未來CAN是否仍然存在？

到目前為止，CAN已經(jīng)安裝了數(shù)十億個(gè)單元，是一種經(jīng)過驗(yàn)證的車載網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它對(duì)于車內(nèi)設(shè)備的數(shù)據(jù)包通信的可靠性優(yōu)勢(shì)，也許在未來和今天一樣重要。

上世紀(jì)80年代由博世為汽車工業(yè)中的安全關(guān)鍵系統(tǒng)而設(shè)計(jì)，CAN提供了一些獨(dú)特的特性，使其廣泛地應(yīng)用于任何安全可靠的車載控制系統(tǒng)。

可靠性：CAN被認(rèn)為是傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的最可靠方法之一。CAN協(xié)議確定每個(gè)正在發(fā)送的消息的優(yōu)先級(jí)，從而允許簡(jiǎn)單、不間斷的通信流，即使同時(shí)發(fā)送多個(gè)消息。

數(shù)據(jù)一致性：這在CAN系統(tǒng)中得到保證，因?yàn)槊總€(gè)節(jié)點(diǎn)接收相同的消息，并且所有節(jié)點(diǎn)在接受消息之前檢查消息是否正確。數(shù)據(jù)一致性是任何安全保障系統(tǒng)的強(qiáng)制要求，CAN提供了滿足這一要求的方式。

保證延遲：在CAN中，高優(yōu)先級(jí)消息可以同時(shí)傳輸，并且逐位仲裁將以可預(yù)測(cè)的方式解決任何消息沖突。具有25個(gè)節(jié)點(diǎn)的CAN系統(tǒng)保證高優(yōu)先級(jí)消息的延遲小于0.25毫秒。

相比之下，標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)不能保證等待時(shí)間。解決辦法包括安裝用于閉環(huán)控制的專用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，但最終，這些網(wǎng)絡(luò)可能很昂貴（至少目前看是這樣）。

一種有效的尋址方法：CAN沒有地址，只有消息內(nèi)容的標(biāo)識(shí)符，允許非常短的消息，即僅內(nèi)容標(biāo)識(shí)符和值。因此，所有連接的CAN模塊都接收每個(gè)消息，由接收方選擇要處理的正確消息。發(fā)送節(jié)點(diǎn)不需要知道誰應(yīng)該接收消息，并且接收節(jié)點(diǎn)不需要知道消息源。

同時(shí)，CAN確保所有接收器獲得與跨所有單元的同步?jīng)Q策相同的數(shù)據(jù)。這是在控制系統(tǒng)中建立連接的非常有效的方法，使得能夠輕松地創(chuàng)建點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、多播和廣播消息傳遞方案。

CAN獨(dú)特的尋址方法提供了高水平的系統(tǒng)和配置靈活性：添加和減少CAN節(jié)點(diǎn)無需硬件或軟件修改。

網(wǎng)絡(luò)范圍的錯(cuò)誤檢測(cè)：在CAN中，所有節(jié)點(diǎn)都參與錯(cuò)誤檢測(cè)過程。如果任何節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到錯(cuò)誤，則所有節(jié)點(diǎn)在消息可用于應(yīng)用程序之前刪除它，從而確保沒有單元處理不同的數(shù)據(jù)。

然后，發(fā)射端重新傳輸消息，導(dǎo)致以CAN較高的比特率進(jìn)行的重傳的最大延遲在毫秒以內(nèi)。

但CAN并非沒有它的局限性。為了提供實(shí)時(shí)性能，CAN比特率根據(jù)總線的長(zhǎng)度進(jìn)行了限制。此外，包長(zhǎng)度隨著時(shí)間而受到限制，以確保低優(yōu)先級(jí)CAN幀不能延遲高優(yōu)先級(jí)信息。

現(xiàn)在，比較明確的趨勢(shì)是向CAN FD的過渡。

此后，博世公司與幾家汽車制造商和CAN行業(yè)參與者共同開發(fā)了一個(gè)更強(qiáng)大的CAN協(xié)議，就是2011年發(fā)布的CAN FD(Flexible Data-Rate)，增加了數(shù)據(jù)部分中的比特率，使得在不增加CAN幀的時(shí)間長(zhǎng)度的情況下增加數(shù)據(jù)部分中的字節(jié)數(shù)成為可能。

性能和帶寬的這種改進(jìn)促進(jìn)了諸如加密、身份驗(yàn)證和顯示之類的應(yīng)用，這三個(gè)關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素是對(duì)每個(gè)CAN幀中更多數(shù)據(jù)的需求。

和傳統(tǒng)的CAN相比，CAN FD具有較短的CAN幀，同時(shí)增加比特率，這降低了等待時(shí)間，提高了實(shí)時(shí)性能并增加了帶寬。

CAN FD還可以在CAN幀中保存更多的數(shù)據(jù)：每幀從8字節(jié)到64字節(jié)。相對(duì)較少的開銷，可以期待更好的數(shù)據(jù)吞吐量。當(dāng)發(fā)送大型數(shù)據(jù)對(duì)象時(shí)，您可以依賴更簡(jiǎn)單、更有效的軟件。

此外，CAN FD具有更高性能的CRC算法，降低了未檢測(cè)到錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。

目前，CAN FD正與幾家大型汽車制造商積極開發(fā)，并擁有來自Microchip、NXP、STMicro和TI等公司的大量支持。CAN FD增加的性能和通信帶寬使其成為傳統(tǒng)CAN和未來自動(dòng)駕駛汽車中正在實(shí)現(xiàn)的更復(fù)雜的協(xié)議（如FlexRay和以太網(wǎng)）之間的理想中間地帶。

而汽車工業(yè)向CAN FD過渡的最緊迫原因之一是系統(tǒng)內(nèi)所有級(jí)別的安全必要性。CAN一般在封閉系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)行，不能從外部訪問，在一個(gè)幀中具有多達(dá)64個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)，CAN FD為安全簽名提供了大量空間。

隨著CAN FD開始出現(xiàn)在中高端微控制器中，內(nèi)置的硬件支持安全算法如高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)（AES）是可能的，軟件解決方案可用于保護(hù)CAN和CAN FD。

那么，未來CAN FD與以太網(wǎng)會(huì)共存嗎？

我們知道面向自動(dòng)駕駛、車聯(lián)網(wǎng)及V2X，帶寬正在成為問題，為什么不簡(jiǎn)單地使用以太網(wǎng)而不是CAN FD呢？

當(dāng)需要傳輸大量信息時(shí)，以太網(wǎng)有它的優(yōu)勢(shì)，但前提是時(shí)間延遲不是必要條件，它也適合于專用的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，其中不需要“爭(zhēng)搶”通信帶寬，例如在攝像頭和正在處理圖像的ECU之間。

然而，CAN是專門為分布式嵌入式控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，其中數(shù)據(jù)一致性和消息沖突解決是以可預(yù)測(cè)的方式執(zhí)行的。

如果指定CAN使用相同的物理層技術(shù)，則CAN可以與以太網(wǎng)相同的比特率運(yùn)行（比特率越低，系統(tǒng)越健壯，因此為什么指定CAN為低比特率）。

展望未來，CAN和以太網(wǎng)完全有可能在同一物理層上共存，例如通過將CAN控制器置于靜默模式一段時(shí)間，允許網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)或用于交換非控制信息的另一協(xié)議一起操作。

使用高速協(xié)議要求使用更好的線纜和更好的布線布局，這反過來可以使CAN控制系統(tǒng)比今天更加可靠。

顯而易見的是，CAN和以太網(wǎng)一樣，并沒有停止演進(jìn)。CAN也正在計(jì)劃進(jìn)一步增加有效負(fù)載，使最大字節(jié)數(shù)從CAN-FD的64個(gè)字節(jié)增加到4096個(gè)字節(jié)。而CAN被證明的可靠性和使用低成本仍然是其有力競(jìng)爭(zhēng)武器。