎng)度最長(zhǎng)11bit，CANFD標(biāo)準(zhǔn)幀ID長(zhǎng)度可擴(kuò)展到12bit。

三**、CAN與CANFD的優(yōu)劣勢(shì)**

1、CAN優(yōu)勢(shì)

具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn);

采用雙線串行通信方式，檢錯(cuò)能力強(qiáng)，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作;

具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，多個(gè)控制模塊通過(guò)CAN 控制器掛到CAN-bus 上，形成多主機(jī)局部網(wǎng)絡(luò);

可根據(jù)報(bào)文的ID決定接收或屏蔽該報(bào)文;

可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制;

發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā);

節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)退出總線的功能;

報(bào)文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來(lái)指示功能信息、優(yōu)先級(jí)信息。

2、CAN缺點(diǎn)

不一致性

CAN總線各節(jié)點(diǎn)質(zhì)量的不一致會(huì)引發(fā)系統(tǒng)癱瘓、錯(cuò)誤、死機(jī)等問(wèn)題，所以CAN一致性測(cè)試成為保證CAN網(wǎng)絡(luò)安全運(yùn)行的重要手段。

不可預(yù)測(cè)性

CAN總線將節(jié)點(diǎn)狀態(tài)分為ErrorAcTIve、Error Passive 和Bus Off 三種，這三種狀態(tài)在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)換，不同狀態(tài)中節(jié)點(diǎn)的發(fā)送有不同的延遲。 另外，由于CAN 的原子廣播特點(diǎn)，其它節(jié)點(diǎn)的發(fā)送錯(cuò)誤或接收錯(cuò)誤會(huì)開啟一個(gè)錯(cuò)誤幀，從而影響到該節(jié)點(diǎn)的接收錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器的值，進(jìn)而影響節(jié)點(diǎn)狀態(tài)。

信道出錯(cuò)堵塞

節(jié)點(diǎn)有可能受干擾或其它原因暫時(shí)或永久失效，出錯(cuò)的主機(jī)會(huì)命令CAN 收發(fā)器不斷發(fā)送消息，即所謂的Babbling ldiot 錯(cuò)誤。 由于該信息的格式等均合法，因此CAN 沒(méi)有相應(yīng)的機(jī)制來(lái)處理這種情況。

3、CAN FD的優(yōu)勢(shì)

CAN FD提高位速率的同時(shí)提供更短的CAN幀

延遲時(shí)間更短.

更好的實(shí)時(shí)性能

更高的帶寬

CAN FD可以在CAN幀中容納從8到64字節(jié)更多的數(shù)據(jù)

相對(duì)更少的系統(tǒng)開銷 = 更好的數(shù)據(jù)吞吐量

發(fā)送較大數(shù)據(jù)對(duì)象時(shí)，軟件更簡(jiǎn)單高效

CAN FD具有更高性能的CRC算法

降低未檢測(cè)到錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)

但是因?yàn)槭苤朴?a target="_blank">產(chǎn)品的穩(wěn)定性考驗(yàn)，改造成本等問(wèn)題，還沒(méi)辦法快速全面普及CAN FD。

四、小結(jié)

總的來(lái)看，由于現(xiàn)在車輛上需要的通訊數(shù)據(jù)越來(lái)越多，而原有的CAN負(fù)載率逐年升高，考慮到傳統(tǒng)的CAN通訊的架構(gòu)已經(jīng)非常的龐大了，如果將傳統(tǒng)的全部推翻更換一個(gè)全新的通訊方式所要付出的代價(jià)實(shí)在太大，所以需要一個(gè)既能兼容原有的CAN通訊，又不至于增加太高的成本，CAN FD就是一個(gè)折中方案，同時(shí)還可以提高數(shù)據(jù)的傳輸量。

審核編輯：湯梓紅